Single particle imaging (SPI) at X-ray free electron lasers (XFELs) is particularly well suited to determine the 3D structure of particles in their native environment. For a successful reconstruction, diffraction patterns originating from a single hit must be isolated from a large number of acquired patterns. We propose to formulate this task as an image classification problem and solve it using convolutional neural network (CNN) architectures. Two CNN configurations are developed: one that maximises the F1-score and one that emphasises high recall. We also combine the CNNs with expectation maximization (EM) selection as well as size filtering. We observed that our CNN selections have lower contrast in power spectral density functions relative to the EM selection, used in our previous work. However, the reconstruction of our CNN-based selections gives similar results. Introducing CNNs into SPI experiments allows streamlining the reconstruction pipeline, enables researchers to classify patterns on the fly, and, as a consequence, enables them to tightly control the duration of their experiments. We think that bringing non-standard artificial intelligence (AI) based solutions in a well-described SPI analysis workflow may be beneficial for the future development of the SPI experiments.


翻译:X射线免费电子激光(XFELs)的单一粒子成像(SPI)特别适合于确定本地环境中的粒子的3D结构。为了重建成功,单击产生的偏差模式必须与大量已获得的模式分离。我们提议将这项任务设计成图像分类问题,并使用进化神经网络(CNN)结构加以解决。开发了两个CNN配置:一个是使F1分数最大化,另一个是强调高度记得的。我们还将CNN与预期最大化选择和大小过滤结合起来。我们观察到,我们的CNN选择与我们以前工作中使用的EM选择相比,在能量光谱密度功能方面差异较小。然而,我们基于CNN的选择的重建也得出类似的结果。将CNN引入SPI实验可以简化重建管道,使研究人员能够对飞行模式进行分类,从而能够严格控制其实验的持续时间。我们认为,在精心定义的SPI工作流程中引入非标准的人造智能解决方案可能对未来的SPI实验有益。

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