Spectral Classification of Large-Scale Blended (Micro)Plastics Using FT-IR Raw Spectra and Image-Based Machine Learning

卷积神经网络 随机森林 人工智能 模式识别(心理学) 计算机科学 比例(比率) 光谱特征 鉴定(生物学) 高光谱成像 决策树 遥感 多光谱图像 物理 植物 量子力学 生物 地质学
作者
Yanlong Liu,Wenli Yao,Fenghui Qin,Lei Zhou,Yian Zheng
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (16): 6656-6663 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c08952
摘要

Microplastics (MPs) are currently recognized as emerging pollutants; their identification and classification are therefore essential during their monitoring and management. In contrast to most studies based on small datasets and library searches, this study developed and compared four machine learning-based classifiers and two large-scale blended plastic datasets, where a 1D convolutional neural network (CNN), decision tree, and random forest (RF) were fed with raw spectral data from Fourier transform infrared spectroscopy, while a 2D CNN used the corresponding spectral images as the input. With an overall accuracy of 96.43% on a small dataset and 97.44% on a large dataset, the 1D CNN outperformed other models. The 1D CNN was the best at predicting environment samples, while the RF was the most robust with less spectral data. Overall, RF and 2D CNNs might be evaluated for plastic identification with fewer spectral data; however, 1D CNNs were thought to be the most effective with sufficient spectral data. Accordingly, an open-source MP spectroscopic analysis tool was developed to facilitate a quick and accurate analysis of existing MP samples.
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