[发明专利]一种用于道地药材鉴别的高光谱图谱仪及应用

说明书

本发明公开了一种用于道地药材鉴别的高光谱图谱仪及应用。一种用于道地药材鉴别的高光谱图谱仪，从下向上依次包括成像模块、色散模块和探测模块；成像模块包括成像透镜和狭缝，色散模块包括准直透镜和分光元件，探测模块包括管透镜和探测器。根据成像场景，成像模块可更换前置镜头调整视场及分辨率。成像场景包括照相场景、望远场景和显微场景。采用高光谱图谱仪可用于鉴别道地药材，高光谱图谱仪大量采集药材的高分辨率光谱及图像信息，同时将光谱与图像信息均作为训练参量输入至机器学习分类器中，针对不同药材建立其相应图谱数据库，并将数据库中的特征作为道地药材产地鉴别及质量分析的参考依据。本发明具有无损、快速、高效、多维等优势。

技术领域

本发明涉及高光谱图谱探测及机器学习分类领域，特别是一种用于道地药材鉴别的高光谱图谱仪及应用。

背景技术

道地药材，常指在一特定自然条件和生态环境区域内所产的优质中药材，其经过中医临床长期应用优选所得，与其他地区所产同种中药材相比，品质和疗效更好，且质量稳定，具有较高知名度。道地药材的出产，对特定产区有着独特的依赖性，且对生产技术和加工工艺都有着较高的要求；相较而言，非道地药材在原产地、药效、生产加工等方面均有一定差距。当前药材市场存在利用非道地药材以次充好的现象，严重影响产品质量甚至损害群众健康。因此，发明一种针对道地药材行之有效的检测方法显得尤为必要。

通常道地药材的检测方法分为接触式和非接触式。接触式检测多采用色谱法，其中以高效液相色谱法为典型，即以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析；该方法能有效获取待测样品的指纹图谱，实现化学组分精准定量测量，但因实验操作过程繁琐，同时制样过程对样品有不可逆的损伤，故接触式测量方法的应用受到了限制。非接触式检测常用光谱分析法，以商用光谱仪为载体，采用能表征待测样品分子指纹特性的拉曼光谱或近红外光谱为典型，观察特定化学物质的特征谱峰，进而确定其组分含量；但其单点测量往往效率低下，且随着待测样品种类和数量的逐渐增加，传统光谱分析法已不能满足复杂的应用场景需求。

高光谱成像技术能同时获取检测对象的二维图像和一维光谱信息，存储于高光谱立方中，采集的高光谱图像每个像素均包含对应的光谱信息，实现图谱合一。相比于传统单点测量的商用光谱仪，高光谱图谱仪具有检测通量大、检测效率高、信息量丰富等优势，在环境原位监测、食品安全检测、真伪判断等场景中均有着广泛应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于道地药材鉴别的高光谱图谱仪及应用。

一种用于道地药材鉴别的高光谱图谱仪，从下向上依次包括成像模块、色散模块和探测模块；其中，成像模块包括成像透镜和狭缝，色散模块包括准直透镜和分光元件，探测模块包括管透镜和探测器。

根据成像场景，成像模块可更换前置镜头调整视场及分辨率。

所述成像模块的成像场景包括照相场景、望远场景和显微场景。

一种采用所述的高光谱图谱仪的道地药材鉴别方法，

1）样品制备：根据药材种类及产品特征完成制样操作，制样类型包括但不限于粉末、凝胶、块根；

2） 测量模式选取：根据制样的类型，选择不同的测量模式，确保对各种类型样品均能获取清晰的图像和适宜的光谱数据；

3） 数据集制备：将高光谱图谱仪拍摄所得图谱数据制成训练集与测试集，且两集合中均包含图像和光谱信息；

4） 机器学习训练：将制备的训练集作为输入，首先赋予图像和光谱相同的权重，经机器学习训练后得到针对该样品特征分类器；

5）对样品特征分类器的效果进行验证：将制备的测试集作为分类器的输入，判断准确率是否满足设定阈值；

6） 若准确率达标，则根据机器学习所得分类器及所提取特征建立该样品的图谱数据库，为后续新样品分类鉴定提供参考依据；