The rise of automation and machine learning (ML) in electron microscopy has the potential to revolutionize materials research by enabling the autonomous collection and processing of vast amounts of atomic resolution data. However, a major challenge is developing ML models that can reliably and rapidly generalize to large data sets with varying experimental conditions. To overcome this challenge, we develop a cycle generative adversarial network (CycleGAN) that introduces a novel reciprocal space discriminator to augment simulated data with realistic, complex spatial frequency information learned from experimental data. This enables the CycleGAN to generate nearly indistinguishable images from real experimental data, while also providing labels for further ML applications. We demonstrate the effectiveness of this approach by training a fully convolutional network (FCN) to identify single atom defects in a large data set of 4.5 million atoms, which we collected using automated acquisition in an aberration-corrected scanning transmission electron microscope (STEM). Our approach yields highly adaptable FCNs that can adjust to dynamically changing experimental variables, such as lens aberrations, noise, and local contamination, with minimal manual intervention. This represents a significant step towards building fully autonomous approaches for harnessing microscopy big data.


翻译:电子显微镜中自动化和机器学习(ML)的兴起有可能通过自主收集和处理大量原子分辨率数据而使材料研究发生革命性的变化,然而,一个重大挑战是开发ML模型,这些模型能够可靠和迅速地推广到具有不同实验条件的大型数据集。为了克服这一挑战,我们开发了一个循环基因对抗网络(CycleGAN),引入一个新的相互空间歧视器,用从实验数据中获取的现实、复杂的空间频率信息来增加模拟数据。这使CyculeGAN能够从真实的实验数据中产生几乎无法分辨的图像,同时为进一步的ML应用程序提供标签。我们通过培训一个全面革命网络来展示这一方法的有效性,以在450万原子的大型数据集中发现单一的缺陷。我们用一个自动获取的、经过畸变校校的扫描传输显微镜(STEM)来收集的网络。我们的方法使得FCN具有高度适应性,能够适应动态变化的实验变量,例如透镜畸形、噪音和局部污染,并采用最低限度的手动干预。这代表了全面自动建立大数据的重要步骤。

0
下载
关闭预览

相关内容

多标签学习的新趋势(2020 Survey)
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月6日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
164+阅读 · 2020年3月18日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月14日
Arxiv
35+阅读 · 2021年8月2日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
VIP会员
相关资讯
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员