枸杞是我國(guó)常用的珍貴中藥材，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，不但在中藥領(lǐng)域大量使用，還被廣泛用于功能性食品的研究與開發(fā)。近些年，隨著枸杞市場(chǎng)需求的不斷增加，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值不停地增長(zhǎng)，因此，采用有效手段對(duì)枸杞品質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別具有重要意義。目前對(duì)枸杞品質(zhì)、產(chǎn)地的鑒別主要依賴感官鑒別、顯微鑒別、化學(xué)成分分析鑒別等幾種常見方法，但都具有一定的局限性。

高光譜成像技術(shù)將圖像與光譜技術(shù)相結(jié)合，可同時(shí)快速、準(zhǔn)確地獲取被測(cè)物的圖像信息和光譜信息，憑借無(wú)損、檢測(cè)速度快、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)物內(nèi)外部品質(zhì)的可視化分析及物品品質(zhì)和質(zhì)量的快速、高效檢測(cè)，使得其在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。

本案例主要采用對(duì)寧夏、甘肅產(chǎn)地的枸杞進(jìn)行光譜采集與分析，通過高光譜大數(shù)據(jù)云平臺(tái)進(jìn)行模型訓(xùn)練與匹配，實(shí)現(xiàn)寧夏枸杞的鑒別。

1.高光譜數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備

SCI系列產(chǎn)品由深圳市中達(dá)瑞和自主研發(fā)，是以搭載SHIS系列高光譜成像儀為核心、高度集成化的臺(tái)式高光譜成像系統(tǒng)，利用其廣泛的光譜范圍和靈活的軟硬件優(yōu)勢(shì)，采用非破壞、非接觸式的鑒定手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物質(zhì)進(jìn)行高清晰度的高光譜數(shù)據(jù)采集和分析處理，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)手段較難觀察到的細(xì)節(jié)特征。系統(tǒng)集成多軸光源、專用平臺(tái)、高光譜成像、光譜/圖像分析為一體，可針對(duì)不同的研究對(duì)象和目標(biāo)，建立多尺度實(shí)施光譜成像數(shù)據(jù)的獲取-處理-分析的一體化業(yè)務(wù)流程。

SCI系列高光譜成像系統(tǒng)

2.實(shí)驗(yàn)樣本

實(shí)驗(yàn)所用枸杞樣本分別為寧夏枸杞、甘肅枸杞，采用可見光波段來(lái)進(jìn)行測(cè)試（400nm～1000nm），每個(gè)品種采集了50個(gè)樣本，混合在一起采集50個(gè)樣本。如下圖所示，3顆一堆的為寧夏枸杞，4顆一堆的為甘肅枸杞。

不同產(chǎn)地枸杞高光譜偽彩圖

不同產(chǎn)地枸杞光譜曲線圖

上圖光譜曲線，寧夏枸杞為紅色，甘肅枸杞為綠色，背景為藍(lán)色。可以看出，寧夏枸杞波段反射率大于甘肅枸杞的反射率，兩種枸杞的光譜曲線存在明顯差異。通過對(duì)兩種枸杞的光譜曲線進(jìn)行歸一化處理后，光譜差異更加明顯，如下圖：

歸一化光譜曲線圖

3.模型訓(xùn)練與匹配

通過中達(dá)瑞和高光譜大數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)，把采集的2種枸杞數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)集中，對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行標(biāo)注，數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練，然后就2種放在一起采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型匹配與判斷，得到結(jié)果與實(shí)際枸杞的產(chǎn)地相符，效果如下圖：

枸杞分類高光譜偽彩圖

（紅色為寧夏枸杞，綠色為甘肅枸杞，藍(lán)色為背景）

因此，通過如上實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，基于高光譜成像技術(shù)并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練方法能夠快速、無(wú)損、準(zhǔn)確地鑒別寧夏枸杞，對(duì)確保枸杞品質(zhì)準(zhǔn)確分級(jí)具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也可為枸杞工業(yè)化批量檢測(cè)提供一種高效、科學(xué)的檢測(cè)手段和鑒別依據(jù)。