KI4D4E - Ein KI-basiertes Framework für die Visualisierung und Auswertung der massiven Datenmengen der 4D-Tomographie für Endanwender von Beamlines; Teilprojekt Universität Passau

Abstract

Die um die Dimension der Zeit erweiterte Mikro-Computertomographie (4D-CT) an Synchrotronstrahlungs- und Neutronenquellen erlaubt es, dynamische Prozesse dreidimensional im Zeitverlauf zu untersuchen – von In-situ-/Operando-Experimenten in der Batterie- und Brennstoffzellenforschung bis hin zu Biomaterialien und Entwicklungsbiologie. Die dabei entstehenden Datenmengen im Terabyte-Bereich und die Vielzahl bildgebungsbedingter Artefakte machen die Auswertung für Endanwender jedoch nahezu unmöglich: Eine geeignete Software für 4D-Datensätze existiert weder kommerziell noch als Open Source, und die erforderliche KI-Expertise liegt außerhalb des Kompetenzbereichs typischer Nutzergruppen. KI4D4E entwickelt daher ein offenes, KI-basiertes Software-Framework, das die Verarbeitung solcher Datensätze auf handelsüblichen Rechnern mit 128–256 GB Hauptspeicher ermöglicht. Kern ist eine leichtgewichtige, paketweise Online-Kompression (Faktor ca. 10) mit Echtzeit-Dekompression, auf der Visualisierung, Analyse und Auswertung direkt arbeiten. Ergänzt wird dies durch neuronale Netze zur 4D-Artefaktreduktion und Phasenrückgewinnung, unter Nutzung von Known Operator Learning, durch KI-gestützte Segmentierung, digitale Volumenkorrelation und den Übergang von Voxel- zu Objektdaten sowie durch simulativ erzeugte Trainingsdaten.