光谱成像技术助力中药材分选鉴别：以人工\天然虫草检验为例

冬虫夏草是我国传统名贵中药材，具有极高的药用价值和经济效益。天然虫草（野生）产量稀少、价格昂贵，而人工培育虫草成本较低、价格悬殊。此外，部分不法商家通过将天然虫草浸水增重以谋取不当利益。这些掺假、以次充好的行为仅凭肉眼观察或传统经验难以准确区分，严重损害了消费者权益和中药材市场的健康发展。

传统的鉴别方法主要包括形态学观察、显微鉴别、理化分析和分子生物学技术（如DNA条形码）。形态学依赖主观经验，准确率有限；理化分析和分子方法虽准确，但具有破坏性、耗时长、成本高，无法满足中药材流通环节快速、无损、大批量检测的实际需求。

光谱成像技术（尤其是高光谱成像）是近年来迅速发展的一种新型光学检测手段。它能够同时获取目标的空间图像和数十至数百个连续波段的光谱信息，形成“数据立方体”。不同来源、不同处理方式的中药材在内部化学成分（如多糖、蛋白质、水分、核苷类成分等）上存在细微差异，这些差异会反映在特定波段的光谱响应上，形成独特的“光谱指纹”。通过解析这些指纹信息，可以实现对中药材品种、产地、真伪及品质的快速识别。

高光谱技术核心优势

“指纹”级光谱：将可见光至近红外区域划分为数百个连续且极窄的波段（宽度<10nm），能够捕获每种作物独有的、“指纹”般的精细光谱特征。例如“红边”（680–750nm）参数可有效区分玉米和小麦。

理化指标洞察：光谱的细微差异能精准反映作物内部的色素、水分、蛋白质、糖分等关键信息。

无损高效检测：无需复杂的样品前处理，检测过程不破坏样品，同时兼顾了宏观外部形态和内部成分的分析。

非侵入式无损：与破坏性的化学检测不同，高光谱检测只需扫描，不损害种子的活性，非常适合育种筛选和商品流通。

品种检测关键技术路径

一个典型的高光谱农业品种检测项目，通常遵循“数据采集 → 数据预处理 → 特征提取 → 模型建立与分析”的标准化流程。

数据采集：根据应用场景可选择实验室高光谱成像系统、无人机载平台或地面移动平台，用高光谱相机拍摄样品，得到几百个波段的图像和数据立方体。

数据预处理：原始数据需要经过辐射校正、几何校正、噪声滤波等预处理，消除环境干扰

特征提取：找出对品种、产地、品质最敏感的那几个波段（比如红枣主要看900-1400nm）。

模型建立与分析：用机器学习/深度学习模型（如支持向量机、卷积神经网络）对比光谱库，输出结果。

结果输出：经过AI与算法识别后得出品种、产地、品质等级。

整个过程全自动、无损、快速，单粒检测只需几秒钟，批量检测可以集成到生产线传送带上。

实际应用

野生虫草价格昂贵，人工虫草则低廉不少，更有不良商家将野生虫草浸水增重，肉眼根本无法分辨这三种情况的差异。

中达瑞和采用自主研发的VIX-N230推扫式可见光近红外高光谱相机进行虫草检测，该相机覆盖400-1000nm光谱范围，光谱分辨率可达2.5nm，成像速度快、信噪比优越，采集结果如下。

原始光谱曲线显示：人工虫草（红色谱线）与野生虫草（绿色谱线）、野生虫草浸水（蓝色谱线）在整个波段范围内存在明显差异，尤其是在600-800nm区域。野生虫草与浸水野生虫草的光谱曲线形态相近，但仍有可分辨的偏移。

经过一阶导数计算后，差异被进一步放大：

人工虫草与野生类样品之间存在显著差异（光谱导数图中以红圈标示）。

野生虫草与浸水野生虫草之间虽重合度较高，但在特定波段（约550nm和720nm附近）仍存在细微但稳定的差异（以绿圈标示）。

将三类样品随机分为训练集和测试集，每类样品各保留部分样品作为验证，采用深度卷积神经网络模型进行训练和预测。结果得出，在400-1000nm波段范围内，高光谱成像结合深度学习模型100%正确识别人工虫草、野生虫草和浸水增重的野生虫草。

高光谱技术通过对作物“光谱指纹”的捕捉，为中药材检测提供了一条高效、精准、无损的新路径。随着国产高光谱设备的成熟和深度学习算法的演进，光谱成像技术有望在冬虫夏草及其他名贵中药材（如人参、西红花、川贝母等）的分选鉴别中发挥更重要的作用，为保障中药材质量安全和市场秩序提供强有力的技术支撑。

审核编辑 黄宇