マルチスケール解析による果実内物性値分布のリアルタイム３Dマッピング

使用多尺度分析实时绘制水果内物理特性分布的 3D 绘图

• 批准号: 22K14971
• 负责人: 田中 良奈
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14971/
• 关键词: 青果物; X線CT; シミュレーション; ガス拡散; 物性値分布; 非破壊計測

本研究の目的は、品質劣化の過程で“青果物内部で何が起こっているのか？”を細胞組織レベルで解析・可視化するとともに、青果物内部の諸物性値分布を非破壊的に直接計測可能とすることである。分解能の異なる２つのX線CT装置を用い、微細スケールCT画像より諸物性値の分布や経時変化を明らかにするとともに、これらの諸物性値とCT画像情報を関連付け、個体レベルで画像情報に反映する。すなわち、ノーマル分解能X線CT画像から空隙率や水分、熱伝導率、ガス拡散係数といった諸物性値を個体レベルで、リアルタイムに同時推定できるようにする。そのためのマルチスケール解析フレームワーク作りを行っている。本研究は、（１）マルチスケールX線CT観察画像の取得および３次元微細構造モデル再構築、（２）微細構造モデルシミュレーションによる局所物性値の推算とCT値との関連付け、（３）青果物内部の物性値分布の可視化の３つの中課題で構成される。これらの課題のうち、（１）において、カキ細胞組織の連続CT画像に対して細胞部分と空隙部分を区別し、個々の細胞を分離、楕円近似とエッジ検出により細胞の形状を検出、細胞壁に厚みを与え、ジオメトリ化した。その後（２）において、解析条件を与え、ソルバー（COMSOL Multiphysics 5.3）を用いて細胞壁・細胞膜を考慮したガス移動解析を行った。細胞組織は不均質な構造を持つため、計算領域を均質と仮定した材料についても解析を行い、不均質材料で得た計算結果と比較し、微小領域平均の物性値として求め、空隙率とガス拡散係数との関係を定量した。

The purpose of this study is to investigate the process of quality degradation. Cell tissue analysis, visualization, distribution of physical properties within the fruit, non-destructive direct measurement possible 2. X-ray CT equipment for use in resolving energy differences, micro-CT images, distribution of physical properties, time-varying changes, correlation between physical properties and CT image information, and reflection of individual image information. X-ray CT images of energy decomposition include porosity, moisture, thermal conductivity, dispersion coefficient and various physical properties.そのためのマルチスケール解析フレームワーク作りを行っている。This study consists of three main topics: (1) acquisition of X-ray CT images and reconstruction of 3D microstructure;(2) correlation between CT values and estimation of local physical properties in microstructure;(3) visualization of physical properties distribution in green fruits. The following are some of the main topics: (1) CT images of cellular tissue, cell separation, cell approximation, cell shape, cell wall thickness, and cell separation. After (2), the analysis conditions are considered and the analysis is carried out.(COMSOL Multiphysics 5.3) Cell organization heterogeneity structure, calculation domain homogeneity, material stability, analysis, calculation results, comparison, microscopic domain average physical properties, porosity, dispersion coefficient, quantitative relationship

项目成果

青果物内部の不均質性を考慮したガス拡散シミュレーション～X線CT画像解析に基づく物性値分布を用いて～

考虑水果和蔬菜内部异质性的气体扩散模拟〜使用基于X射线CT图像分析的物理属性值分布〜

• 发表时间: 2022
• 作者: 豊田光希;阿部伶香;田中良奈;田中史彦
• 通讯作者: 田中史彦

関心領域の違いが青果物のガス拡散推算に与える影響

感兴趣区域差异对水果和蔬菜气体扩散估计的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Ma Te;Morita Genki;Inagaki Tetsuya;Tsuchikawa Satoru;伊藤毅・早川卓志・栗原洋介・半谷吾郎・兼子明久・夏目尊好・愛洲星太郎・本田剛章・谷地森秀二・濱田穣;髙田昌嗣;小原静夏・隠塚俊満・成瀬将太郎・植木尚子・矢野 諒子・小池一彦;矢野 諒子・隠塚俊満・中川真優菜・小原静夏・小池一彦;阿部怜香，豊田光希，田中良奈，田中史彦
• 通讯作者: 阿部怜香，豊田光希，田中良奈，田中史彦

青果物内部構造の違いがもたらす熱・ガス拡散への影響－X線CT画像解析に基づく物性値分布を用いて－

水果和蔬菜内部结构差异对热量和气体扩散的影响 - 利用基于 X 射线 CT 图像分析的物理属性值分布 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 豊田光希;阿部伶香;田中良奈;田中史彦
• 通讯作者: 田中史彦