[发明专利]基于高光谱成像技术的龟甲年限鉴别方法

说明书

本发明公开了一种基于高光谱成像技术的龟甲年限鉴别方法，包括收集龟甲样品；使用高光谱成像设备采集龟甲样品的高光谱数据；对高光谱数据进行校正，按照预定的网格面积，将龟甲样品划分为若干网格；剔除接触到黑色区域或白色区域的网格；建立龟甲样品数据集；采用标准正态变换对龟甲样品数据集进行预处理，通过人工神经网络训练得到龟甲年限鉴别模型；使用龟甲年限鉴别模型实现对龟甲年限的鉴定。本发明优点在于基于高光谱成像技术，并结合机器学习算法实现快速、无损、直观、准确的龟甲年限鉴别，准确率高达86.23％。为提高龟甲在工业生产与应用中的利用效率提供了科学的数据支撑。

技术领域

本发明涉及中药动物鉴别领域，尤其是涉及基于高光谱成像技术的龟甲年限鉴别方法。

背景技术

龟甲为龟科动物乌龟的背甲及腹甲。始载于《神农本草经》，主产于浙江、安徽、湖北、湖南等省，野生和家养的均可。其具有滋阴潜阳，益肾强骨，养血补心，固经止崩，退热除蒸、软坚散结的功效，可用于阴虚潮热，骨蒸盗汗，头晕目眩，虚风内动，筋骨痿软，心虚健忘，崩漏经多等症状。目前研究已发现龟甲中含有人体需要的所有种类的氨基酸，矿质元素、甾体类、脂肪酸、总多酚类、维生素、碳水化合物、类固醇等多种物质。现代药理研究也表明，龟甲具有增强免疫功能、抗氧化、促进骨髓间充质干细胞增值、抗缺血、一直细胞凋亡、延缓衰老、解热镇静、兴奋子宫、提高免疫力、抗帕金森病等作用。龟甲提取物还能促进骨髓间充质干细胞体外成骨分化。

因此，龟甲作为动物类中药有着悠久的应用历史，也是我国特有的补益类中药之一，而且还可用于保健品或功能性食品。但由于乌龟生长缓慢，药材用量较大，且有文献研究生长三年以上的乌龟的龟甲才能入药。这直接导致了龟甲资源的短缺，在利益的驱动下，不良商家将未达到年限的龟甲进行药用。然而，不同年限之间的龟甲形态特征都非常相似，在外观上并没有显著的差异，即便是专业的技术人员也很难进行区分，且随着龟甲年龄的增长，其功效也更好。因此，准确的鉴别龟甲的生长年限尤为重要。传统的理化鉴别：傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外、高效液相色谱(HPLC)和质谱(MS)等周期长，对受检中药损害大，并且对检验人员的专业技术要求很高，往往难以对龟甲的年限进行准确的鉴别。考虑到珍稀物种的保护和中药材的标准规定，对龟甲科动物的鉴定方法还有待进一步研究，亟需一种快速、有效、无损的检测方法对不同生长年限的龟甲进行鉴别，有效的提高龟甲在工业生产与应用中的利用效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于高光谱成像技术的龟甲年限鉴别方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的基于基于高光谱成像技术的龟甲年限鉴别方法，包括以下步骤：

S1，收集龟甲样品；

S2，使用高光谱成像设备采集所述龟甲样品的高光谱数据；

S3，使用所述高光谱成像设备自带校正软件对所述高光谱数据进行校正，得到原始高光谱数据；

S4，对所述原始高光谱数据进行黑白板校正，获得校正高光谱数据；并计算校正高光谱数据的相对反射率；

S5，按照预定的网格面积，将龟甲样品划分为若干网格；

S6，剔除接触到黑色区域或白色区域的网格；将剩余每个网格的反射率进行算数平均，建立龟甲样品数据集；

S7，采用标准正态变换对所述龟甲样品数据集进行预处理，将预处理后的样品数据集中随机的90%数据划分为训练集，剩余的10%数据划分为测试集；

S8，采用人工神经网络训练所述预处理后的样品数据集，得到龟甲年限鉴别模型；

S9，通过所述龟甲年限鉴别模型实现对龟甲年限的鉴定。

进一步地，所述高光谱数据的波段范围为450-2500nm。

进一步地，所述相对反射率计算公式为：

其中表示样本的相对反射率，表示样本的原始光谱反射率，表示黑板光谱反射率，表示白板光谱反射率。