Kein Video zu verschwommen

Ein verschwommenes, verrauschtes Video hat geringen Nutzwert. In Industrie und Forschung ist ein schlechtes Video jedoch häufig die einzige Quelle für Daten und Informationen und damit von unschätzbarem Wert. Es stellt sich die Frage, wie man diese Daten extrahiert. Hier kommt die spezielle TRACK-Software von APREX Solutions ins Spiel. Mit ihrer Hilfe lassen sich präzise Informationen aus den Aufnahmen gewinnen, die anschließend analysiert werden.

Präzise Daten für jedes einzelne verschwommene Bild

Das von den früheren Fusionsforschern Romain Baude und Mikaël Désécures 2017 gegründete französische Start-up APREX (Analyses de PRofils EXperimentaux) Solutions begann mit der Idee, einen Algorithmus zum Auslesen und Analysieren von Videodaten, der ursprünglich für die Untersuchung von Fusionsplasma-Videos entwickelt wurde, in seinen Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.

Wenn Sie einmal gesehen haben, wie Videos von Fusionsplasmen aussehen, werden Sie verstehen, wie schwierig die Datengewinnung aus diesen Videos ist. Obwohl die Shots von brennenden Plasmen mithilfe hocheffizienter Kameras der Spitzenklasse mit hoher Bildrate aufgenommen wurden, sieht man am Ende nur wabernden rosa Dunst oder schwarz-weißes Geflimmer. „Die Videos, die zeigen, was während der Experimente in einem Tokamak passiert, sind sehr verrauscht und kontrastarm. Was Sie sehen, sind Filme von Ereignissen, die extrem schnell stattfinden, innerhalb von Mikrosekunden. Die Stärke der TRACK-Software besteht darin, dass Forscher die benötigten Daten aus solchen Videos extrahieren können“, erklärt Romain Baude. „Der Benutzer kann den Algorithmus nach Bedarf anpassen, ohne dass er für die Bildanalyse spezielle Kenntnisse im Codieren braucht. Auf diese Weise können die Forscher sich auf das Sammeln und Analysieren der Daten konzentrieren, anstatt Wochen oder sogar Monate damit zu verbringen, ihre eigenen Codes anzupassen.“

Einblick in Skyrmionen

Forscher der San Diego Universität, die Informationsspeichersysteme der nächsten Generation entwickeln, arbeiten mit Quasiteilchen, den sogenannten Skyrmionen – Störpartikeln in Nanogröße, die einem subatomaren Hurrikan ähneln. TRACK wurde ein wichtiger Teil ihrer Forschungsgeschichte. „Stellen Sie sich Skyrmionen als perfekt verpackte Magnetisierungsstrukturen vor“, sagt der Forscher Jeffrey Brock. „Aufgrund ihrer gut definierten Verpackung sind sie unglaublich stabil und können mit elektrischen Strömen sehr effizient bewegt werden. Sie haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil sie als Informationsträger in der nächsten Generation von Speichergeräten verwendet werden könnten“, erklärt er. Warum also TRACK verwenden? „Für die Forschung brauchen wir Daten über die Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verschiebung und andere Parameter der Skyrmionen. All diese Informationen für so viele Skyrmionen mit vorhandener Software aus kontrastarmen Bildern zu holen, war schlicht nicht möglich. Wir konnten diese Daten nur manuell erfassen“, sagt Brock. „Mit TRACK konnten wir unsere Datenerfassung nach Bedarf anpassen und automatisieren. Was sonst Wochen gedauert hätte, können wir jetzt an einem einzigen Nachmittag erledigen.“

Qualitätskontrolle

Automatisierung mit der APREX-Software sparte auch Zeit und verbesserte die Qualitätskontrolle bei einem Glasfaserhersteller. „Ursprünglich erfolgte die Erkennung von Fehlern im Mikrometerbereich vollständig von Hand“, erläutert Romain Baude. Dass diese Qualitätsprüfung fehleranfällig war und ihre Ergebnisse sich nicht reproduzieren ließen, ist keine Überraschung. Mit der APREX-Software wurden Bilder und Videos der Glasfaser-Fertigungsanlage untersucht. Die Software war in der Lage, sowohl die Anzahl als auch die Größe der Defekte durchweg korrekt zu identifizieren. „Mit TRACK haben wir ein vollständig an den Bedarf angepasstes und integriertes System entwickelt, das die spezifischen Anforderungen der Firma erfüllt“, sagt Baude.

Etwas näher an den Wurzeln und damit besser bekannt in der Fusionsgemeinschaft ist ein anderer APREX-Kunde: der COMPASS-Tokamak am Institut für Plasmaphysik der Akademie der Wissenschaften in der Tschechischen Republik. Ein Team von Fusionsforschern, die an diesem Gerät arbeiten, veröffentlichte in der Zeitschrift Nuclear Fusion kürzlich Ergebnisse, die mit TRACK erhalten wurden. In Fusionsexperimenten müssen sich Forscher mit einem Phänomen auseinandersetzen, das als „Plasmaturbulenz“ bezeichnet wird. Es ist vergleichbar mit den Vorgängen die ablaufen, wenn Wasser in einem Kessel kocht – mit einem wichtigen Unterschied: Starke Turbulenzen in einer Fusionseinrichtung können eine Fusionsreaktion stoppen. Für eine zuverlässige Energieerzeugung ist das Verständnis der Turbulenzen von entscheidender Bedeutung. Die Forscher haben die APREX-Software erfolgreich eingesetzt, turbulente Strukturen trotz ihrer sehr komplexen Dynamik und kurzen Lebensdauer von durchschnittlich nur 20 Mikrosekunden zu identifizieren und charakterisieren.

Erfolgsaussichten

APREX hat seine Fähigkeiten und seine Software anhand von Videos von einem der turbulentesten Orte des Universums ausgefeilt und sieht nun viele Möglichkeiten vor sich. „Wir werden weiterhin an die Grenzen dessen gehen, was machbar ist, sodass wir unsere Zusammenarbeit mit der Fusionsforschung fortsetzen und gleichzeitig neue Anwendungen und Kunden in anderen Bereichen und Branchen finden können“, so Romain Baude. Was als Lösung für die Fusionsforschung begann, hat zahlreiche neue Anwendungen gefunden – ein weiterer erfolgreicher Spin-off der Fusion!

Weitere Information: APREX Solutions Webseite