Sisteårsprosjekt: Intergalaktisk Maskinsyn

Relevante studieprogram Elektro (automasjon)/AIS og/eller Data

Studentane kan velja ulike prioriteringar avhengig av eigen bakgrunn; sjå nedanfor.

Bakgrunn

Mesteparten av materien i universet er mørk og dermed uråd å sjå direkte. Me kan likevel observera mørk materie fordi gravitasjonsfeltet forvrenger ljos frå annan materie. Slik fungerer mørk materie som ei linse. Fysikarane kaller det for ei gravitasjonslinse.

Når me tek bilete av fjerne galaksar, vil me ofte sjå at biletet vert forvrengd. Dette er ikkje heilt ulikt forvrenginga som me ser i vanlege kamera, men i dette tilfellet er årsaka gjerne gravitasjonslinser.

Ved å studere forvrengde biletet skulle det vera råd å finna eigenskapane til gravitasjonslinsa og teikna eit kart over den mørke materien.

Linsemodellen representerer i all hovudsak massetettheiten i den mørke materien, prosjisert i 2D. Dvs. at me kan representera gravitasjonslinsa (den mørke materien) som eit bilete der ljose tonar representerer tett masse og mørke tonar representerer spreidd masse. Lat oss kalla eit slikt bilete for eit massekart.

Ein fyrste prototype vart utvikla som eit sisteårsprosjekt våren 2022 og har sidan vore vidareutvikla. Nye prosjekt bør byggja vidare på den same kodebasen. Sjølve simulatoren er skriven i C++, men brukargrensesnitt kan skrivast i andre språk.

Mål for prosjektet

Der er to store funksjonelle mål. Eit prosjekt for 1-2 studentar kan ta for seg eitt mål. To eller tre studentar kan ta båe. Det fyrste målet er mest aktuelt for datastudentar, medan det andre er mest aktuelt for automasjon, evt. datastudentar som tek valemne frå automasjon.

  1. Utvikla eit fleksibelt GUI for simulatoren, slik at domeneekspertar lett kan testa ulike hypotesar visuelt. Der er eit eksisterande GUI, implementert vha. OpenCV, men dette er ikkje fullstendig og heller ikkje egna for vidare utvikling. Studentane står fritt i å velja språk og bibliotek so lenge det er platformuavhengig og kan bruka simulatorkoden i C++.
  2. Rekonstruksjon av linsemodellen. Ved hjelp av dei fyrste to stega skal det vera råd å laga eit syntetisk datasett med bilete med og utan forvrenging, samt massekart. Med dette skal ein kunna trena ein maskinlæringsalgoritme, truleg djuplæring, for å kunna rekonstruera linsemodellen frå forvrengde bilete.

Det kan òg vera aktuelt å utvida simulatoren med nye linse- og galaksemodellar, særleg dersom gruppa er stor.

Det er kritisk for dette prosjektet at programvare vert utvikla etter sunne programutviklingsprinsipp, og vert tilgjengeleg som open kjeldekode. Koden må vera ryddig og leseleg både for at andre skal kunne byggja vidare på han og for at brukarar skal kunna validera at simuleringsresultata er korrekte. Dette inneber at studentane må setja seg inn i rutinar for og etterleva god praksis for programutvikling. Dette er viktige læringsmål for alle som skal utvikla programvare, uansett studieprogram, og det vil koma fram i vegleiinga.

Vegleiarar

Forskings-/Utviklingsmetode

Studien er primært eit designprosjekt der ein utviklar verkty i tett samarbeid med oppdragsgjevar dvs. astrofysikaren. Det er mogleg, for studentar med særleg interesse, å gå inn i den matematiske modelleringa som ein del av prosjektet.

Endeleg levering

Sluttrapporten bør innehalda

Ytterlegare bakgrunnsmateriale

Hans Georg Schaathun / hasc@ntnu.no