粉葛是一種藥食兩用的植物，含葛根素、淀粉、纖維素、維生素等，具有極高的藥用和食用價值。相關研究表明粉葛中化學成分的含量與其生長年限密切相關。然而粉葛在市場流通中存在不滿足規(guī)定生長年限的非標準品，肉眼難以區(qū)分，嚴重影響臨床療效。目前對粉葛年限鑒別主要依靠傳統(tǒng)的理化技術，其操作周期長，破壞樣品的完整性，無法快速批量檢測。此類操作實驗周期長、成本高、并破壞藥材的完整性，在一定程度上受技術人員主觀性影響。因此，如何快速、無損、精準的鑒別不同生長年限的粉葛具有重要意義。高光譜成像技術的發(fā)展為粉葛年限的快速、無損鑒定提供了新思路。

光譜分辨率決定因素分析

經過對高光譜數(shù)據進行校正后，按照對不同年限的粉葛進行采樣，得到樣本的光譜曲線如圖１（ａ，ｂ）。

圖１粉葛樣本的原始光譜曲線圖

（ａ）：ＶＮＩＲ透鏡下；（ｂ）：ＳＷＩＲ透鏡下

示，圖1(a)和(b)分別為VNIR(410.45~990.10nm)透鏡和SWIR(948.72-~2512.97nm)透鏡下光譜曲線，其中每一條曲線代表一個樣本?從圖1中可知不同年限粉葛的光譜反射率趨勢大致相同，但難以對其區(qū)分?為了清晰地比較不同年限粉葛之間的區(qū)別，分別對三種不同年限的樣本求平均，得到的光譜曲線如圖2所示，其中(a)和(b)分別為VNIR和SWIR透鏡下的結果，每條代表一個年限的平均光譜曲線?從圖2中能直觀的看出不同年限的粉葛平均光譜反射率在VNIR和SWIR兩個鏡頭下均存在差別，其中三年生粉葛高于一年生和二年生，說明不同年限粉葛的光譜特征存在差異，基于高光譜成像技術對其年限鑒別是一種可行手段?

2、數(shù)據處理

標準正態(tài)變換預處理。本研究采用標準正態(tài)變換(standardnormalvariate，SNV)為預處理方法，經過SNV預處理后的光譜曲線如圖3所示，(a)和(b)分別為VNIR和SWIR兩個鏡頭下的結果?經SNV處理后，能有效消除光譜散射和漫反射的影響，減少各種干擾信息?

圖2不同年限粉葛樣本的ROI平均光譜曲線

(a):VNIR透鏡下;(b):SWIR透鏡下

圖3SNV預處理后的粉葛樣本光譜曲線圖

(a):VNIR透鏡下;(b):SWIR透鏡

3、結論

將高光譜成像技術和主成分分析法結合，建立四種機器學習模型，能夠準確的鑒別一年生?二年生?三年生的粉葛?實驗結果表明高光譜成像技術結合機器學習算法可以實現(xiàn)對不同生長周期粉葛的精準鑒別?未來將進一步研究如何優(yōu)化模型，同時改進硬件設施，將獲得穩(wěn)定?準確的模型并植入便攜式設備中，實現(xiàn)對不同年限粉葛快速無損的工業(yè)化檢測，為粉葛的野生撫育和科學合理安排粉葛的種植年限提供理論依據與方法?

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審核編輯 黃宇