Estimating physical parameters from scientific images is a common inverse problem in materials characterization that often relies on expensive physics-based simulations. In electron microscopy, specimen thickness and crystal mistilt are critical parameters that govern how electrons scatter through the sample, and therefore the accuracy of any atomic-scale structure recovered from it. They are commonly inferred by matching experimental position-averaged convergent-beam electron diffraction (PACBED) patterns to simulated ones, but grid searches scale poorly and neural-network methods require extensive pretraining that may not transfer to new conditions. Here, we propose scalable Bayesian optimization of composite functions (SBOCF), a simulation-efficient method that exploits the known composite structure of the image-matching objective and the intermediate information contained in simulated images. By representing PACBED images with patch-level summaries and two correction terms, SBOCF preserves the original pixel-wise objective while reducing the number of modeled outputs from 24,649 to 11. Under a budget of 50 simulator evaluations, SBOCF outperformed standard Bayesian optimization with expected improvement on synthetic SrTiO3 benchmarks with thick and thin specimens, reducing the median final SSE by up to 290x in the thick-sample case. On experimental data, SBOCF produced parameter estimates consistent with previously reported values without task-specific pretraining. For a simulated mistilted specimen, using the SBOCF estimates in a downstream ptychographic reconstruction recovered sharp atoms that were otherwise blurred. These results establish SBOCF as a promising approach for inverse problems involving expensive simulators and high-dimensional structured outputs.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ICML2024】揭示Graph Transformers 中的过全局化问题
专知会员服务
21+阅读 · 2024年5月27日
【NeurIPS2022】图谱视角下的图对比学习
专知会员服务
27+阅读 · 2022年10月9日
WWW 2020 开源论文 | 异构图Transformer
PaperWeekly
13+阅读 · 2020年4月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Generative Adversarial Text to Image Synthesis论文解读
统计学习与视觉计算组
13+阅读 · 2017年6月9日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:29
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:21
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
9+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
相关VIP内容
【ICML2024】揭示Graph Transformers 中的过全局化问题
专知会员服务
21+阅读 · 2024年5月27日
【NeurIPS2022】图谱视角下的图对比学习
专知会员服务
27+阅读 · 2022年10月9日
相关基金
国家自然科学基金
9+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员