農(nóng)業(yè)行業(yè)
酸棗仁作為藥食同源的重要中藥材，是安神助眠類保健品和中藥制劑的核心原料，市場需求攀升但摻假問題頻發(fā)，傳統(tǒng)檢測手段主觀性強、效率低，難以適配快速檢測需求，而融合機器視覺與光譜分析的高光譜成像技術(shù)，可無損快速獲取樣品物理外觀與內(nèi)部成分信息，成為中藥材質(zhì)量檢測的重要方向。彩譜科技FS-13型高光譜相機憑借優(yōu)異的光譜采集性能，被研究團隊?wèi)?yīng)用于酸棗仁真?zhèn)舞b別研究，為酸棗仁快速檢測技術(shù)研發(fā)提供了重要實驗數(shù)據(jù)和技術(shù)參考，也印證了該設(shè)備在中藥材高光譜檢測領(lǐng)域的應(yīng)用價值。
本次酸棗仁真?zhèn)舞b別研究以酸棗仁及市售常見偽品理棗仁、兵豆、枳椇子為研究對象，每類樣本選取400 粒完整籽粒，按 3:1 比例劃分校正集與預(yù)測集，依托高光譜成像系統(tǒng)完成樣本光譜信息采集，其中核心的光譜采集設(shè)備選用彩譜 FS-13 高光譜相機。
FS-13可實現(xiàn)400~1000nm 可見-近紅外波段的光譜采集，光譜分辨率達2.5nm，能夠精準(zhǔn)捕捉酸棗仁與偽品籽粒的細(xì)微光譜差異；同時，設(shè)備可配合黑白參考校正流程，有效消除儀器暗電流、環(huán)境光變化等引入的干擾噪聲，保障原始光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。研究中，利用FS-13采集的高光譜圖像，經(jīng)裁剪拼接、感興趣區(qū)域提取后，可獲得單籽粒樣品的平均光譜，為后續(xù)建模分析奠定了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
為實現(xiàn)酸棗仁與偽品的有效區(qū)分，研究團隊基于FS-13采集的平均光譜數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建了CARS-PLSDA（競爭性自適應(yīng)重加權(quán)算法-偏最小二乘判別分析）模型、1DCNN（一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）模型，以及為對比分析構(gòu)建的5W-1DCNN模型，從經(jīng)典機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)兩個維度開展鑒別研究。
在CARS-PLSDA模型中，經(jīng)CARS算法篩選出511、672、721、850、981nm五個特征波長，模型校正集總體準(zhǔn)確率達99.6%，預(yù)測集總體準(zhǔn)確率達99.0%，可有效區(qū)分酸棗仁與偽品，僅少量枳椇子因與酸棗仁光譜特征相近出現(xiàn)誤判；在 1DCNN模型中，通過添加自定義波長選擇層實現(xiàn)特征波長自動篩選，篩選出的20 個特征波長中，664、727、857nm 與CARS算法篩選的特征波長相接近，模型校正集和預(yù)測集總體準(zhǔn)確率分別達 99.8% 和 99.5%，鑒別精度進一步提升；而基于5個特征波長構(gòu)建的5W-1DCNN模型，在校正集實現(xiàn) 100% 鑒別準(zhǔn)確率，預(yù)測集準(zhǔn)確率達 99.5%，在簡化模型的同時保持了高鑒別效果，為后續(xù)便攜式檢測設(shè)備開發(fā)提供了思路。
研究結(jié)果顯示，基于FS-13采集的光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建的各類模型，分類正確率均在99%以上，且均識別出670、721、850nm附近的波長為酸棗仁真?zhèn)舞b別的關(guān)鍵特征，這些波長與樣品種皮顏色、內(nèi)部碳水化合物、C-H基團等成分信息相關(guān)，印證了FS-13采集的光譜數(shù)據(jù)能夠有效反映樣品的物理和化學(xué)特征，為后續(xù)挖掘中藥材鑒別關(guān)鍵光譜特征提供了可靠支撐。
高光譜成像技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品、中藥材質(zhì)量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化，彩譜科技始終聚焦高光譜檢測設(shè)備的研發(fā)與創(chuàng)新，F(xiàn)S-13 高光譜相機以穩(wěn)定的性能、精準(zhǔn)的采集效果，成為科研機構(gòu)、檢測實驗室開展光譜分析研究的重要設(shè)備。未來，彩譜科技將繼續(xù)深耕高光譜技術(shù)領(lǐng)域，持續(xù)優(yōu)化設(shè)備性能，拓展設(shè)備應(yīng)用場景，為中藥材質(zhì)量檢測、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析等領(lǐng)域的技術(shù)升級提供更多優(yōu)質(zhì)的設(shè)備和解決方案，助力相關(guān)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
產(chǎn)品推薦
FigSpec FS-13高光譜相機（線掃描）
l 光譜范圍：400-1000nm
l 光譜分辨率：2.5nm
l 光譜波段：1200
l 空間像素數(shù)：1920
