Deep Neural Network-Based Electron Microscopy Image Recognition for Source Distinguishing of Anthropogenic and Natural Magnetic Particles

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作者
Li Lin,Tianyou Chen,Qinghua Zhang,Weican Zhang,Hang Yang,Xin Hu,Jin Xiao,Qian Liu,Guibin Jiang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (43): 16465-16476 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c05252
摘要

Deep learning models excel at image recognition of macroscopic objects, but their applications to nanoscale particles are limited. Here, we explored their potential for source-distinguishing environmental particles. Transmission electron microscopy (TEM) images can reveal distinguishable features in particle morphology from various sources, but cluttered foreground objects and scale variations pose challenges to visual recognition models. In this proof-of-concept work, we proposed a novel instance segmentation model named CoMask to tackle these issues with atmospheric magnetic particles, a key species of PM2.5. CoMask features a densely connected feature extraction module to excavate multiscale spatial cues at the single-particle level and enlarges the receptive field size for improved representation capability. We also employed a collaborative learning strategy to further improve performance. Compared with other state-of-the-art models, CoMask was competitive on benchmark and TEM data sets. The application of CoMask not only enables the source-distinguishing of magnetic particles but also opens up a new vista for machine learning applications.
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