Deep‐Learning‐Based Microscopic Imagery Classification, Segmentation, and Detection for the Identification of 2D Semiconductors

人工智能 计算机科学 深度学习 卷积神经网络 RGB颜色模型 稳健性(进化) 分割 模式识别(心理学) 支持向量机 计算机视觉 化学 生物化学 基因
作者
Xingchen Dong,Hongwei Li,Yuntian Yan,Haoran Cheng,Hui Xin Zhang,Yucheng Zhang,Tien Dat Le,Kun Wang,Jie Dong,Martin Jakobi,Ali K. Yetisen,Alexander W. Koch
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
卷期号:5 (9) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adts.202200140
摘要

Abstract 2D materials and their heterostructures are prominent for fabricating next‐generation optical and photonic devices. The optical, electrical, and mechanical properties of 2D materials largely depend on atomic layer numbers. Although machine learning techniques are implemented to identify large‐area thickness distribution using microscopic images, the existing work mainly focuses on rough identification of thicknesses with in‐house datasets which limits fair and comprehensive comparisons of new machine learning approaches. Here, first a microscopic dataset is collected and released for three fundamental image processing tasks including multilabel classification, segmentation, and detection. Then three deep‐learning architectures DenseNet , U‐Net , and Mask‐region convolutional neural network (RCNN) are benchmarked on three tasks and their robustness is evaluated on the augmented 2D microscopic images with different optical contrast variations. Deep learning models are trained and evaluated to identify mono‐, bi‐, tri‐, multilayer and bulk flakes using microscopic images of MoS 2 fabricated on the SiO 2 /Si substrate by chemical vapor deposition. The relation between model performances and statistics of datasets is studied based on the international commission on illumination (CIE) 1931 color space and red, green, blue (RGB) histograms of optical contrast differences. Finally, the robust pretrained models are integrated into a graphic user interface for the on‐site use of full field‐of‐view images captured by bright‐field microscopes.

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