Image analysis to estimate the fractal dimension of soot aggregates

Sammanfattning: Examensarbetet har utvecklat en metod för att estimera den fraktala dimensionen från Transmissions Elektron Mikroskop (TEM) bilder av sot aggregat som skapats med hjälp av en mini-CAST sotgenerator. Det är ett underbestämt problem att estimera den fraktala dimensionen, en 3D egenskap, från 2D bilder. Lösningen är syntetiserade TEM bilder som baserats på projektioner av numeriskt simulerade aggregat med specifika fraktala dimensioner. Bilderna användes för att kalibrera en maskininlärningsmetod med värdet från en fraktal bildanalysmetod, kallad Box Counting dimensionen, som fraktalfeature. De skapade kalibreringarna visar en stark korrelation mellan Box Counting dimensionen och den fraktala dimensionen. Detta verifierar att Box Counting dimensionen, som feature, extraherar de fraktala egenskaperna från en TEM bild. Två olika versioner av Box Counting, kallade standard-Box Counting och random-Box Counting med skillnad i hur boxarna genereras, har testats och jämförts. Random-Box Counting metoden visade sig ge den mest pålitliga kalibreringen och de mest pålitliga estimeringarna. Denna kalibrering är lik en motsvarande kalibrering som skapats med hjälp av samma metod i ett tidigare arbete. 55 TEM bilder av sot som samplats från den kalla avgasluften av en mini-CAST sotgenerator har analyserats. En förbehandling av varje bild följdes av en estimering av den fraktala dimensionen där kalibreringarna från maskininlärningen användes. Det resulterande medelvärdet av alla estimerade fraktala dimensioner från random-Box Counting metoden var 1.94. De evaluerade fraktala dimensionerna i detta arbete är lite högre jämfört med studier som samplat sot direkt i flammor och möjliga orsaker diskuteras.