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Enregistrement W4408391914 · doi:10.1088/2632-2153/adc072

Hybrid vision transformer framework for efficient and explainable SEM image-based nanomaterial classification

2025· article· en· W4408391914 sur OpenAlexafffund
Camilo E. Valderrama, Qian Liu

Notice bibliographique

RevueMachine Learning Science and Technology · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueMachine Learning in Materials Science
Établissements canadiensUniversity of Winnipeg
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésNanomaterialsComputer scienceArtificial intelligenceComputer visionTransformerPattern recognition (psychology)Materials scienceNanotechnologyEngineeringElectrical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Scanning electron microscopy images, with their high potential to reveal detailed microstructural and compositional information across various fields, are challenging to label and process due to the large volumes being generated, the presence of noise and artifacts, and the reliance on domain expertise. Moreover, the lack of scalable, automated, and interpretable methods for analyzing scanning electron microscopy images has prompted this research, which focuses on three primary objectives. First, the use of semi-supervised learning techniques, including pseudo-labeling and consistency regularization, aims to utilize both labeled and unlabeled scanning electron microscopy data by generating pseudo-labels for the unlabeled data and enforcing consistency in predictions for perturbed inputs. Second, this study introduces a hybrid Vision Transformer (ViT-ResNet50) model, which combines the representational power of ViT with the feature extraction capabilities of ResNet50. Lastly, the use of SHapley Additive exPlanations enhances the model’s interpretability, revealing critical image regions that contribute to predictions. To evaluate performance, the model is assessed using confusion matrices, test accuracy, precision, recall, F1 scores, receiver operating characteristic—area under the curve scores, model fit duration, and trainable parameters, along with a comparative analysis to demonstrate its competitiveness against state-of-the-art models in both semi-supervised and supervised (completely labeled data) settings. As a result, the semi-supervised based ViT-ResNet50 model achieved accuracies of 93.65% and 84.76% on the scanning electron microscopy Aversa and UltraHigh Carbon Steel Database, respectively, with notable interpretability, surpassing baseline models like ResNet101, InceptionV3, InceptionResNetV2, and InceptionV4. The findings highlight the potential of semi-supervised to improve model performance in scenarios with limited labeled data, though challenges such as class imbalance and increased computational cost suggest areas for further optimization.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,018

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,006
Tête enseignante GPT0,280
Écart entre enseignants0,274 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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