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新方法有利于实时数据分析

新方法有利于实时数据分析

现代探测器正在彻底改变电子显微镜。 这些探测器为研究人员提供了对尖端材料的蛋白质和原子结构前所未有的见解,开辟了高分辨率成像领域迄今为止未知的前景。 这些探测器会在很短的时间内收集数据。

在该方案中,相干电子显微镜束在碳纳米管上扫描; 超快探测器记录所有扫描点的 2D 衍射图像。 图片来源:劳伦斯伯克利国家实验室

因此,它们会产生大量数据,需要投入大量计算机时间和资源。 这意味着,与理想主义相反,数据分析通常发生在收集数据之后,而不是研究人员仍在显微镜前时。

科学家们在这项研究中创建了算法,可以从大量电子显微镜数据集中进行实时交互式数据处理。 这些方法利用稀疏数据的表示。 通过减少所研究数据集的大小,这种数据采样方法减少了所需的计算机时间和内存量。

影响

该小组创建了多种方法来实现稀疏数据可视化。 使用这些方法,研究人员可以选择最适合特定实验的分析策略。 在整个实验过程中,这些方法提供有关实验设置的实时反馈。

这使得研究人员能够立即记录一些相关数据。 例如,他们可以专注于收集有关物质结构的信息。 在许多科学领域,由于数据集的数量和复杂性不断增加,及时分析受到阻碍,因此可以使用表示稀疏数据。

概括

4D 相机是一种新型探测器,以每秒 87,000 帧的速度运行,可生成 700 TB 的原始数据集。 它位于劳伦斯伯克利国家实验室分子铸造厂的国家电子显微镜中心。

经过 15 秒的处理后,数据集可以填满三个标准笔记本电脑硬盘。 研究人员可以收集数据,但由于可用的数据量和计算资源,无法实时评估数据。

使用稀疏数据分析和表示有很大的好处。 稀疏数据集是通过压缩原始数据并仅保留绝对必要的信息而产生的。 传统的数据分析技术需要对数据进行解压缩,这个过程需要计算量。

研究团队创建了直接使用压缩数据的算法,将计算时间缩短至几分钟。 这使得科学家能够理解他们的发现,同时仍然有时间修改或改进他们的实验。

能源部科学办公室的基础能源科学计划向劳伦斯伯克利国家实验室提供资金来制造 4D 相机。 这些测试是在能源部科学办公室用户设施分子铸造厂进行的。

杂志参考:

贝尔斯,PM, 等人。 这。 (2023) 来自电子事件表示数据的交互式实时 4D-STEM 相衬成像:使用整数表示减少计算。 IEEE 信号处理期刊doi:10.1109/msp.2021.3120981

来源: https://www.energy.gov/

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