Published April 24, 2023 | Version v1
Publication Open

Noise-resilient deep learning for integrated circuit tomography

  • 1. Singapore-MIT Alliance for Research and Technology
  • 2. National Institute of Standards
  • 3. National Institute of Standards and Technology

Description

X-ray tomography is a non-destructive imaging technique that reveals the interior of an object from its projections at different angles. Under sparse-view and low-photon sampling, regularization priors are required to retrieve a high-fidelity reconstruction. Recently, deep learning has been used in X-ray tomography. The prior learned from training data replaces the general-purpose priors in iterative algorithms, achieving high-quality reconstructions with a neural network. Previous studies typically assume the noise statistics of test data are acquired a priori from training data, leaving the network susceptible to a change in the noise characteristics under practical imaging conditions. In this work, we propose a noise-resilient deep-reconstruction algorithm and apply it to integrated circuit tomography. By training the network with regularized reconstructions from a conventional algorithm, the learned prior shows strong noise resilience without the need for additional training with noisy examples, and allows us to obtain acceptable reconstructions with fewer photons in test data. The advantages of our framework may further enable low-photon tomographic imaging where long acquisition times limit the ability to acquire a large training set.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

التصوير المقطعي بالأشعة السينية هو تقنية تصوير غير مدمرة تكشف عن الجزء الداخلي لجسم ما من إسقاطاته بزوايا مختلفة. في ظل أخذ العينات المتناثرة والمنخفضة الفوتون، يُطلب من مقدمات التسوية استرداد إعادة الإعمار عالية الدقة. في الآونة الأخيرة، تم استخدام التعلم العميق في التصوير المقطعي بالأشعة السينية. يحل ما تم تعلمه مسبقًا من بيانات التدريب محل مسبقات الأغراض العامة في الخوارزميات التكرارية، مما يحقق إعادة بناء عالية الجودة بشبكة عصبية. تفترض الدراسات السابقة عادةً أن إحصائيات الضوضاء لبيانات الاختبار يتم الحصول عليها مسبقًا من بيانات التدريب، مما يجعل الشبكة عرضة للتغيير في خصائص الضوضاء في ظل ظروف التصوير العملية. في هذا العمل، نقترح خوارزمية إعادة بناء عميقة مرنة للضوضاء ونطبقها على التصوير المقطعي بالدائرة المتكاملة. من خلال تدريب الشبكة على إعادة البناء المنتظمة من خوارزمية تقليدية، يُظهر السابق المتعلم مرونة ضوضاء قوية دون الحاجة إلى تدريب إضافي مع أمثلة صاخبة، ويسمح لنا بالحصول على إعادة بناء مقبولة مع عدد أقل من الفوتونات في بيانات الاختبار. قد تزيد مزايا إطارنا من تمكين التصوير المقطعي منخفض الفوتون حيث تحد أوقات الاستحواذ الطويلة من القدرة على الحصول على مجموعة تدريب كبيرة.

Translated Description (French)

La tomographie par rayons X est une technique d'imagerie non destructive qui révèle l'intérieur d'un objet à partir de ses projections sous différents angles. Dans le cadre de l'échantillonnage à vue clairsemée et à faible photon, des priorités de régularisation sont nécessaires pour récupérer une reconstruction haute-fidélité. Récemment, l'apprentissage en profondeur a été utilisé en tomographie à rayons X. Le préalable appris à partir des données d'entraînement remplace les priorités générales dans les algorithmes itératifs, réalisant des reconstructions de haute qualité avec un réseau neuronal. Les études précédentes supposent généralement que les statistiques de bruit des données de test sont acquises a priori à partir des données d'entraînement, laissant le réseau sensible à un changement des caractéristiques de bruit dans des conditions d'imagerie pratiques. Dans ce travail, nous proposons un algorithme de reconstruction profonde résilient au bruit et l'appliquons à la tomographie en circuit intégré. En entraînant le réseau avec des reconstructions régularisées à partir d'un algorithme conventionnel, le préalable appris montre une forte résilience au bruit sans avoir besoin d'une formation supplémentaire avec des exemples bruyants, et nous permet d'obtenir des reconstructions acceptables avec moins de photons dans les données de test. Les avantages de notre cadre peuvent en outre permettre l'imagerie tomographique à faible photon où de longs temps d'acquisition limitent la capacité d'acquérir un grand ensemble d'entraînement.

Translated Description (Spanish)

La tomografía de rayos X es una técnica de imagen no destructiva que revela el interior de un objeto desde sus proyecciones en diferentes ángulos. Bajo muestreo de visión dispersa y bajo fotón, se requieren antecedentes de regularización para recuperar una reconstrucción de alta fidelidad. Recientemente, el aprendizaje profundo se ha utilizado en la tomografía de rayos X. El aprendizaje previo de los datos de entrenamiento reemplaza a los anteriores de propósito general en algoritmos iterativos, logrando reconstrucciones de alta calidad con una red neuronal. Los estudios previos generalmente asumen que las estadísticas de ruido de los datos de prueba se adquieren a priori a partir de los datos de entrenamiento, lo que hace que la red sea susceptible a un cambio en las características del ruido en condiciones prácticas de imagen. En este trabajo, proponemos un algoritmo de reconstrucción profunda resistente al ruido y lo aplicamos a la tomografía de circuito integrado. Al entrenar la red con reconstrucciones regularizadas a partir de un algoritmo convencional, el previo aprendido muestra una fuerte resiliencia al ruido sin necesidad de un entrenamiento adicional con ejemplos ruidosos, y nos permite obtener reconstrucciones aceptables con menos fotones en los datos de prueba. Las ventajas de nuestro marco pueden permitir aún más la obtención de imágenes tomográficas de bajo fotón donde los largos tiempos de adquisición limitan la capacidad de adquirir un gran conjunto de entrenamiento.

Files

39061391.pdf.pdf

Files (4.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e3fdb7376c9745192092bf6614979346
4.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التعلم العميق المرن للضوضاء للتصوير المقطعي بالدائرة المتكاملة
Translated title (French)
Apprentissage profond résilient au bruit pour la tomographie en circuit intégré
Translated title (Spanish)
Aprendizaje profundo resistente al ruido para tomografía de circuito integrado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4366266962
DOI
10.1364/oe.486213

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1972312752
  • https://openalex.org/W1973134722
  • https://openalex.org/W1974872296
  • https://openalex.org/W1975760305
  • https://openalex.org/W1976791495
  • https://openalex.org/W1994906459
  • https://openalex.org/W1995546913
  • https://openalex.org/W1999320095
  • https://openalex.org/W2000771799
  • https://openalex.org/W2003999481
  • https://openalex.org/W2005490094
  • https://openalex.org/W2006156585
  • https://openalex.org/W2018474046
  • https://openalex.org/W2039939700
  • https://openalex.org/W2049164357
  • https://openalex.org/W2072072671
  • https://openalex.org/W2095631289
  • https://openalex.org/W2098092211
  • https://openalex.org/W2103559027
  • https://openalex.org/W2104266187
  • https://openalex.org/W2116641053
  • https://openalex.org/W2119468597
  • https://openalex.org/W2135499588
  • https://openalex.org/W2136072534
  • https://openalex.org/W2153663612
  • https://openalex.org/W2154332973
  • https://openalex.org/W2166887721
  • https://openalex.org/W2179996545
  • https://openalex.org/W2395579298
  • https://openalex.org/W2522859082
  • https://openalex.org/W2533020866
  • https://openalex.org/W2574952845
  • https://openalex.org/W2595276417
  • https://openalex.org/W2617128058
  • https://openalex.org/W2776585113
  • https://openalex.org/W2793350103
  • https://openalex.org/W2793419304
  • https://openalex.org/W2803086176
  • https://openalex.org/W2886286816
  • https://openalex.org/W2911290743
  • https://openalex.org/W2930377639
  • https://openalex.org/W2946185430
  • https://openalex.org/W2963399478
  • https://openalex.org/W2964121744
  • https://openalex.org/W2972550981
  • https://openalex.org/W2974549447
  • https://openalex.org/W2997151107
  • https://openalex.org/W3006371228
  • https://openalex.org/W3040980702
  • https://openalex.org/W3046819731
  • https://openalex.org/W3099534047
  • https://openalex.org/W3109288119
  • https://openalex.org/W3117308165
  • https://openalex.org/W3122499440
  • https://openalex.org/W3200737309
  • https://openalex.org/W4220988144
  • https://openalex.org/W4281876894
  • https://openalex.org/W4310627504