Deep-learning-based fringe-pattern analysis with uncertainty estimation

计量学 计算机科学 卷积神经网络 深度学习 人工智能 可靠性(半导体) 人工神经网络 机器学习 度量(数据仓库) 重复性 基本事实 贝叶斯概率 像素 相(物质) 模式识别(心理学) 数据挖掘 光学 统计 数学 物理 量子力学 功率(物理)
作者
Shijie Feng,Chao Zuo,Yan Hu,Yixuan Li,Qian Chen
出处
期刊:Optica [Optica Publishing Group]
卷期号:8 (12): 1507-1507 被引量:76
标识
DOI:10.1364/optica.434311
摘要

Deep learning has gained increasing attention in the field of optical metrology and demonstrated great potential in solving a variety of optical metrology tasks, such as fringe analysis and phase unwrapping. However, deep neural networks cannot always produce a provably correct solution, and the prediction error cannot be easily detected and evaluated unless the ground-truth is available. This issue is critical for optical metrology, as the reliability and repeatability of the measurement are of major importance for high-stakes scenarios. In this paper, for the first time to our knowledge, we demonstrate that a Bayesian convolutional neural network (BNN) can be trained to not only retrieve the phase from a single fringe pattern but also produce uncertainty maps depicting the pixel-wise confidence measure of the estimated phase. Experimental results show that the proposed BNN can quantify the reliability of phase predictions under conditions of various training dataset sizes and never-before-experienced inputs. Our work allows for making better decisions in deep learning solutions, paving a new way to reliable and practical learning-based optical metrology.

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