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作者单位
摘要
1 华中科技大学 光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
黄芪作为重要的中药材,广泛应用于药物制剂和健康产品中,其产地对药材质量及药效具有显著影响。光谱分析技术由于其制样简单、快速等优点在中药材质量控制和产地鉴别中逐渐崭露头角。然而,黄芪基原复杂、成分多样,单一光谱技术难以实现全面表征和准确预测。数据融合技术可以对黄芪多源信息进行不同级别的融合,从而实现更全面、可靠的分析结果。为提高黄芪产地鉴别的准确性,从元素特征和分子特征的互补优势出发,基于激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术和近红外光谱(Near-Infrared Spectroscopy,NIR)分析技术结合数据融合策略实现不同产地黄芪的鉴别分析。实验采集了甘肃、黑龙江、内蒙古、山西和陕西5个产地黄芪的LIBS光谱和NIR光谱数据。首先,建立了基于LIBS和NIR单光谱的支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、随机森林(Random Forest, RF)和线性判别分析(Linear Discriminant Analysis, LDA)的产地鉴别模型,在LDA模型上得到最优准确率为88%。进而,以LDA模型作为基础模型,建立了LIBS-NIR光谱低级融合和中级融合的产地鉴别模型。结果显示,低级融合分类的准确率为92.00%,曲线下面积(Area Under Curve,AUC)为0.996 4,低级融合初步提高了分类的性能。中级融合分类效果最优,准确率为96.00%,AUC值为0.999 8。最终结果表明,基于LIBS-NIR光谱中级融合方法有效去除了冗余信息,克服了单一光谱信息源的局限性,实现了黄芪产地的准确鉴别。在此基础上,进一步解释中级融合模型中与黄芪产地鉴别相关的光谱特征重要性,为中药材产地鉴别提供了新思路和技术路径。
光谱学 产地鉴别 数据融合 黄芪 激光诱导击穿光谱 近红外光谱 spectroscopy origin identification data fusion Astragalus membranaceus laser-induced breakdown spectroscopy near-infrared spectroscopy 
红外与激光工程
2025, 54(6): 20250003

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