CN105699343A - 一种沉香真伪无损鉴别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉香真伪无损鉴别的方法。该方法是采用荧光光谱成像技术获取原态正品沉香的光谱立方体，并对其进行数据分析，提取光谱特征，建立沉香标准数据库；通过对沉香待检品进行450nm-950nm范围内的全波段扫描，采集待检品光谱立方体，并进行数据矫正、获得感兴趣区域光谱后，提取待检品特征光谱，与沉香标准数据库中的正品沉香光谱图进行匹配，根据光谱曲线的相似度实现对沉香待检品的真伪判定。本发明首次提出了沉香的无损真伪鉴别方法，该方法可实现对任意形状、任意大小的沉香真伪的鉴别，过程无损、快速，准确度高；本发明方法可用于沉香收藏品市场、中药市场等，为沉香质量控制提供准确、快捷的检测手段。

Description

一种沉香真伪无损鉴别的方法

技术领域

本发明涉及一种名贵药用植物沉香的真伪的鉴别方法，属于中药鉴定或木材品质检测或精准林业技术领域。

背景技术

沉香(AquilariasinensisLour.Gilg)是一种在沉香树里形成的深色心材树脂，沉香树大量分布在华南地区的海南省，广西省以及广东省。当沉香树被霉菌感染的时候就会形成沉香。在感染前，沉香树心材相对来说是比较白皙而且有光亮的；但是，随着感染的进一步扩散，沉香树则会产生一种黑色的带有芳香的树脂去阻止感染的入侵，最后促使了非常高密度，深黑色的树脂嵌入式心材的形成。

沉香以其独特的香味而闻名，常用于香水制作。同时它也是一种名贵中药材。在东方，它能被用于制作镇静剂，镇痛剂还有助消化药物。曾经有报道过沉香能够帮助治愈风湿病，心脑血管疾病和许多其他的有关动脉以及心脏的疾病。

随着沉香市场价格的不断飙升，其伪品也越来越多，造假工艺越来越高明，以假乱真，严重扰乱了沉香市场的健康发展。现有技术中，CN103822923A公开了一种鉴定沉香真伪的方法，该方法是按照下述步骤进行：（1）从要鉴定的沉香木上切取小块试样；（2）水煮除去试样中的空气；（3）放入软化剂中软化；（4）切片和透明；（5）放大镜下观察。上述方法虽不需要昂贵的设备，而且适用人群广，但需要多样品进行处理，且主要是借助于观察者的观察、判断来鉴定，仍存在一定的主观因素影响。鉴别沉香真伪常用方法是色谱法，通过色谱柱分离样品，检出其特殊成分，用于判别。色谱法结果可靠、直观，但是操作难度大、检测时间长、对检测人员的专业要求高，对待检样品有一定的损坏，难以用于中药市场、生产一线。

光谱成像是一种能够同时获得检测样品空间信息和光谱信息的新技术，检测样本的信号光被分成几个窄频带，然后每个频带的图像分别被检测器捕获，从而得到光谱数据和空间数据。光谱成像技术已经被运用到许多领域比如食品安全、水果质量、药物检测等。

现有技术中，未有使用荧光多光谱成像技术实现沉香真伪检测的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种沉香真伪鉴别的方法，该方法采用荧光多光谱成像技术实现沉香精确、无损、快速鉴别。

本发明的另一个目的是提供用于上述一种方法的检测系统，该系统包括紫外光源、光谱成像仪、载物台、操控软件、沉香标准数据库、数据处理软件和装有数据处理软件的计算机；其中，所述紫外光源为出射光波长365nm的汞灯或LED光源，带有稳压电源，辐射面积与载物台相匹配；所述光谱成像仪包括液晶光谱仪、制冷CCD和平场消色差镜头，光谱仪光谱带宽≤10nm；所述载物台为带有固定装置的可升降载物台，载物台表面无荧光激发；所述沉香标准数据库是通过荧光光谱成像技术获取原态正品沉香的光谱立方体，并对其进行数据分析，提取光谱特征，建立的沉香标准数据库。

所述沉香标准数据库的建立方法如下：

（1）取原态正品沉香样品，利用本发明所述的检测系统在450nm-950nm进行全波长扫描，获得正品沉香的光谱立方体，以数字图像形式存储于计算机；

（2）对每个正品沉香样品，分别叠加各自光谱立方体中的光谱图像，建立带通滤波器，确定ROI区域；

（3）分别求出每幅光谱图像ROI区域的像素灰度值，以光波长作为横坐标，灰度值作为纵坐标，得到相应沉香的标准光谱曲线，建立沉香标准数据库。

从所建立的沉香标准数据库可以获得不同产地各类原态正品沉香光谱曲线的特征参量，如峰位、峰高、峰下面积、曲线变化率、一阶导数光谱、相对差分光谱等。

优选的，本发明的检测系统所采用的数据处理软件，其核心算法采用matlab编写，操作界面使用Java/VC++/Python开发，并调用matlab核心算法，可以实现的功能有：确定检品ROI区域，提取检品光谱特征，根据光谱特征鉴别其真伪。

一种利用上述的检测系统进行沉香真伪无损鉴别的方法，包括如下步骤：

（1）检测系统搭建：由紫外光源、光谱成像仪、载物台、操控软件、沉香标准数据库、数据处理软件和装有数据处理软件的计算机，调节紫外光源角度，光谱成像仪参数；保持每次检测时，装置参数的一致性；

（2）测试标准白板，获得光照度的空间分布状态，用于对待检品检测结果的修正；

（3）待检品固定：确定沉香待检品检测部位，将待检品固定至载物台，调节载物台高度，待检品获得均匀光照；因沉香待检品外形的不确定性，载物台上带有的固定装置采取柔性贴合方式固定待检品；

（4）采集待检品光谱立方体：设定扫描空间分辨率大于50lp/cm，扫描空间区域大小每个光谱立方体约对应物空间2cm×2cm；设定光谱分辨率为10nm，光谱扫描范围为450nm-950nm，进行样品的全波段扫描，获得待检品的光谱立方体，以数字图像的形式存储于计算机；上述进行全波段扫描前，最好待检测环境和参数稳定后再进行；

（5）光谱特征提取：将获得的光谱图像叠加，确定荧光图像边缘，确定ROI区域，进行像素点强度值平均去噪、归一化、一阶导数微分、相对差分处理等，提取光谱特征（如峰位、峰高、峰下面积、曲线变化率和相对变化率等），获得待检品的光谱曲线特征参量；

（6）真伪判定：将待检品的光谱曲线特征参量与沉香标准光谱库中正品沉香的特征参量进行匹配，通过相似度判别其真伪。

所述光谱成像仪需调节参数包括：光谱分辨率、空间分辨率、曝光时间、扫描方式、采集方式。

所述特征光谱与沉香标准光谱的匹配、判别，通过沉香数据库及其相应前台操作软件实现。

所述的待检品，若体积较大时，因生长环境可能导致不同部位的物质成分及含量具有一定的差异，此时，在采用本发明方法进行鉴别时，对体积较大待检品的全波段扫描应采用多区域扫描的方式，通过多区域扫描，分别采集同一样品、不同区域的光谱立方体进行分析。

本发明的检测系统中，所述操控软件应能能够实现液晶光谱仪与CCD的同步控制，实现液晶光谱仪与CCD的同步控制，光谱分辨率、空间分辨率、曝光时间、扫描方式等的控制。

本发明相对于现有技术的有益技术效果如下：

（1）本发明方法不需要对沉香样品进行切割、钻取、研磨、成分提取、提纯等任何破坏损伤，直接进样的检测方式，避免了对昂贵的正品沉香样品的损伤；

（2）本发明采用荧光光谱成像技术，通过365nm光源激发，使沉香样品产生荧光；采用液晶滤光器，配合低噪声制冷CCD，实现样品的高空间分辨率、清晰成像，有助于提高检测的精确度；

（3）本发明采用全波段扫描方式，光谱区间可覆盖450-950nm的可见、近红外波段，获得样品的全波长光谱，有助于将样品的特征光谱与沉香标准光谱进行全面的比对分析，提高检测的准确率；

（4）本发明首次提出了沉香的无损真伪鉴别方法，可实现对任意形状、任意大小的沉香真伪的鉴别，过程无损、快速，准确度高；本发明方法可用于沉香收藏品市场、中药市场等，为沉香质量控制提供准确、快捷的检测手段。

附图说明

图1为检测系统的光谱成像光路图及采集的样品光谱立方体。

图2a为检品的原始图像，图2b为经多维光谱图像叠加、边缘提取后确定的检品的ROI区域。

图3a、3b为正品沉香的标准光谱曲线，其中图3a为荧光强度标准曲线，图3b为一阶微分标准曲线。

图4a、4b、4c为不同真伪类型沉香检品的鉴别结果；其中图4a所示沉香检品为正品沉香，图4b所示沉香检品为近缘伪品沉香及表面正品内部灌水泥的沉香，图4c所示沉香检品为经过物理化学处理后的科技沉。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

1、待检品：沉香真伪待检品共26个，由中国沉香文化博物馆（广东东莞.寮步）提供。

2、用于建立沉香标准数据库的原态正品沉香样品10个，均来自中国沉香文化博物馆（广东东莞.寮步），具体信息如下：

。

3、搭建检测系统：检测系统包括紫外光源、光谱成像仪、载物台、操控软件、沉香标准数据库、数据处理软件和装有数据处理软件的计算机；其中，所述紫外光源为出射光波长365nm的汞灯或LED光源，带有稳压电源，辐射面积与载物台相匹配；所述光谱成像仪包括液晶光谱仪、制冷CCD和平场消色差镜头，光谱仪光谱带宽≤10nm；所述载物台为带有固定装置的可升降载物台，载物台表面无荧光激发；所述沉香标准数据库是通过荧光光谱成像技术获取原态正品沉香的光谱立方体，并对其进行数据分析，提取光谱特征，建立的沉香标准数据库。主要构件包括：两个365nm的紫外线灯（EA-160/FA,SpectronicsCorp.,NY,USA)，载物台、NUANCE液晶光谱成像仪、计算机、专用暗室。

4、检测操作：

（1）将标准白板放置于载物台上，调节紫外光源，使光线均匀照射；

（2）将待检品固定于载物台的无激发光、黑色背景硬质衬底上；

（3）设定光学滤片的光谱分辨率，选择工作波长从450nm~950nm，间隔为10nm，获得由51幅光谱图像组成的光谱立方体，存储于计算机中。

5、数据处理

（1）通过光谱图像叠加，荧光图像边缘确定，确定ROI区域，如图2a、2b所示；

（2）提取出沉香标准数据库中正品沉香的标准光谱曲线，一阶微分曲线分别如图3a、3b所示；

（3）提取各待检品的光谱曲线和一阶微分曲线；

（4）将步骤（3）提取的各待检品的光谱曲线和一阶微分曲线的形状与步骤（2）的正品沉香的标准曲线进行比对，并计算各自相似度，确定检品真伪；待检品的光谱曲线和一阶微分曲线的形状与正品沉香的标准曲线相似度高的为正品。

在本实施例中，共进行了26个沉香真伪待检品的比对分析。经本发明方法鉴定，26个待检品根据其真伪情况划分为正品沉香、近缘伪品和表面正品内部灌水泥的沉香、经过物理化学处理后的科技沉三类。图4a、4b、4c为本实施例中不同沉香检品的鉴别结果；其中图4a所示沉香检品为正品沉香，其曲线与标准曲线有完全相同的走势；图4b所示沉香检品为近缘伪品和表面正品内部灌水泥沉香，近缘伪品在820nm处有一个特征峰，内部灌水泥的沉香在800-830nm光谱区间有一段水平线段，均与标准曲线差异明显；图4c所示沉香检品为经过物理化学处理后的科技沉，其走势与标准曲线有明显不同。

Claims (8)

1.一种沉香真伪无损鉴别的检测系统，其特征在于：包括紫外光源、光谱成像仪、载物台、操控软件、沉香标准数据库、数据处理软件和装有数据处理软件的计算机；其中，所述紫外光源为出射光波长365nm的汞灯或LED光源，带有稳压电源，辐射面积与载物台相匹配；所述光谱成像仪包括液晶光谱仪、制冷CCD和平场消色差镜头，光谱仪光谱带宽≤10nm；所述载物台为带有固定装置的可升降载物台，载物台表面无荧光激发；所述沉香标准数据库是通过荧光光谱成像技术获取原态正品沉香的光谱立方体，并对其进行数据分析，提取光谱特征，建立的沉香标准数据库。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述沉香标准数据库的建立方法如下：

（1）取原态正品沉香样品，利用权利要求1所述的检测系统在450nm-950nm进行全波长扫描，获得正品沉香的光谱立方体，以数字图像形式存储于计算机；

（2）对每个正品沉香样品，分别叠加各自光谱立方体中的光谱图像，建立带通滤波器，确定ROI区域；

（3）分别求出每幅光谱图像ROI区域的像素灰度值，以光波长作为横坐标，灰度值作为纵坐标，得到相应沉香的标准光谱曲线，建立沉香标准数据库。

3.根据权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于：所述沉香标准数据库中包括不同产地各类原态正品沉香的特征光谱数据、峰位、峰高、峰下面积、一阶导数光谱、相对差分光谱。

4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述数据处理软件的核心算法采用matlab编写，操作界面使用Java/VC++/Python开发，并调用matlab核心算法，实现的功能有：确定检品ROI区域，提取检品光谱特征，根据光谱特征鉴别其真伪。

5.一种利用权利要求1所述的检测系统实现沉香真伪无损鉴别的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）检测系统搭建：由紫外光源、光谱成像仪、载物台、操控软件、沉香标准数据库、数据处理软件和装有数据处理软件的计算机，调节紫外光源角度，光谱成像仪参数；

（2）测试标准白板，获得光照度的空间分布状态；

（3）待检品固定：确定沉香待检品检测部位，将待检品固定至载物台，调节载物台高度，待检品获得均匀光照；

（4）采集待检品光谱立方体：设定扫描空间分辨率大于50lp/cm；设定光谱分辨率为10nm，光谱扫描范围为450nm-950nm，进行样品的全波段扫描，获得待检品的光谱立方体，以数字图像的形式存储于计算机；

（5）光谱特征提取：将获得的光谱图像叠加，确定荧光图像边缘，确定ROI区域，进行像素点强度值平均去噪、归一化、一阶导数微分、相对差分处理，获得待检品的光谱曲线特征参量；

（6）真伪判定：将待检品的光谱曲线特征参量与沉香标准光谱库中正品沉香的特征参量进行匹配，通过相似度判别其真伪。

6.根据权利要求5所述的沉香真伪鉴别方法，其特征在于：所述光谱成像仪需调节参数包括：光谱分辨率、空间分辨率、曝光时间、扫描方式、采集方式。

7.根据权利要求5所述的沉香真伪鉴别方法，其特征在于：所述特征光谱与沉香标准光谱的匹配、判别，通过沉香数据库及其相应前台操作软件实现。

8.根据权利要求5所述的沉香真伪鉴别方法，其特征在于：所述步骤（5）中，待检品的全波段扫描采用多区域扫描方式，即分别采集同一样品、不同区域的光谱立方体进行分析。