[發明專利]一種利用光譜特征擴充提高激光探針分類精度的方法

在審

• 申請號: 202011175612.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112304924A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 閆久江;李祥友;李紅軍;湯志陽;陳偉;江維;李巧敏;陳立娟
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學;華中科技大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G06K9/62;G06N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種利用光譜特征擴充提高激光探針分類精度的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1，利用激光探針光譜采集裝置釆集等離子體光譜；

S2，對所述等離子體光譜進行平均，并在所得平光譜中選擇分析線及其所對應的起止波長；

S3，在原始光譜中提取光譜強度、譜峰面積、譜峰半高寬、譜峰標準差、譜峰信背比、譜峰信噪比特征；

S4，利用以上特征對輸入特征向量進行特征擴充，得擴充后的混合光譜特征向量；

S5，將擴充后所得混合光譜特征結合分類算法進行訓練得基于所述混合光譜特征的分類模型；

S6，將測試集的混合光譜特征輸入所述分類模型，所述分類模型輸岀分類結果，完成分類。

2.如權利要求1所述的利用光譜特征擴充提高激光探針分類精度的方法，其特征在于：步驟S3具體包括以下子步驟：

S31，根據S2中所得分析線，在原始光譜數據中，查詢分析線的波長位置，并檢索其前后相鄰3個點的光譜強度，然后提取該鄰域內的強度最大值作為該分析線的光譜強度，由此得光譜強度特征F(SI)；

S32，根據S2中所得分析線及分析線所在譜峰的起止波長，提取起止波段內的光譜波長數據及光譜強度數據，再以波長為自變量，強度為因變量，對該波段譜峰進行分段三次擬合，其中起始波長到分析線波長范圍內為第一段，分析線波長到終止波長范圍內第二段，擬合函數分別如公式(1)及公式(2)所示，然后對以上公式分別進行積分求面積，之后將兩段面積求和得全譜峰面積特征F(SPA)；

I₁(W)＝A₁W³+B₁W²+C₁W+D₁ (1)

I₂(W)＝A₂W³+B₂W²+C₂W+D₂ (2)

S33，根據譜峰的幾何形狀求取其半高寬特征F(FWHM)，首先在起止波長范圍內求其光譜強度的最大值I(W₀)及最小值I(W₃)，然后根據公式(3)求取I(W_mid)；之后，令I₁(W)和I₂(W)分別等于I(W_mid)，可分別求得實數根W₁和W₂，兩個實數根的差的絕對值ΔW即為該譜峰的半高寬，如公式(4)所示，由此可得譜峰的半高寬特征F(FWHM)。

ΔW＝|W₂-W₁| (4)

S34，提取起止波長范圍內的光譜強度數據，然后計算譜峰強度的標準差，得譜峰的標準差特征F(SD)；

S35，提取起始波長及其前兩個點的光譜強度，再提取終止波長及其后兩個點的光譜強度，然后將以上6個點的光譜強度合并到一個數列，并計算該數列的均值及標準偏差，所得值即分別為該譜峰的背景及噪聲。之后，利用S31所得光譜強度分別除以背景及噪聲，可得光譜的信背比及信噪比特征，分別為F(SBR)、F(SNR)。

3.如權利要求1-2任一項所述的利用光譜特征擴充提高激光探針分類精度的方法，其特征在于：步驟S3中，所述光譜特征包括但不僅限于光譜強度、譜峰面積、譜峰半高寬、譜峰標準差、譜峰信背比及譜峰信噪比，從光譜中提取到的其他特征或經過一定數學變換的特征如內標后的光譜強度、光譜強度比值，也可以用來進行光譜特征的擴充。

4.如權利要求1-2任一項所述的利用光譜特征擴充提高激光探針分類精度的方法，其特征在于：步驟S32中，譜峰面積是通過對譜峰的分段三次擬合求取得的。

5.如權利要求1-2任一項所述的利用光譜特征擴充提高激光探針分類精度的方法，其特征在于：步驟S35中，光譜的背景及噪聲是通過對譜峰起始點前三點及終止點后三點共同組成的波段進行估算求得的；