農(nóng)業(yè)行業(yè)
本研究應(yīng)用了900-1700nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS-15進(jìn)行相關(guān)研究。短波近紅外高光譜相機(jī)，采集速度全譜段可達(dá)200FPS,被廣泛應(yīng)用于成分識(shí)別，物質(zhì)鑒別，機(jī)器視覺，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，屏幕檢測(cè)等領(lǐng)域。
我國紅景天屬植物資源豐富，有73種2亞種7變種，占全世界紅景天資源的85%左右，但是由于紅景天藥材的需求不斷增加，紅景天野生植物資源逐漸減少以及其植物來源的復(fù)雜性，市場(chǎng)上紅景天藥材的假冒偽劣產(chǎn)品層出不窮。其中，大花紅景天和狹葉紅景天雖為同屬植物，但是臨床應(yīng)用有明顯差異，大花紅景天有益氣活血、通脈平喘的功效國，而狹葉紅景天有清熱解毒、消腫的作用。而且，現(xiàn)代研究表明，大花紅景天和狹葉紅景天雖然具有相似的化學(xué)成分，如紅景天苷、酪醇、沒食子酸、咖啡酸、對(duì)香豆酸等，但在化學(xué)成分含量上存在較大的差異。因此，迫切需要建立一種能夠快速、有效鑒別大花紅景天和狹葉紅景天的方法。
高光譜成像技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種結(jié)合了成像和光譜技術(shù)的無損檢測(cè)新技術(shù)。在高光譜圖像中，可以同時(shí)提取目標(biāo)樣本的光譜信息和圖像信息圖。高光譜成像技術(shù)具有光譜分辨率高、信息量更全面、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于植物的品質(zhì)檢測(cè)和品種鑒別。
本文基于高光譜成像技術(shù)結(jié)合PLS-DA與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別方法，利用高光譜成像技術(shù)提取大花紅景天和狹葉紅景天的反射光譜信息，經(jīng)過光譜預(yù)處理后分別采用載荷系數(shù)法、連續(xù)投影算法和競(jìng)爭(zhēng)自適應(yīng)重加權(quán)算法方法對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，建立基于全波長(zhǎng)和特征波長(zhǎng)的大花紅景天和狹葉紅景天的偏最小二乘判別分析、概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)大花紅景天和狹葉紅景天的無損、快速和準(zhǔn)確的分類與鑒別，以保障紅景天臨床用藥的安全、有效，并為紅景天藥材的質(zhì)量控制、品種鑒別和臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
本文基于高光譜成像技術(shù)結(jié)合PLS-DA與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別方法，建立了大花紅景天和狹葉紅景天的無損、快速和準(zhǔn)確的分類與鑒別方法。采用波長(zhǎng)范圍為900~1700 nm的高光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行大花紅景天和狹葉紅景天的反射光譜采樣，在經(jīng)過MSC方法進(jìn)行光譜預(yù)處理后，分別運(yùn)用X-LW、SPA 和CARS方法提取特征波長(zhǎng)簡(jiǎn)化識(shí)別模型，分析比較基于全波長(zhǎng)和特征波長(zhǎng)建立的PLS-DA、PNN和GRNN 識(shí)別模型對(duì)大花紅景天和狹葉紅景天分類性能的影響。
研究結(jié)果表明，CARS算法優(yōu)于SPA算法和X-LW方法，且基于全波長(zhǎng)和CARS提取的特征波長(zhǎng)分別建立的PLS-DA、PNN和GRNN識(shí)別模型能達(dá)到最優(yōu)的判別效果，6種模型對(duì)所有紅景天樣本的訓(xùn)練集和測(cè)試集的分類的正確率均達(dá)到100%.因此，建立的基于高光譜成像技術(shù)結(jié)合PLS-DA與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大花紅景天和狹葉紅景天的無損、快速和準(zhǔn)確的分類與鑒別，為紅景天藥材的質(zhì)量控制、品種鑒別和臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
