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Título: Simulador de tomógrafo óptico para escoamentos bifásicos acelerado por GPU
Título(s) alternativo(s): GPU accelerated optical tomography simulator for two-phase flows
Autor(es): Bernardelli, Rafael Sturaro
Orientador(es): Pipa, Daniel Rodrigues
Palavras-chave: Simulação (Computadores)
Escoamento bifásico
Tomografia
Processamento de imagens
UML (Computação)
Imagens ópticas eletronica
eletronica
Computer simulation
Two-phase flow
Tomography
Image processing
UML (Computer science)
Optical images UML (Computer science)
Electronics
Data do documento: 21-Jun-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: BERNARDELLI, Rafael Sturaro. Simulador de tomógrafo óptico para escoamentos bifásicos acelerado por GPU. 2018. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: A tomografia óptica é uma técnica de sensoriamento de escoamentos bifásicos não-intrusiva e de baixo custo. Nessa técnica, imagens da distribuição de fases na seção transversal da tubulação são geradas a partir do processamento de medidas de atenuação da luz. Até então, o processamento é efetuado através de técnicas de reconstrução de imagem que não levam em conta o comportamento físico do sistema. Portanto, algoritmos avançados de reconstrução podem melhorar a resolução das imagens, aumentando assim a gama de aplicação da técnica. Neste trabalho foi desenvolvido um simulador original de um sistema de tomografia óptica para possibilitar uma análise detalhada do comportamento físico da interação da luz com escoamentos. A partir disso, em uma fase posterior, pode-se criar novos algoritmos de reconstrução para essa modalidade. O simulador modela o problema direto, ou seja, a geração de leituras tomográficas a partir de dados de escoamento. O problema inverso, a reconstrução do escoamento a partir de leituras, será tema de trabalhos futuros. A simulação do comportamento físico da luz no simulador se baseou no método Path Tracing, utilizado tradicionalmente na área de computação gráfica para solucionar problemas de iluminação global. Como a simulação é computacionalmente intensiva, a implementação foi feita em GPU utilizando a plataforma CUDA. Foi realizada uma análise comparativa dos dados obtidos do simulador com dados provenientes de um tomógrafo real, confirmando o correto funcionamento e a validação do sistema de simulação.
Abstract: Optical tomography is a two-phase flow sensing technique that is non-intrusive and low-cost. In this technique, phase distribution images from the tube’s cross section are generated by the processing of light attenuation measurements. Until now, this processing is accomplished by image reconstruction techniques that disregard the system’s physics. Therefore, advanced reconstruction algorithms can improve the image’s resolution, thus increasing the range of application. In this thesis, an original optical tomography system simulator was developed to enable a detailed analysis of the physical behavior of light interacting with two-phase flows. As a consequence of that, new reconstruction algorithms can be created in further developments. The simulator models the direct problem, that is, the tomographic readings that are generated from flow data. The inverse problem, the flow reconstruction based on tomographic readings, will be the topic of future papers. The physical-based light simulation was based in the Path Tracing algorithm, traditionally used in computer graphics to solve global illumination problems. Due to the fact that the simulation is computationally intensive, a GPU implementation using the CUDA platform was developed. A comparison of simulated tomographic readings and real data shows that the simulator system works correctly.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10133
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