[发明专利]一种基于角度高光谱信息的人参无损识别方法

说明书

本发明涉及一种基于角度高光谱信息的人参无损识别方法，方法包括：获取已经标注了年份和产地信息的人参样本；在暗室环境下，使用VNIR光谱仪和多光谱相机，在人工光源的两个角度下，分别对人参样本进行拍摄，分别得到两组一维向量辐亮度数据和两组多光谱图像数据；对两组一维向量辐亮度数据进行辐射校正，得到两组VNIR高光谱反射率一维向量数据；构建一个拥有四路输入的神经网络，将两组VNIR高光谱反射率一维向量数据和两组多光谱图像数据输入，以年份和产地数据作为标签，对神经网络进行迭代训练，得到训练完成的神经网络；使用训练完成的神经网络对待检测人参进行无损识别，得到待检测人参的年份和产地数据。

技术领域

本发明涉及光谱信息识别领域，尤其涉及一种基于角度高光谱信息的人参无损识别方法。

背景技术

传统的人参年份识别主要体现在芦头的物理形态上，而近年来出现了以低年份伪装高年份人参的现象，使基于芦、艼、体、须等外观特征的辨识方法不再可靠。基于芦头内的草酸钙簇晶含量的显微鉴别方法、通过皂苷等成分分析的质谱法、液相色谱法等具有较高的年份识别精度，但均需对人参样本造成破坏；激光诱导击穿光谱技术微量取样破坏较小，但需要纯净、干燥、研磨、高压压制等复杂工序。同样采用性状观察法、化学指纹图谱法、光谱分析、分子识别等方法进行人参产地的识别。

但上述方法均要求有一定的经验积累或者专业知识，都不适用于非专业人士。同时在识别的过程中易造成样品损毁，故对于经济价值较高的人参药材来说，迫切需要研发一种快速无损的检测方法。

现在，虽然有利用高光谱成像的应用，但并没有使用角度信息，且没有进行低成本的选择，没有区分重要光谱范围，造成硬件制造成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于角度高光谱信息的人参无损识别方法，旨在设计一种低成本的角度、光谱、空间信息联合用于人参年份和产地识别的方法，不仅适用于非专业人士，而且具有无损、低成本的优势。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为，提供了一种基于角度高光谱信息的人参无损识别方法，方法包括：

获取已经标注了年份和产地信息的人参样本；

在暗室环境下，使用两个不同角度下的人工光源进行照明，同时在黑色履带上放置具有接近朗伯体反射特性的白板，以实现辐射校正，其中，所述人参样本放置在所述黑色履带上；

使用可见光/近红外VNIR光谱仪和多光谱相机，在人工光源的第一角度下，分别对所述人参样本进行拍摄，分别得到第一一维向量辐亮度数据和第一多光谱图像数据；

使用VNIR光谱仪和多光谱相机，在人工光源的第二角度下，分别对所述人参样本进行拍摄，分别得到第二一维向量辐亮度数据和第二多光谱图像数据；

对所述两组一维向量辐亮度数据使用如下公式进行辐射校正，得到两组VNIR高光谱反射率一维向量数据ρ_λ，其中，λ为电磁波长，DN_λ为VNIR高光谱辐亮度数值，E(DN_wbλ)为白板的VNIR高光谱辐亮度；

构建一个拥有四路输入的神经网络，将所述两组VNIR高光谱反射率一维向量数据使用全连接神经网络形式进行输入，将所述两组多光谱图像数据使用卷积神经网络形式进行输入，以所述年份和产地数据作为标签，对所述神经网络进行迭代训练，得到训练完成的神经网络；

使用所述训练完成的神经网络对待检测人参进行无损识别，得到待检测人参的年份和产地数据。

在一种可能的实施方式中，所述VNIR光谱仪拥有108个光谱波段，所述多光谱相机拥有蓝、绿、红、近红外4个波段。

在一种可能的实施方式中，所述VNIR光谱仪与多光谱相机的几何参数和辐射参数，都设置为固定值。