Like other experimental techniques, X-ray Photon Correlation Spectroscopy is subject to various kinds of noise. Random and correlated fluctuations and heterogeneities can be present in a two-time correlation function and obscure the information about the intrinsic dynamics of a sample. Simultaneously addressing the disparate origins of noise in the experimental data is challenging. We propose a computational approach for improving the signal-to-noise ratio in two-time correlation functions that is based on Convolutional Neural Network Encoder-Decoder (CNN-ED) models. Such models extract features from an image via convolutional layers, project them to a low dimensional space and then reconstruct a clean image from this reduced representation via transposed convolutional layers. Not only are ED models a general tool for random noise removal, but their application to low signal-to-noise data can enhance the data quantitative usage since they are able to learn the functional form of the signal. We demonstrate that the CNN-ED models trained on real-world experimental data help to effectively extract equilibrium dynamics parameters from two-time correlation functions, containing statistical noise and dynamic heterogeneities. Strategies for optimizing the models performance and their applicability limits are discussed.


翻译:与其它实验技术一样,X光光光相交相交谱谱也受各种噪音的影响。随机和相关波动和异质性能可以存在于一个双向相关功能中,模糊有关样本内在动态的信息。同时处理实验数据中噪音的不同来源具有挑战性。我们建议采用一种计算方法,在基于 Convolution NealNetwork Encoder-Decoder(CNN-ED)模型的双时相关功能中改进信号-噪音比。这些模型通过相向层从图像中提取特征,将其投射到一个低维空间,然后通过移植相交层从这一减少的表示中重建一个干净图像。不仅ED模型是随机清除噪音的一般工具,而且其对低信号-噪音数据的应用可以提高数据的数量使用,因为它们能够学习信号的功能形式。我们证明,在现实世界实验数据方面受过培训的CNN-ED模型有助于从两时相关功能中有效提取平衡动态动态参数,包含统计噪音和动态异性。讨论的优化模型的策略是其适用性极限。

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