Complex-valued convolutional neural networks for disease detection utilizing digital holographic wavefronts

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作者
Ubaid Dar,Assif Assad,Muzafar Rasool,Farooq Hussain Bhat,Shabir Kumar,Mandeep Singh
出处
期刊:Journal of Optics [IOP Publishing]
卷期号:28 (1): 015301-015301
标识
DOI:10.1088/2040-8986/ae3840
摘要

Abstract Phase carries crucial morphological and compositional information and is central to many optical imaging modalities. Digital holographic microscopy (DHM), interferometric technique, captures the complex object field of a specimen, containing both phase and amplitude. Conventional deep learning networks process complex data as paired real channels, neglecting intrinsic phase–amplitude coupling. In this reported work, we introduce complex-valued convolutional neural networks (CV-CNNs) for binary classification of normal and cancerous cervical cells using the DHM complex object field. Four CV-CNN variants (ModReLU, CReLU, Cardioid, zReLU) were evaluated via five-fold cross-validation against an equivalent real-valued CNN. The ModReLU CV-CNN achieved the highest performance (Accuracy = 0.89 ± 0.03, F1 = 0.89 ± 0.04, Precision = 0.89 ± 0.04, Recall = 0.89 ± 0.05, AUC = 0.96 ± 0.02), demonstrating that phase-aware complex convolution significantly enhances the classification performance. By eliminating phase unwrapping, it also reduces associated computational cost and ambiguity. The methodology is also applicable to other phase-sensitive imaging modalities.
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