[發(fā)明專利]基于增強自編碼的電子衍射晶體結(jié)構(gòu)加速重建方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210195074.X
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114332284B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁景凌;俞洋;麥立強;朱登基
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06N3/04;G06N3/08;G06T1/20
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

1.一種基于增強自編碼的電子衍射晶體結(jié)構(gòu)加速重建方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

S1初始相位數(shù)據(jù)生成：高頻脈沖電子束通過光柵和磁透鏡打到用于訓(xùn)練的不同樣品上分別形成電鏡衍射圖，得到用于訓(xùn)練的電鏡衍射圖像集，計算電鏡衍射圖像集中每張電鏡衍射圖成像迭代次數(shù)最小的初始相位，建立電鏡衍射圖-初始相位的映射；

S2增強自編碼網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和初始相位測試：通過所述電鏡衍射圖-初始相位的映射訓(xùn)練增強自編碼網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)參及隱碼，訓(xùn)練完成后在測試階段通過碼本檢索建立隱碼-最優(yōu)初始相位的映射；

S3低劑量衍射成像：將高頻脈沖電子束通過光柵和磁透鏡打到樣品上得到樣品的電鏡衍射圖，通過所述增強自編碼網(wǎng)絡(luò)得到隱碼，并根據(jù)隱碼-最優(yōu)初始相位的映射預(yù)測初始相位；

S4算法加速：通過CUDA GPU并行計算提升電鏡衍射圖與電荷反轉(zhuǎn)復(fù)合迭代的算法速度，得到晶體結(jié)構(gòu)成像；

步驟S1中計算電鏡衍射圖成像迭代次數(shù)最小的初始相位時，使用等間距采樣選取初始相位，記錄不同初始相位條件下采用電荷反轉(zhuǎn)復(fù)合迭代算法正確成像的迭代次數(shù)，計算每張電鏡衍射圖迭代次數(shù)最小的最優(yōu)初始相位；

步驟S1計算每張電鏡衍射圖迭代次數(shù)最小的最優(yōu)初始相位采用貪心算法實現(xiàn)，具體步驟包括：

①取n_ij中的最小迭代次數(shù)n₁和次小迭代次數(shù)n₂，其中，n_ij為對應(yīng)初始相位p_ij正確成像的迭代次數(shù)，n₁為對應(yīng)初始相位p₁的最小迭代次數(shù)，n₂為對應(yīng)初始相位p₂的次小迭代次數(shù)；

②令p₃＝(p₁+p₂)/2，輸入電荷反轉(zhuǎn)復(fù)合迭代成像算法，得到迭代次數(shù)n₃；

③如果滿足條件n₃n₁并且n₃n₂，則進入步驟④；如果不滿足，則令p₂＝p₁，p₁＝p₃，并重復(fù)步驟②；

④得到最優(yōu)初始相位p_prev＝p₁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于增強自編碼的電子衍射晶體結(jié)構(gòu)加速重建方法，其特征在于：步驟S2中訓(xùn)練增強自編碼網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)參及隱碼的具體步驟包括：

應(yīng)用 隨機噪聲g至輸入電鏡衍射圖x∈R^w×h，并保持重建目標不變：

x＝Ψ(Φ(g(x)))＝Ψ(Φ(x′))＝Ψ(z′) (1)

式中，編碼器Φ和解碼器Ψ都是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，x’、z’表示由編碼器生成的衍射圖和對應(yīng)掩碼，參數(shù)都在損失函數(shù)L(I)最小化下訓(xùn)練，I表示輸入電鏡衍射圖像集的索引：

式中，i表示電鏡衍射圖像id，x_i表示第i張衍射圖，g(x_i)表示x_i的隨機噪聲函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于增強自編碼的電子衍射晶體結(jié)構(gòu)加速重建方法，其特征在于：步驟S2中碼本檢索通過余弦相似性和K近鄰搜索得到最優(yōu)初始相位。