基于成像光谱仪的中药硫磺熏蒸鉴别方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感技术领域，特别涉及一种基于成像光谱仪的中药硫磺熏蒸鉴别方 法及系统。
【背景技术】
[0002] 硫磺熏制中药材曾经是我国药材加工的传统做法，主要用于防虫和防潮，便于药 材的储存，减少药材损耗，还可增加色泽。但由于硫磺燃烧以后会产生二氧化硫，极容易残 留在药材当中，长期服用会伤害消化道和呼吸道，以及肝、肾等脏器。因此，国家食品药品监 管管理局在2004年就专门下文，禁止使用硫磺熏制中药材。
[0003] 目前仍被不少药商违法使用这种方法，传统的鉴别方法是使用鼻子闻、肉眼辨别 和尝。但是由于一些中药材本身就有气味或者本身有毒，故而该鉴别方法存在着很大的局 限性，鉴别的精度及效率很低。
【发明内容】
[0004] 为了提高中药鉴别的精度及效率，本发明提供了一种基于成像光谱仪的中药硫磺 熏蒸鉴别方法，所述方法包括：
[0005] Sl :获取待鉴别中药在预设波段的高光谱图像，并根据所述待鉴别中药在预设波 段的高光谱图像计算对所述待鉴别中药的光谱指数特征；
[0006] S2:根据所述待鉴别中药在预设波段的高光谱图像及所述待鉴别中药的光谱指数 特征对所述待鉴别中药进行分类，以确定所述待鉴别中药是否经过硫磺熏蒸。
[0007] 可选地，步骤Sl之前，所述方法还包括：
[0008] SO :获取样本中药在预设波段的高光谱图像，并根据所述样本中药在预设波段的 高光谱图像计算对所述样本中药的光谱指数特征；
[0009] 相应地，步骤S2具体包括：
[0010] 根据所述待鉴别中药在预设波段的高光谱图像、所述待鉴别中药的光谱指数特 征、所述样本中药在预设波段的高光谱图像及所述样本中药的光谱指数特征对所述待鉴别 中药进行分类，以确定所述待鉴别中药是否经过硫磺熏蒸。
[0011] 可选地，步骤S2中，通过下式对所述待鉴别中药进行分类，
= γ为大于〇的常数；j为与待鉴别中药对应的像元；Xj为待鉴别中药 在预设波段的高光谱图像上像元j对应的像素值；？ 像元j对应的光谱指数特征；a i 及b为通过样本中药在预设波段的高光谱图像及样本中药的光谱指数特征求解最优化问 题求得的参数；μ为在[0, 1]区间内的常数；i为样本中药对应的像元；η为样本中药对应 的像元总数；^为样本中药在预设波段的高光谱图像上像元i对应的像素值；？ i为像元 i对应的光谱指数特征；Yi在像元i为经过硫磺熏蒸的中药时，其取值为-1 ;在像元i为未 经过硫磺熏蒸的中药时，其取值为1 ;当f (Xj)〈0时，贝1J判别像元j为经过硫磺熏蒸的中药； 当f (Xj) >0时，则判别像元j为未经硫磺熏蒸的中药。
[0014] 可选地，步骤SO之前，所述方法还包括：
[0015] 获取所述样本中药在所有波段的高光谱图像，计算各波段的高光谱图像对应的空 间自相关指数，将所述空间自相关指数高于预设阈值的波段作为所述预设波段。
[0016] 可选地，所述光谱指数特征为对中药物理化学参量敏感的光谱指数特征。
[0017] 本发明还公开了一种基于成像光谱仪的中药硫磺熏蒸鉴别系统，所述系统包括：
[0018] 待鉴别数据获取单元，用于获取待鉴别中药在预设波段的高光谱图像，并根据所 述待鉴别中药在预设波段的高光谱图像计算对所述待鉴别中药的光谱指数特征；
[0019] 待鉴别中药分类单元，用于根据所述待鉴别中药在预设波段的高光谱图像及所述 待鉴别中药的光谱指数特征对所述待鉴别中药进行分类，以确定所述待鉴别中药是否经过 硫磺熏蒸。
[0020] 可选地，所述系统还包括：
[0021] 样本数据获取单元，用于获取样本中药在预设波段的高光谱图像，并根据所述样 本中药在预设波段的高光谱图像计算对所述样本中药的光谱指数特征；
[0022] 相应地，所述待鉴别中药分类单元，还用于根据所述待鉴别中药在预设波段的高 光谱图像、所述待鉴别中药的光谱指数特征、所述样本中药在预设波段的高光谱图像及所 述样本中药的光谱指数特征对所述待鉴别中药进行分类，以确定所述待鉴别中药是否经过 硫磺熏蒸。
[0023] 可选地，所述待鉴别中药分类单元，还用于通过下式对所述待鉴别中药进行分类，
心(?) = c; γ为大于0的常数；j为与待鉴别中药对应的像元；Xj为待鉴别中药 在预设波段的高光谱图像上像元j对应的像素值；？ 像元j对应的光谱指数特征；a i 及b为通过样本中药在预设波段的高光谱图像及样本中药的光谱指数特征求解最优化问 题求得的参数；μ为在[0, 1]区间内的常数；i为样本中药对应的像元；η为样本中药对应 的像元总数；^为样本中药在预设波段的高光谱图像上像元i对应的像素值；？ i为像元 i对应的光谱指数特征；Yi在像元i为经过硫磺熏蒸的中药时，其取值为-1 ;在像元i为未 经过硫磺熏蒸的中药时，其取值为1 ;当f (Xj)〈0时，贝1J判别像元j为经过硫磺熏蒸的中药； 当f (Xj) >0时，则判别像元j为未经硫磺熏蒸的中药。
[0026] 可选地，所述系统还包括：
[0027] 波段选择单元，用于获取所述样本中药在所有波段的高光谱图像，计算各波段的 高光谱图像对应的空间自相关指数，将所述空间自相关指数高于预设阈值的波段作为所述 预设波段。
[0028] 可选地，所述光谱指数特征为对中药物理化学参量敏感的光谱指数特征。
[0029] 本发明通过待鉴别中药在预设波段的高光谱图像及待鉴别中药的光谱指数特征 对所述待鉴别中药进行分类，从而提高了鉴别的精度及效率。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明一种实施方式的基于成像光谱仪的中药硫磺熏蒸鉴别方法的流程 图；
[0031] 图2是本发明一种实施方式的基于成像光谱仪的中药硫磺熏蒸鉴别系统的结构 框图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0033] 图1是本发明一种实施方式的基于成像光谱仪的中药硫磺熏蒸鉴别方法的流程 图；参照图1，所述方法包括：
[0034] Sl :获取待鉴别中药在预设波段的高光谱图像，并根据所述待鉴别中药在预设波 段的高光谱图像计算对所述待鉴别中药的光谱指数特征；
[0035] S2:根据所述待鉴别中药在预设波段的高光谱图像及所述待鉴别中药的光谱指数 特征对所述待鉴别中药进行分类，以确定所述待鉴别中药是否经过硫磺熏蒸。
[0036] 本实施方式通过待鉴别中药在预设波段的高光谱图像及待鉴别中药的光谱指数 特征对所述待鉴别中药进行分类，从而提高了鉴别的精度及效率。
[0037] 在具体实现中，为了便于实现对所述待鉴别中药进行分类，可选地，步骤Sl之前， 所述方法还包括：
[0038] SO :获取样本中药在预设波段的高光谱图像，并根据所述样本中药在预设波段的 高光谱图像计算对所述样本中药的光谱指数特征；
[0039] 在获取高光谱图像时，可使用卤素灯做光源，对待鉴别中药均匀照明，采用搭建的 成像光谱仪系统对中药材进行光谱成像，同时将已知硫磺熏蒸和已知未经过熏蒸的同种中 药放在同一视场中，当然，还可通过其他的获取方式，本实施方式对此不加以限制。
[0040] 相应地，步骤S2具体包括：
[0041] 根据所述待鉴别中药在预设波段的高光谱图像、所述待鉴别中药的光谱指数特 征、所述样本中药在预设波段的高光谱图像及所述样本中药的光谱指数特征对所述待鉴别 中药进行分类，以确定所述待鉴别中药是否经过硫磺熏蒸。
[0042] 为进一步提高对所述待鉴别中药进行分类的效率，可选地，步骤S2中，通过下式 对所述待鉴别中药进行分类，
/(:(?) = e 〃 γ为大于O的常数；j为与待鉴别中药对应的像元；Xj为待鉴别中药 在预设波段的高光谱图像上像元j对应的像素值；？ 像元j对应的光谱指数特征；a i 及b为通过样本中药在预设波段的高光谱图像及样本中药的光谱指数特征求解最优化问 题求得的参数；μ为在[0, 1]区间内的常数；i为样本中药对应的像元；η为样本中药对应 的像元总数；^为样本中药在预设波段的高光谱图像上像元i对应的像素值；？ i为像元 i对应的光谱指数特征；Yi在像元i为经过硫磺熏蒸的中药时，其取值为-1 ;在像元i为未 经过硫磺熏蒸的中药时，其取值为1 ;当f (Xj)〈0时，贝1J判别像元j为经过硫磺熏蒸的中药； 当f (Xj) >0时，则判别像元j为未经硫磺熏蒸的中药。
[0045]由于高光谱图像的波段数多，波长覆盖范围广，但是部分波段的图像质量较差，在 进行分类时会带来严重的误分，为避免该问题，需要先进行波段选择，即对获取的高光谱数 据计算Geary's c值，去除Geary's c值较大的波段，保留值较小的波段，进而去除图像质 量差或波段间相关性强的波段，降低高光谱数据的冗余，起到数据降维的作用，可选地，步 骤SO之前，所述方法还包括：
[0046] 获取所述样本中药在所有波段的高光谱图像，计算各波段的高光谱图像对应的空 间自相关指数，将所述空间自相关指数高于预设阈值的波段