基于近红外光谱技术的石斛属植物快速鉴别研究与应用

本研究应用了900-1700nm的高光谱相机，可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS-15进行相关研究。短波近红外高光谱相机，采集速度全谱段可达200FPS,被广泛应用于成分识别，物质鉴别，机器视觉，农产品品质，屏幕检测等领域。枫斗是药用石斛的初加工品，制作过程为剪去石斛新鲜干茎的部分须根后，一边加热一边扭成螺旋形或弹簧状，并烘干而成凹。枫斗是我国著名的滋补品，主要包括铁皮枫斗和紫皮枫斗等几种类型。其中铁皮枫斗以其良好的滋阴生津、护嗓疗效，成为一类高端健康养生滋补品，在我国华东、华南的地区特别是在香港、台湾，国外在日本、东南亚一带普遍认为是一种高档保健品，市场需求量很大。铁皮石斛是我国药典收载的加工铁皮枫斗的唯一来源，野生资源已经十分有限，虽然目前已有一定规模的栽培，但是并不能满足当前市场需求，因而价格昂贵，同时也造成市场上出现很多以其它石斛加工而成的铁皮枫斗混淆品，如以金钗石斛、齿瓣石斛（俗称紫皮石斛）等为原材料加工的所谓的“铁皮枫斗”。不同来源的石斛的药用价值有很大差异，严重影响了商品质量的稳定性，同时也损害了消费者的权利，因此对铁皮石斛建立有效的鉴别方法是非常有意义的。此外，不同产地的铁皮石斛，其价格和药用价值差异很大。面对如此混乱的市场，研究一种针对铁皮石斛产地快速识别的技术是非常必要的。本文采用微型近红外光谱仪对3种易混淆石斛进行鉴别研究，在此基础上构建了石斛鉴别物联网系统。（1）本研究考察了不同样品粒径对近红外光谱的影响和不同样品粒度的SIMCA 模型的建立和评价，结果表明随着样品粒径的增加，样品反射光谱（log1/R）越大，吸收强度增大，近红外吸收强度与样品粒径大小正相关；80目的光谱建立的模型效果优于40目和60目光谱所建模型。（2）通过对枫斗完整样和粉碎样的近红外漫反射光谱进行SIMCA 建模快速鉴别铁皮枫斗、紫皮枫斗和金钗枫斗，结果表明，经过不同的预处理方法：完整样光谱的最佳预处理方法为NAS加S-G平滑加1阶S-G导数，粉碎样光谱的最佳预处理方法为S-G平滑加1阶S-G导数加均值中心化处理，完整样和粉碎样建立的模型的正确识别率和拒绝率均为100%，预测稳定性和精度较高，都可以实现3种枫斗的快速鉴别，更适应于实际应用中。（3）利用枫斗完整样和粉碎样光谱所建的最佳模型对其他样品的进行鉴别，结果表明，所有模型的拒绝率均到达100%，模型的可靠性好。FigSpecR 显微高光谱成像系统 ●将显微镜及成像光谱仪两者的优点结合，可以随时对显微图像进行高光谱数据采集。 ·可以对现有的生物显微镜、荧光显微镜、体视显微镜、金相显微镜等进行改造，方便地把普通显微镜改造为高光谱显微镜。 ●客户可以根据需求定制显微镜型号。 ·FigSpec系列成像光谱仪在内部集成了视觉相机和高光谱相机，可以使用视觉相机快速预览采样图像，确定图像符合要求后再进行高光谱图像数据采集。 系统组成 高光谱成像光谱相机(可选择FS-20/FS-22/FS-23)*1，镜头*1，显微镜(可指定任意厂家型号)*1，PC应用软件*1 应用实例 实例1：胃癌组织高光谱检测 △胃癌组织标记和胃癌细胞标记 △胃癌组织和正常组织的光谱导数对比 △图谱联合胃癌诊断方法研究 未分化腺癌组织 未染色切片高光谱伪彩图像 无监督聚类结合但谱段图像的高光谱虚拟染色结果 无监督聚类的高光谱虚拟染色结果 高光谱虚拟染色结果与H-E染色对比图 △采集到的高光谱图像(400-1000nm) ▲恶性黑色素细胞分类结果 实例4：大熊猫毛发光谱判断熊猫年龄和健康状况 △大熊猫毛发显微图像和光谱(400-1000nm) 技术参数 型号 FS-20 FS-22 FS-23 FS-25 分光方式 透射光栅分光 透射光栅分光 透射光栅分光 透射光栅分光 图像分辨率 1920*1920 1920*1920 1920*1920 320*320 动态范围 12 bits 12 bits 12 bits 14 bits 成像速度 ≤15秒 ≤15秒 ≤5秒 ≤5秒 光谱通道数 600 1200 1200 254 光谱范围 400-700nm 400-1000nm 400-1000nm 900-1700nm 光谱分辨率 2.5nm 2.5nm 2.5nm 8nm 狭缝宽度 25um 25um 25um 25um 透射效率 60% 60% 60% 60% 杂散光水平 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 像素大小 5.86um*5.86um 5.86um*5.86um 5.86um*5.86um 30um*30um 探测器类型 CMOS CMOS CMOS InGaAs 传感器成像面尺寸 11.3*7.1mm 11.3*7.1mm 11.3*7.1mm 9.6mm x7.68mm 标配镜头焦距 25mm 25mm 25mm 25mm 最小工作距离 100mm 100mm 100mm 100mm 视场角 25° 25° 25° 17° 最小曝光时间 34us 34us 21us 1us 最大曝光时间 10秒 10秒 10秒 1秒 信噪比 600/1 600/1 600/1 600/1 数据接口 USB3.0 USB3.0 USB3.0 千兆网 相机镜头接口 C C C C 配件 USB3.0传输线 USB3.0传输线 USB3.0传输线 千兆网传输线 有ROI功能 有ROI功能 有ROI功能 有ROI功能 成像功能 可以实现单个区域ROI 可以实现单个区域ROI 可以实现多个区域ROI 可以实现单个区域ROI 辅助取景摄像头实现 辅助取景摄像头实现 辅助取景摄像头实现 辅助取景摄像头实现 辅助成像功能 对拍摄区域的监控 对拍摄区域的监控 对拍摄区域的监控 对拍摄区域的监控 供电方式 内置电池供电 内置电池供电 内置电池供电 内置电池供电 主机尺寸* 255mm*138mm*107mm 255mm*138mm*107mm 255mm*138mm*107mm 335mm*182mm*143mm 重量** 小于2.8kg 小于2.8kg 小于2.8kg 小于5.3kg *尺寸不含镜头和提手手**重量不含镜头 www.hzcaipu.com 技术支持：