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LIBS结合最大相关最小冗余特征选择的镁合金快速分类识别OA

Feature selection enhances classification accuracy of magnesium alloys in LIBS spectra

中文摘要英文摘要

镁合金因其低密度、高比强度和优异的耐腐蚀性能,在航空航天、汽车及电子工业中得到广泛应用.激光诱导击穿光谱(LIBS)具有分析速度快、无需复杂样品制备等优势,因此在镁合金检测领域具有良好应用前景.由于LIBS光谱在不同次测量中存在较大波动,同时不同类型镁合金的光谱相似度较高,数据中还包含冗余信息,直接分类往往效果有限.本文提出基于特征选择的镁合金快速分类方法,系统对比了最大相关最小冗余(mRMR)、随机森林(RF)和光谱指数三种特征选择方法,并结合支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、反向传播神经网络(BPNN)和K近邻(KNN)三种分类模型,构建了多种镁合金分类模型.实验结果表明:mRMR-BPNN在仅使用180个特征的条件下,在首日和次日的数据测试中分别达到99.4%和92.5%的准确率,显著优于其他特征选择-分类器组合方法以及原始光谱直接分类方法.该方法在无需复杂前处理的条件下有效提升了模型的分类准确率与泛化能力,为镁铝合金材料的快速在线检测与质量控制提供了一种可靠分析手段,对推动LIBS技术在工业现场中的实际应用具有积极意义.

Magnesium alloys,owing to their low density,high specific strength,and excellent corrosion resistance,are widely applied in aerospace,automotive,and electronics industries.Laser-induced break-down spectroscopy(LIBS)offers advantages such as rapid analysis and minimal sample preparation,mak-ing it highly promising for magnesium alloy detection.However,LIBS spectra exhibit significant fluctua-tions across repeated measurements,while the spectral similarity among different types of magnesium al-loys is high.In addition,the data contain redundant information,which limits the performance of direct classification.In this work,a rapid classification method for magnesium alloys based on feature selection was proposed.Three feature selection strategies maximum relevance minimum redundancy(mRMR),random forest(RF),and spectral indices were systematically compared and combined with three classifi-ers,including support vector machine(SVM),back propagation neural network(BPNN),and k-nearest neighbor(KNN),to construct multiple classification models for magnesium alloys.Experimental results demonstrate that the mRMR-BPNN model achieved accuracies of 99.4%and 92.5%on the first-day and second-day test datasets,respectively,using only 180 selected features.This performance significantly outperforms other feature selection classifier combinations as well as direct classification using raw spectra.The proposed method effectively improves both classification accuracy and generalization capability with-out requiring complex preprocessing,providing a reliable approach for rapid online detection and quality control of magnesium-aluminum alloys.This work highlights the practical potential of LIBS technology for industrial on-site applications.

陈明方;宫宇;徐向君;冯磊;王鑫浩;邱选兵;李传亮

上海交通大学 电子信息与电气工程学院,上海 200240太原科技大学 应用科学学院,山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024||太原科技大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院,山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院,山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院,山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院,山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024太原科技大学 应用科学学院,山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心,山西 太原 030024

数理科学

激光诱导击穿光谱镁合金特征选择机器学习

laser-induced breakdown spectroscopymagnesium alloyfeature selectionmachine learning

《光学精密工程》 2026 (4)

548-558,11

国家自然科学基金(No.12504482,No.62475182,No.52076145,No.12304403)国家重点研发计划(No.2023YFF0718100)山西省科技创新人才团队专项资助(No.202304051001034)山西省重点研发计划项目(No.202302150101006,No.202402150301012,No.202402130501005)太原科技大学博士启动金资助项目(No.20252097)

10.37188/OPE.20263404.0548

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