In the field of transmission electron microscopy, data interpretation often lags behind acquisition methods, as image processing methods often have to be manually tailored to individual datasets. Machine learning offers a promising approach for fast, accurate analysis of electron microscopy data. Here, we demonstrate a flexible two step pipeline for analysis of high resolution transmission electron microscopy data, which uses a U-Net for segmentation followed by a random forest for detection of stacking faults. Our trained U-Net is able to segment nanoparticle regions from amorphous background with a Dice coefficient of 0.8 and significantly outperforms traditional image segmentation methods. Using these segmented regions, we are then able to classify whether nanoparticles contain a visible stacking fault with 86% accuracy. We provide this adaptable pipeline as an open source tool for the community. The combined output of the segmentation network and classifier offer a way to determine statistical distributions of features of interest, such as size, shape and defect presence, enabling detection of correlations between these features.


翻译:在传输电子显微镜领域,数据解释往往落后于获取方法,因为图像处理方法往往需要手工定制,适合单个数据集。机器学习为快速、准确地分析电子显微镜数据提供了一个很有希望的方法。在这里,我们展示了分析高分辨率传输电子显微镜数据的灵活两步管道,高分辨率传输电子显微镜数据使用U-Net进行分解,然后随机森林进行分解,发现堆叠断层。我们受过训练的U-Net能够从不固定背景中将纳米粒子区域分解成零星,其骰子系数为0.8,大大超过传统图像分解方法。然后,我们利用这些分块区域,能够对纳米粒子是否含有86%的可见堆叠缺陷进行分类。我们提供了这一可调整的管道,作为社区的一个开放源工具。分解网络和分类器的综合输出提供了一种方法,用以确定有关特征的统计分布,如大小、形状和缺陷存在,从而能够发现这些特征之间的关联性。

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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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