Particle localization and -classification constitute two of the most fundamental problems in computational microscopy. In recent years, deep learning based approaches have been introduced for these tasks with great success. A key shortcoming of these supervised learning methods is their need for large training data sets, typically generated from particle models in conjunction with complex numerical forward models simulating the physics of transmission electron microscopes. Computer implementations of such forward models are computationally extremely demanding and limit the scope of their applicability. In this paper we propose a simple method for simulating the forward operator of an electron microscope based on additive noise and Neural Style Transfer techniques. We evaluate the method on localization and classification tasks using one of the established state-of-the-art architectures showing performance on par with the benchmark. In contrast to previous approaches, our method accelerates the data generation process by a factor of 750 while using 33 times less memory and scales well to typical transmission electron microscope detector sizes. It utilizes GPU acceleration and parallel processing. It can be used as a stand-alone method to adapt a training data set or as a data augmentation technique. The source code is available at https://gitlab.com/deepet/faket.


翻译:粒子定位和分类是计算显微镜学中最基本的问题之一。近年来,基于深度学习的方法已成功地应用于这些任务。这些监督学习方法的一个关键缺点是它们需要大量的训练数据集,通常是从粒子模型和传输电子显微镜物理的复杂数值正演模型中生成的。计算机实现这些正演模型的过程需要极高的计算成本,限制了应用范围。本文提出一种简单的方法,利用加性噪声和神经风格转移技术来模拟电子显微镜的正演操作。我们使用一个已建立的最先进的结构对本方法进行了定位和分类任务的评估,显示出与基准相当的性能。与先前方法相比,我们的方法将数据生成过程加速了750倍,同时内存使用降低了33倍,且可以扩展至典型的电子显微镜探测器尺寸,利用GPU加速和并行处理。它可以作为独立方法来调整训练数据集或作为数据增强技术。源代码可在https://gitlab.com/deepet/faket上找到。

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