Enhancing Scientific Image Classification through Multimodal Learning: Insights from Chest X-Ray and Atomic Force Microscopy Datasets

元数据 水准点(测量) 卷积神经网络 计算机科学 人工智能 深度学习 机器学习 上下文图像分类 医学影像学 Boosting(机器学习) 模式识别(心理学) 图像(数学) 大地测量学 地理 操作系统
作者
David C. Meshnick,Nahal Shahini,Debargha Ganguly,Yinghui Wu,Roger H. French,Vipin Chaudhary
标识
DOI:10.1109/bigdata59044.2023.10386478
摘要

In this study, we conduct a detailed evaluation of machine learning and multimodal learning approaches in two distinct areas: a standard medical imaging benchmark and a novel material sciences benchmark. We utilize the CheXpert chest x-ray dataset for medical imaging and introduce a newly created Fluoropolymer Atomic Force Microscopy (AFM) dataset for material sciences. Both datasets are enhanced with additional images and binary metadata, encoded as one-hot vectors. We tested both pretrained and non-pretrained Convolutional Neural Network (CNN) models, such as ResNet50, ResNet101, DenseNet121, InceptionV3, and Xception, across different combinations of image and metadata inputs. Our results reveal that integrating multimodal data, including simple binary metadata, significantly enhances classification accuracy compared to conventional unimodal approaches or advanced MADDi models. This indicates the efficacy of multimodal learning in enriching data representation and boosting image classification performance. Notably, Xception models showed exceptional performance in CheXpert tests, and most models improved crystal structure predictions in AFM datasets. These insights set a new benchmark for performance and underscore the potential of multimodal learning in data-intensive applied science research.
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