高光譜成像技術(shù)

金銀花是中國(guó)傳統(tǒng)藥食同源中藥材和食材，有抗菌抗炎、清熱解毒等功效，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。近年來(lái)，隨著人們對(duì)金銀花營(yíng)養(yǎng)功效的深入了解，金銀花不但在中藥領(lǐng)域的需求越來(lái)越大，在食品行業(yè)（如涼茶、飲料、沖劑等）中的應(yīng)用也日趨廣泛，導(dǎo)致金銀花市場(chǎng)供不應(yīng)求，其價(jià)格連年持續(xù)飆升。?由于山銀花與金銀花的形狀以及特征等方面極其相似，且產(chǎn)量大、價(jià)格便宜，部分不法商販為謀取個(gè)人利益，將山銀花摻雜甚至冒充金銀花出售。上述摻假行為不但擾亂了正常的金銀花市場(chǎng)，對(duì)金銀花為原料的食品和藥品消費(fèi)市場(chǎng)也造成巨大危害。

因此，如何建立快速、有效、實(shí)用的金銀花與山銀花識(shí)別方法，是保證金銀花及其產(chǎn)品品質(zhì)、健康發(fā)展金銀花產(chǎn)業(yè)亟待解決的問(wèn)題。目前，對(duì)于金銀花的鑒別主要根據(jù)外觀性狀進(jìn)行鑒別（如花蕾尺寸、表面色澤、毛被情況等）以及利用化學(xué)方法（如高效液相色譜鑒定法、液－質(zhì)聯(lián)用、標(biāo)識(shí)成分含量測(cè)定等）檢測(cè)內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)。然而，外觀性狀鑒別方法具較強(qiáng)的主觀性，鑒別誤差較大；而理化鑒別方法具有破壞性，且耗時(shí)費(fèi)力、成本較高，均無(wú)法做到對(duì)金銀花快速、無(wú)損、準(zhǔn)確的檢測(cè)，難以滿足實(shí)際鑒別工作的需要。

高光譜成像技術(shù)是融合了成像技術(shù)和光譜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的一種新興檢測(cè)技術(shù)，可以同時(shí)獲得研究對(duì)象內(nèi)、外部品質(zhì)特征的光譜信息與空間信息，在農(nóng)作物的鑒別及品質(zhì)檢測(cè)方面已廣泛應(yīng)用。高光譜成像技術(shù)具有無(wú)損、快速、綠色的優(yōu)勢(shì),本研究借鑒其在定量檢測(cè)方面的應(yīng)用,力圖實(shí)現(xiàn)金銀花和山銀花藥材質(zhì)量快速檢測(cè)的目的。

應(yīng)用需求：在暗室條件下對(duì)未知含量金銀花、山銀花進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)區(qū)域 180×300mm。能夠?qū)Ρ粶y(cè)物光譜進(jìn)行快速相應(yīng)，檢測(cè)出在一定區(qū)域內(nèi)的金銀花、山銀花含量。方便醫(yī)務(wù)人員對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)也有助于對(duì)金銀花（或山銀花）品質(zhì)、藥效、產(chǎn)地等進(jìn)行分析。利用高光譜成像技術(shù)能夠無(wú)損、有效地鑒別金銀花與山銀花，并且在全光譜和特征波長(zhǎng)下均能實(shí)金銀花與山銀花的快速判別分析。如下圖所示：金銀花、山銀花原始光譜圖和采用 PCA 判別之后的結(jié)果。

根據(jù)空間成像方式的不同，成像光譜儀主要分為擺掃式成像光譜儀、推掃式成像光譜儀和凝視式成像光譜儀。

二、高光譜成像技術(shù)數(shù)據(jù)處理方法

按照常規(guī)處理方法，以參考板為基準(zhǔn)，求出反射率，并進(jìn)行光譜平滑，去除光譜維噪聲。

三、光譜特征分析

從真彩色圖像和假彩色圖像對(duì)比可以看出，假彩色圖像中金銀花部分花瓣色調(diào)偏白（紅色方框），與其他花瓣不一致。圖 5 中黑色曲線為假彩色圖像中白色花瓣的光譜曲線，可以看出除了白色的金銀花瓣光譜區(qū)別較明顯之外，也存在一些金銀花和山銀花的花瓣光譜區(qū)別較小，形態(tài)相似度較大的情況。對(duì)比圖 6 和圖7 可以看出，在 119 波段（611 nm）處山銀花的光譜與金銀花所區(qū)別，山銀花有一個(gè)較明顯的吸收，金銀花在該位置的吸收特征不明顯。圖 8 為吸收強(qiáng)度圖，可以看出，山銀花的吸收強(qiáng)度明顯。根據(jù)上述特征分析，利用高光譜相機(jī)可以用于金銀花及山銀花的工業(yè)級(jí)分揀及鑒定識(shí)別。

審核編輯：符乾江