Khoáng sản là một nguyên tố hoặc hợp chất hóa học thường ở dạng tinh thể và được hình thành do kết quả của các quá trình địa chất, đóng vai trò then chốt trong nhiều quá trình hóa học, ứng dụng và nghiên cứu. Theo truyền thống, việc phân loại khoáng sản được thực hiện thông qua các kỹ thuật quan sát và hóa học. Tuy nhiên, với việc tăng số lượng mẫu, các phương pháp này thường mất nhiều thời gian. Những tiến bộ gần đây trong Trí tuệ nhân tạo (AI) và Máy học (Machine Learing - một nhánh của AI) đã mang đến nhiều đột phá về tốc độ và độ chính xác của việc phân loại khoáng sản.

Trong các ứng dụng khoa học đời sống, máy học có thể tăng theo cấp số nhân thông lượng phân tích hình ảnh và giảm nguy cơ lỗi của con người. Công ty ZEISS của Đức, một doanh nghiệp công nghệ hàng đầu thế giới hoạt động trong ngành quang học và quang điện tử, đã nghiên cứu và phát triển bộ công cụ ZEN AI chứa các giải pháp khử nhiễu hình ảnh, phân đoạn hình ảnh và phân loại đối tượng.

Bộ công cụ này bao gồm các mô-đun ZEN Intellesis và ZEN Image Analysis. ZEN Intellesis là một module trong phần mềm ZEN của ZEISS, được thiết kế để tự động phân đoạn hình ảnh bằng cách sử dụng công nghệ học máy. Phần mềm này giúp phân tích các tập dữ liệu đa chiều, bao gồm cả dữ liệu 3D, một cách nhanh chóng và chính xác. ZEN Image Analysis là một module trong phần mềm ZEN Blue của ZEISS, được thiết kế để tự động hóa việc nhập liệu, phân đoạn và trích xuất dữ liệu từ hình ảnh. Module này cung cấp một giao diện thân thiện với người dùng, cho phép thiết lập các ngưỡng như độ sáng, kích thước, hình dạng và vùng quan tâm (ROI) để phân tích hình ảnh một cách hiệu quả.

Các mô-đun ZEN Intellesis và ZEN Image Analysis cung cấp nhận dạng, phân loại, đo lường và định lượng khoáng sản hoàn toàn tự động. Chúng có thể tích hợp sử dụng với kính hiển vi ánh sáng ZEISS, từ kính hiển vi thông minh Axiolab 5 do người vận hành điều khiển cho đến máy quét Axioscan 7 Geo hoàn toàn tự động.

Phân tích mẫu tự động

Trong quá trình thăm dò tài nguyên mới và để đánh giá hiệu suất của quá trình thu hồi khoáng sản, kính hiển vi quang học được sử dụng hàng ngày để đánh giá các mẫu khai thác mỏ. Người thao tác phải tiến hành đánh giá mẫu nghiêm ngặt và chính xác, đây là một nhiệm vụ tốn nhiều công sức cũng như thời gian.

Với ZEN Intellesis và ZEN Image Analysis, việc phân loại và đo lường khoáng vật học được thực hiện tự động, cho phép người vận hành tập trung vào diễn giải dữ liệu và các nhiệm vụ quan trọng khác.

Khi kết hợp với ZEN Image Analysis, ZEN Intellesis cung cấp công nghệ học máy tiên tiến, có thể được đào tạo tại chỗ, để phân loại và đo lường đối tượng. Điều này giúp phân biệt khoáng vật học, rút ngắn thời gian cho kết quả.

Hình ảnh ánh sáng phản xạ thu được với ZEISS Axiolab 5. Mẫu quặng đồng nghiền được đặt trong một khối nhựa và được chuẩn bị trước đó để phân tích SEM. Dấu vết của lớp phủ carbon vẫn còn trên một số bề mặt. Ảnh: Công ty Tài nguyên thiên nhiên ZEISS

Bản đồ màu nhân tạo theo phân loại Intellesis. Bất chấp những thách thức của quá trình chuẩn bị mẫu, ví dụ: không thể có được hình ảnh ánh sáng truyền qua, vết trầy xước bề mặt và đá mạch, Intellesis tự động phân loại các thành phần riêng lẻ của hình ảnh này. Nhựa màu xám nhạt, đá mạch màu xám đen, pyrit màu nâu, chalcopyrit màu cam và chalcocit màu xanh lam. Ảnh: Công ty Tài nguyên thiên nhiên ZEISS

Đánh giá mẫu nhất quán

Giám sát chất lượng là một quá trình liên tục phụ thuộc vào dữ liệu được đưa vào một vòng lặp thông tin mà từ đó các quyết định hoạt động được đưa ra. Điều này cho phép lập kế hoạch chiến lược bằng cách sử dụng bằng chứng thu thập được trong một khoảng thời gian nhất định.

Dữ liệu đáng tin cậy, nhất quán là rất quan trọng. Không giống như các loại kính hiển vi quang học được thao tác thủ công, các mô-đun ZEN Intellesis và Image Analysis hoạt động không mệt mỏi và cho kết quả nhất quán sau mỗi mẫu thử.

Sau khi phân loại, mô-đun Image Analysis (Phân tích hình ảnh) tự động đo các thành phần riêng lẻ và cung cấp thông tin thống kê, bao gồm phân bố mốt, kích thước, diện tích, chu vi, v.v., cũng như tỷ lệ mốt của các pha hiện diện. Ảnh: Công ty Tài nguyên thiên nhiên ZEISS

Linh hoạt trong ứng dụng

Tính linh hoạt và dễ sử dụng là những yếu tố chính khi sử dụng các mô-đun ZEN. Các mô hình máy học có thể được đào tạo ở cấp địa phương mà không cần tham khảo ý kiến của các chuyên gia trí tuệ nhân tạo (AI). Chúng cũng có thể được cập nhật và tinh chỉnh theo thời gian, tạo sự linh hoạt hơn cho việc phân loại vật liệu.

Bộ cung cụ ZEN AI có thể xử lý hình ảnh từ bất kỳ kính hiển vi ZEISS nào, hoạt động ở mọi cấp độ, từ chụp ảnh do người vận hành thao tác bằng kính hiển vi thông minh Axiolab 5 đến tự động hóa hoàn toàn với máy quét lát mỏng tốc độ cao của ZEISS - Axioscan 7 Geo (có khả năng quét 100 lát mỏng trong vài phút, cung cấp dữ liệu thạch học số hóa chất lượng cao).

Lượng thông tin phong phú có thể được tận dụng bằng cách sử dụng máy quét Axioscan 7 Geo hoàn toàn tự động giúp phân tích chi tiết và toàn diện về mẫu vật. Axioscan 7 Geo có thể chụp ảnh bằng các phương pháp tương phản khác nhau và nhiều góc phân cực, cung cấp mật độ thông tin pixel cao có thể được đánh giá và diễn giải bằng các phương pháp trí tuệ nhân tạo (AI).

Sau khi thực hiện phân đoạn Intellesis và phân tích hình ảnh, kết quả có thể được phân tích thêm bằng cách sử dụng Hộp công cụ phân tích hóa thạch (PetPAT). PetPAT có thể truy cập vào khối lượng dữ liệu từ hình ảnh Axioscan 7 Geo chụp được để cung cấp đầu ra, bao gồm góc tắt so với máy phân tích, hướng hạt, phân bố kích thước hạt, vị trí ranh giới hạt và thông tin kết cấu.

Bộ công cụ ZEN AI của Công ty ZEISS