基于高光譜成像技術的寧夏枸杞鑒別應用與研究

枸杞是我國常用的珍貴中藥材，含有豐富的營養成分，不但在中藥領域大量使用，還被廣泛用于功能性食品的研究與開發。近些年，隨著枸杞市場需求的不斷增加，其經濟價值不停地增長，因此，采用有效手段對枸杞品質進行準確鑒別具有重要意義。目前對枸杞品質、產地的鑒別主要依賴感官鑒別、顯微鑒別、化學成分分析鑒別等幾種常見方法，但都具有一定的局限性。

高光譜成像技術將圖像與光譜技術相結合，可同時快速、準確地獲取被測物的圖像信息和光譜信息，憑借無損、檢測速度快、分辨率高的優點，可實現被測物內外部品質的可視化分析及物品品質和質量的快速、高效檢測，使得其在農業、食品、醫療等領域有著極為廣泛的應用。

本案例主要采用對寧夏、甘肅產地的枸杞進行光譜采集與分析，通過高光譜大數據云平臺進行模型訓練與匹配，實現寧夏枸杞的鑒別。

1.高光譜數據采集分析設備

SCI系列產品由深圳市中達瑞和自主研發，是以搭載SHIS系列高光譜成像儀為核心、高度集成化的臺式高光譜成像系統，利用其廣泛的光譜范圍和靈活的軟硬件優勢，采用非破壞、非接觸式的鑒定手段，實現對不同物質進行高清晰度的高光譜數據采集和分析處理，發現傳統技術手段較難觀察到的細節特征。系統集成多軸光源、專用平臺、高光譜成像、光譜/圖像分析為一體，可針對不同的研究對象和目標，建立多尺度實施光譜成像數據的獲取-處理-分析的一體化業務流程。

SCI系列高光譜成像系統

2.實驗樣本

實驗所用枸杞樣本分別為寧夏枸杞、甘肅枸杞，采用可見光波段來進行測試（400nm～1000nm），每個品種采集了50個樣本，混合在一起采集50個樣本。如下圖所示，3顆一堆的為寧夏枸杞，4顆一堆的為甘肅枸杞。

不同產地枸杞高光譜偽彩圖

不同產地枸杞光譜曲線圖

上圖光譜曲線，寧夏枸杞為紅色，甘肅枸杞為綠色，背景為藍色?？梢钥闯?，寧夏枸杞波段反射率大于甘肅枸杞的反射率，兩種枸杞的光譜曲線存在明顯差異。通過對兩種枸杞的光譜曲線進行歸一化處理后，光譜差異更加明顯，如下圖：

歸一化光譜曲線圖

3.模型訓練與匹配

通過中達瑞和高光譜大數據分析云平臺，把采集的2種枸杞數據放入數據集中，對多個樣本進行標注，數據分析和模型訓練，然后就2種放在一起采樣的數據進行模型匹配與判斷，得到結果與實際枸杞的產地相符，效果如下圖：

枸杞分類高光譜偽彩圖

（紅色為寧夏枸杞，綠色為甘肅枸杞，藍色為背景）

因此，通過如上實驗測試結果表明，基于高光譜成像技術并結合機器學習模型訓練方法能夠快速、無損、準確地鑒別寧夏枸杞，對確保枸杞品質準確分級具有重要的指導意義，同時也可為枸杞工業化批量檢測提供一種高效、科學的檢測手段和鑒別依據。