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专利号: 2022114871750
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1:制备不同掺假浓度的抹茶样本,采集样品的光谱图像和烧蚀图像信息,并将样本划分训练集和预测集;

步骤2:将收集到的LIBS光谱和烧蚀图像数据进行预处理,降低噪声及无关因素造成的干扰;

步骤3:利用XGBoost提取LIBS光谱图像特征,利用灰度共生矩阵GLCM提取图像纹理特征,光谱特征记为W1,图像特征记为W2;

步骤4:将提取出的光谱特征和图像特征进行特征融合,融合后的信息作为样品的新特征,记为W;

步骤5:将融合后的特征信息作为输入,并给不同掺假浓度的抹茶贴上数据标签,建立基于LIBS光谱和烧蚀图像的抹茶掺假程度定量分析模型,实现抹茶掺假浓度的预测。

2.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤1中的样品具体是将抹茶和掺假物按比例混合,并使用混匀仪进行均质处理,每个样品总质量为X g;样本总数为M+N,训练组数为M,预测集组数为N。

3.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤1中,从每个样品中称取适量抹茶混合物,并在室温下溶解于蒸馏水中,两者比例为0.005‑0.01;使用磁力搅拌器将溶液充分搅拌,抹茶颗粒在溶液中悬浮均匀;使用移液器量取Yμl溶液转移至抽滤装置中;抽滤装置包括真空泵、滤杯和滤瓶;经过抽滤得到最后用来检测的样品。

4.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤1中,采集光谱信号的仪器参数为:激光脉冲能量为80mJ;脉冲频率为1Hz;延迟时间为2μs;积分时间为10μs;并在320‑428nm范围内获取样品的光谱信息。

5.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤1中,先将从抽滤装置获得到的样品静置3‑5min,然后对每个样品在方形区域采集n×n个点,每个点间隔1mm,每个点由激光击打1次并收集光谱;使用自行设计的LIBS快速检测系统的相机采集样品的图像。

6.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤2包括如下具体步骤:步骤2.1:先对每个样品所采集的n×n个点的光谱进行平均处理后来代表该样品的光谱信息;

步骤2.2:对M+N组样品的光谱信息进行标准归一化处理,得到光谱矩阵信息,记为α(α1,α2,α3……αM+N);

步骤2.3:对图像进行感兴趣区域提取,即选择包含样品及所有烧蚀坑区域的范围,感兴趣区域大小为m×m像素。

7.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤3包括如下具体步骤:步骤3.1:使用XGBoost根据重要性值的大小在全谱范围内选择特征变量,通过十则交互验证来调整参数确定可以使模型性能达到最优的特征变量数量并得到光谱特征W1,两个关键的超参数分别是n_estimators和learning rate,它们的值分别为100和0.1;

步骤3.2:通过GLCM分析提取对比度、均匀性、能量、相关性、角二阶矩六个纹理特征,并将这些纹理特征的值整合成一个代表样本纹理特征的矩阵信息,然后得到所有样本的图像特征W2。

8.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤4中,将光谱特征W1和图像纹理特征W2前后拼接在一起,得到融合后的样品的特征信息W。

9.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤5中,获得基于融合信息为输入的模型结果,并且比较基于不同输入的回归模型的性能,获得相应掺假浓度指标的最佳定量分析模型。

10.根据权利要求1所述的快速定量分析抹茶掺假的方法,其特征在于,所述步骤5中,以相关系数和均方根误差作为评价模型性能的指标,R值度量预测的掺假含量与实际值之间的关系,RMSE值度量预测误差。