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0 前(qian)沿(yan)

　　陳皮(pi)為蕓香科植物橘及其(qi)栽培(pei)變(bian)種的干燥成熟(shu)果皮(pi)，別名紅(hong)橘、大紅(hong)袍、川橘等(deng)(deng)(deng)。性溫(wen)，味辛、苦。明(ming)代(dai)李(li)時珍云：“同補藥(yao)則補，同瀉(xie)(xie)藥(yao)則瀉(xie)(xie)，同升(sheng)藥(yao)則升(sheng)，同降(jiang)藥(yao)則降(jiang)。牌(pai)乃(nai)原氣(qi)之(zhi)(zhi)母，肺乃(nai)攝氣(qi)之(zhi)(zhi)簽，故(gu)橘皮(pi)為二經氣(qi)分之(zhi)(zhi)藥(yao)，但隨所配(pei)而補瀉(xie)(xie)升(sheng)降(jiang)也”。在此(ci)理論(lun)指導下，陳皮(pi)用途廣。具有(you)“理氣(qi)健脾，燥濕化(hua)痰”的功效，主要用于治療消化(hua)系統和呼吸系統疾病，為食管、胃、十二指腸等(deng)(deng)(deng)消化(hua)道病癥(zheng)常用的藥(yao)物，可治療腕腹脹滿、噯氣(qi)泛酸、惡心(xin)嘔吐、便(bian)秘或腹瀉(xie)(xie)等(deng)(deng)(deng)。

　　高光譜成像技(ji)(ji)(ji)術(shu)是傳(chuan)統(tong)成像技(ji)(ji)(ji)術(shu)和光譜技(ji)(ji)(ji)術(shu)有機結合(he)而成的(de)(de)一(yi)項新技(ji)(ji)(ji)術(shu)。目前(qian)，該技(ji)(ji)(ji)術(shu)已廣泛應用(yong)于肉類 、水果 、蔬菜品(pin)質等方(fang)面的(de)(de)檢測(ce)，在中藥的(de)(de)鑒別中也(ye)有一(yi)定的(de)(de)應用(yong)。有學者應用(yong)高光譜成像技(ji)(ji)(ji)術(shu)對麥(mai)冬、連翹、紅參等藥材的(de)(de)產地(di)、時間進行鑒別，取得滿意的(de)(de)結果。本實驗擬采用(yong)江蘇雙(shuang)利合(he)譜科技(ji)(ji)(ji)有限公(gong)司的(de)(de)GaiaSorter-V10E、GaiaSorter-N25E-SWIR兩款(kuan)成像高光譜儀獲取河(he)南省新會市2013年(nian)和2014年(nian)的(de)(de)陳皮高光譜數(shu)據以分析不(bu)同(tong)年(nian)份在不(bu)同(tong)光譜范圍(wei)內其反射率(lv)的(de)(de)差異；同(tong)一(yi)年(nian)不(bu)同(tong)產地(di)陳皮在不(bu)同(tong)光譜范圍(wei)內的(de)(de)反射率(lv)差異。

　　1 材料與方法

　　1.1 材(cai)料

　　試驗用的不同時(shi)間、不同產(chan)地的陳皮藥材數(shu)據由中山大學提供，成(cheng)(cheng)像(xiang)高(gao)(gao)光譜采集陳皮成(cheng)(cheng)像(xiang)數(shu)據時(shi)，將陳皮盡(jin)量展平，分別采集陳皮的內外兩面(mian)高(gao)(gao)光譜數(shu)據。

　　1.2 高光譜圖像采集

　　高光(guang)譜圖像數據(ju)采集采用江蘇(su)雙利合譜科技有限(xian)公司的 GaiaSorter高光(guang)譜分選(xuan)儀(yi)系統（V10E、N25E-SWIR）。該系統主要由高光(guang)譜成像儀(yi)、面陣列相機、鹵素燈(deng)光(guang)源(yuan)、暗箱、計算機組成，如圖1。實驗(yan)儀(yi)器參數設置如表1。

圖(tu)1 GaiaSorter 高光譜分選儀

表(biao)1   GaiaSorter 高光譜分(fen)選儀系統參數

　　在(zai)進(jin)行高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)圖(tu)(tu)像(xiang)采(cai)(cai)集(ji)時，需要設置(zhi)相機曝(pu)光(guang)(guang)時間，平臺移動速(su)度以及(ji)物鏡(jing)之間的(de)距離(li)。這(zhe) 3 個參數相互影響，圖(tu)(tu)像(xiang)調節的(de)目的(de)是使采(cai)(cai)集(ji)的(de)圖(tu)(tu)像(xiang)大小合適，清(qing)晰(xi)，不(bu)變形失真。經過反復(fu)嘗試，物鏡(jing)高(gao)度設置(zhi)為 31 cm，曝(pu)光(guang)(guang)時間設置(zhi)為10ms，平臺移動速(su)度分別設置(zhi)為 4.8 mm/s（400-1000 nm）、14mm/s（1000-2500 nm）。圖(tu)(tu)像(xiang)采(cai)(cai)集(ji)軟件(jian)采(cai)(cai)用江蘇(su)雙(shuang)利合譜(pu)科技有限公司提(ti)供(gong)的(de)高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)成像(xiang)系統(tong)采(cai)(cai)集(ji)軟件(jian)完(wan)成。圖(tu)(tu)像(xiang)處(chu)理(li)(li)采(cai)(cai)用 ENVI5.3 軟件(jian)進(jin)行處(chu)理(li)(li)。在(zai)進(jin)行圖(tu)(tu)像(xiang)處(chu)理(li)(li)之前，先(xian)要對(dui)采(cai)(cai)集(ji)的(de)光(guang)(guang)譜(pu)圖(tu)(tu)像(xiang)進(jin)行圖(tu)(tu)像(xiang)校正，圖(tu)(tu)像(xiang)校正公式如下(xia)：

               (1)

　　式(shi)中，R_ref 是校正過的圖(tu)像，DN_raw 是原(yuan)始(shi)圖像，DN_white為白板校正圖像，DN_dark 是(shi)黑板校(xiao)正圖(tu)(tu)像。高光(guang)譜(pu)圖(tu)(tu)像的光(guang)譜(pu)與圖(tu)(tu)像之間有著對應(ying)的關系，據(ju)此，在正品(pin)(pin)(pin)皮(pi)、偽品(pin)(pin)(pin)皮(pi)、正品(pin)(pin)(pin)果、偽品(pin)(pin)(pin)果四種樣本上選取2000個像(xiang)素(su)點(dian)的(de)感興趣(qu)(qu)區域，以感興趣(qu)(qu)區域所有像(xiang)素(su)的(de)光譜(pu)平均值(zhi)作為該樣本(ben)的(de)平均光譜(pu)。

　　1.3  光譜噪聲去除

　　試(shi)驗得到(dao)光(guang)譜含有由儀器(qi)和(he)試(shi)驗條件等引起(qi)的(de)(de)噪(zao)聲，對(dui)(dui)這些噪(zao)聲的(de)(de)處理(li)有助于減少噪(zao)聲對(dui)(dui)光(guang)譜分(fen)析的(de)(de)影(ying)響，突(tu)出(chu)光(guang)譜的(de)(de)有效(xiao)信息。Savitzky-Golay（簡稱(cheng)SG） 平滑(hua)算(suan)法可以有效(xiao)消減光(guang)譜數據中(zhong)的(de)(de)隨機噪(zao)聲，消噪(zao)效(xiao)果受平滑(hua)點(dian)數的(de)(de)影(ying)響，本(ben)文中(zhong)選擇SG 二次多項式(shi) 7 點(dian)平滑(hua)對(dui)(dui)光(guang)譜數據進(jin)行處理(li)。

　　2  結(jie)果與分析

　　2.1  不同(tong)年份新會市陳皮高光譜數據

　　本試驗采用的GaiaSorter-V10E相(xiang)機獲取的是400-1000 nm波長范(fan)圍共520個波段(duan)的可(ke)見(jian)/近紅外光譜數據，GaiaSorter-N25E-SWIR相機獲取的是1000-2500 nm波長范圍共288個(ge)波段(duan)的近紅外光譜(pu)數據(ju)。圖2和圖3為新會(hui)2013年和2014年陳皮里外層部(bu)分在400 nm-1000nm范圍內(nei)的(de)(de)光譜反(fan)射率的(de)(de)最大(da)值(zhi)、最小值(zhi)、均(jun)值(zhi)、方(fang)差、均(jun)值(zhi)±方(fang)差曲(qu)線(xian)。

  圖2新會(hui)2013年（左圖）和2014年（右圖）陳皮里層高光譜（400 nm-1000nm）

圖3 新(xin)會2013年（左(zuo)圖）和2014年（右圖）陳皮外層高光譜反射率（400 nm-1000nm）

圖4和(he)圖5為新(xin)會2013年和(he)2014年陳皮里外層部分在1000 nm-2500nm范(fan)圍內的光譜(pu)反射率的最(zui)(zui)大值(zhi)、最(zui)(zui)小值(zhi)、均(jun)值(zhi)、方(fang)(fang)差、均(jun)值(zhi)±方(fang)(fang)差曲線(xian)。

  圖4新會2013年（左圖）和2014年（右圖）陳皮里層(ceng)高光譜（1000 nm-2500 nm）

圖(tu)5新(xin)會2013年（左圖(tu)）和2014年（右圖(tu)）陳(chen)皮外層高光譜(pu)（1000 nm-2500 nm）

2.2  不同年份(fen)不同產地陳皮(pi)高光譜數據

圖6（a）、（b）、（c）分(fen)別(bie)為江(jiang)門(men)1991年(nian)、某市2002年(nian)、新會2014年(nian)陳皮(pi)里(li)外層部(bu)分(fen)在(zai)400 nm-1000nm范圍內的光譜反射率(lv)的最(zui)大值(zhi)(zhi)(zhi)、最(zui)小值(zhi)(zhi)(zhi)、均值(zhi)(zhi)(zhi)、方差、均值(zhi)(zhi)(zhi)±方差曲(qu)線。

（a）1991年江(jiang)門陳皮內(nei)（左）外（右(you)）層(ceng)高光譜反射率（400 nm-1000nm）

（b）2002年某(mou)市(shi)陳(chen)皮內(nei)（左(zuo)）外（右）層高(gao)光(guang)譜(pu)反(fan)射率（400 nm-1000nm）

（c）2014年新會市(shi)陳皮內（左）外（右(you)）層高光譜反射(she)率（400 nm-1000nm）

圖6 不(bu)同(tong)產(chan)地(di)不(bu)同(tong)時間陳皮(pi)里(li)外層高光譜反(fan)射率(lv)曲線(xian)（400 nm-1000nm）

圖7（a）、（b）、（c）分別為江門(men)1991年(nian)、某市2002年(nian)、新(xin)會(hui)2014年(nian)陳皮里外層部分在1000 nm-2500nm范圍內(nei)的光譜(pu)反射率的最大值、最小值、均(jun)值、方差、均(jun)值±方差曲線。

（a）1991年江門(men)陳皮內（左）外（右）層高光譜反射率（1000 nm-25000nm）

（b）2002年某市陳皮內(nei)（左）外（右）層高光譜反射率（1000 nm-2500nm）

（c）2014年(nian)新會市陳皮內(nei)（左）外（右）層高光(guang)譜(pu)反射率（1000 nm-2500nm）

圖7 不(bu)同產地不(bu)同時間(jian)陳(chen)皮里外層高光譜(pu)反射(she)率曲(qu)線(xian)（1000 nm-2500nm）

　　2.3  不同年份新會市陳皮(pi)霉斑快速識(shi)別(bie)

　　圖(tu)(tu)8為(wei)(wei)新(xin)會(hui)市(shi)2013年和(he)(he)2014年陳(chen)(chen)皮里層(ceng)的(de)(de)(de)RGB合成(cheng)圖(tu)(tu)（R：640 nm，G：550 nm，B：460 nm）和(he)(he)主成(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)析的(de)(de)(de)第(di)一主成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)類圖(tu)(tu)。從(cong)圖(tu)(tu)8（a）2013年新(xin)會(hui)市(shi)陳(chen)(chen)皮內層(ceng)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)類圖(tu)(tu)可知，紅色(se)(se)區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)為(wei)(wei)無(wu)霉(mei)斑區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)，藍色(se)(se)區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)和(he)(he)綠色(se)(se)區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)為(wei)(wei)霉(mei)斑區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)。從(cong)圖(tu)(tu)8（b）2014年新(xin)會(hui)市(shi)陳(chen)(chen)皮內層(ceng)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)類圖(tu)(tu)可知，紅色(se)(se)區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)和(he)(he)綠色(se)(se)區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)為(wei)(wei)無(wu)霉(mei)斑區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)，藍色(se)(se)區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)為(wei)(wei)霉(mei)斑區(qu)(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)。

（a）2013年新會(hui)市陳皮內層RGB圖和(he)分類圖

（b）2014年新會市(shi)陳皮內(nei)層RGB圖(tu)和分(fen)類圖(tu)

圖(tu)8新會市陳(chen)皮里層(ceng)不同(tong)年(nian)份的RGB圖(tu)和(he)分類識別圖(tu)

　　2.4  不同年份不同產地(di)陳皮霉斑快(kuai)速識(shi)別

　　圖9為不同產地不同年份陳皮(pi)(pi)里層的(de)(de)(de)RGB合(he)(he)成圖（R：640 nm，G：550 nm，B：460 nm）和(he)主(zhu)成分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)(de)第一主(zhu)成分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)類圖。其中圖9（a）為1991年江門市(shi)(shi)陳皮(pi)(pi)內(nei)(nei)層的(de)(de)(de)RGB合(he)(he)成圖和(he)主(zhu)成分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)(de)第一主(zhu)成分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)類圖，圖9（b）為2002年某市(shi)(shi)陳皮(pi)(pi)內(nei)(nei)層的(de)(de)(de)RGB合(he)(he)成圖和(he)主(zhu)成分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)(de)第一主(zhu)成分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)類圖，從(cong)這兩圖可知紅(hong)色(se)區(qu)(qu)域(yu)為無霉斑(ban)區(qu)(qu)域(yu)，藍色(se)區(qu)(qu)域(yu)和(he)綠色(se)區(qu)(qu)域(yu)為霉斑(ban)區(qu)(qu)域(yu)。圖9（c）2014年新會市(shi)(shi)陳皮(pi)(pi)內(nei)(nei)層的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)類圖可知，紅(hong)色(se)區(qu)(qu)域(yu)和(he)綠色(se)區(qu)(qu)域(yu)為無霉斑(ban)區(qu)(qu)域(yu)，藍色(se)區(qu)(qu)域(yu)為霉斑(ban)區(qu)(qu)域(yu)。

（a）1991年江門市陳皮內層RGB圖和分類圖

（b）2002年某(mou)市陳皮內層RGB圖和(he)分類圖

（c）2014年新會市(shi)陳皮內(nei)層(ceng)RGB圖(tu)和分類圖(tu)

圖(tu)9不(bu)同(tong)產地不(bu)同(tong)年份陳皮(pi)里層的RGB圖(tu)和分(fen)類識(shi)別圖(tu)