高光谱如何区分甘草和苦参？｜彩谱科技高光谱应用实践

在中药材的加工、分选和质量检测过程中，不同品种之间的识别是一个常见问题。

对于经验丰富的工作人员来说，可以通过颜色、纹理、形态等外观特征进行判断。但当药材经过切片、干燥或加工后，仅依靠肉眼观察，有时并不容易快速区分。

那么，除了外观特征，不同药材之间是否还存在可以被识别的光谱差异？

这次，我们用高光谱相机对甘草和苦参进行了三组采样测试，通过比较两种药材在不同波段下的光谱响应，看看能否找到具有区分度的特征。

图1：甘草和苦参高光谱数据采集现场

一、甘草和苦参的光谱有什么不同？

本次实验的目的很明确：观察甘草和苦参是否存在可用于区分的光谱特征。

实验使用彩谱FS-14高光谱相机，测试光谱范围为400–1700nm，光谱分辨率为13nm。实验分别对甘草和苦参进行拍摄，并进行了三组采样测试。

数据采集完成后，在高光谱图像中分别选取甘草和苦参对应区域，提取光谱曲线进行比较。相比单纯观察样品表面颜色和形态，这次实验更关注的是：随着波长变化，两种药材的光谱曲线会不会呈现出不同的变化规律。

而从三组测试结果来看，这种差异确实可以观察到。

二、关键差异出现在800-900nm

从实验得到的光谱曲线可以看到，在800-900nm区域，甘草和苦参呈现出了不同的曲线变化：

苦参出现较明显的波谷，而甘草的曲线呈上升趋势。

这说明，在本次实验条件下，两种药材在这一波段呈现出了具有区分度的光谱特征。

为了进一步观察这种差异是否具有重复性，本次实验共进行了三组甘草和苦参采样。从三组测试结果来看，两种药材的光谱曲线均表现出了不同的变化特征。

图2-4：三组甘草与苦参光谱曲线对比

三、从光谱差异到分类结果

找到两种药材的光谱差异后，下一步就是利用这些数据进一步进行分类。

报告在光谱数据的基础上进行了算法处理。从分析结果可以看到，处理后的图像使用不同颜色呈现分类区域，使甘草和苦参的识别结果更加直观。

换句话说，前面的光谱曲线回答的是“两种药材有没有差异”，而经过数据处理后，则可以进一步将这种差异呈现在图像中。

图5-7：基于高光谱数据处理得到的甘草、苦参分类结果

四、从一次实验，看高光谱在药材识别中的应用

根据本次三组样品测试结果，甘草和苦参在光谱曲线上表现出了可观察的特征差异，其中800-900nm是本次实验中较为明显的差异区域。结合后续数据处理，两种药材可以进一步进行分类识别。报告最终结论为：在此次样品及测试条件下，高光谱相机可以有效区分甘草和苦参。

从这个案例也可以看到，高光谱检测的价值不仅在于获得一张样品图像，更重要的是获取样品在不同波长下的光谱信息，并从中寻找材料之间的差异特征。

对于中药材检测而言，当不同药材之间存在具有区分度的光谱特征时，就可以进一步结合数据处理方法，为药材识别、分类及分选研究提供一种数据化的技术思路。