高光谱相机检测药用胶囊铬含量

本研究应用了400-1000nm的高光谱相机，可采用广东赛斯拜克科技有限公司产品SP130M进行相关研究。光谱范围在400-1000nm，波长分辨率优于2.5nm，可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS，波段选择后最高3300Hz（支持多区域波段选择）。

高光谱相机是一种特殊的相机，它不仅可以拍摄可见光图像，还可以测量每个像素点的光谱信息。这使得我们可以对每个像素点进行更深入的分析，比如识别不同的物质或者测量其物理化学性质。

对于药用胶囊铬含量的检测，我们的方法是使用高光谱相机拍摄胶囊的图像，然后分析每个像素点的光谱信息，特别是其中的铬元素的光谱信息。通过对铬元素的光谱信息进行深入分析，我们可以精确地测量出胶囊中的铬含量。

与传统的方法相比，高光谱相机检测方法具有许多优点。它可以在不破坏胶囊的情况下进行检测，保证了胶囊的完整性和安全性。它可以在短时间内完成检测，大大提高了检测效率。高光谱相机检测方法还可以提供更多的信息，比如铬元素在胶囊中的分布情况，这可以帮助我们更好地了解胶囊的生产过程和质量。

基于高光谱在重金属检测上的可行性本文用常规的原子吸收光谱法对收集到的正常与铬含量超标的MEHGC检测的结果作为对照，再用高光谱采集两种MEHGC的数据，用主成分分析法（PCA）与偏最小二乘法对高光谱数据进行分析，最终建立相关模型，实现对“毒胶囊”的定性检测。

　　由于高光谱数据由多个波段图像组成，可把每一幅图像看作一个特征，若对高光谱数据进行降维，将会使得原始数据变化到一个新的坐标系统，以使图像数据的差异达到最大，所得到的结果将会与原来图像相差很大。这一技术对于增强信息含量，隔离噪声及减少数据维数非常有效。对高光谱图像进行PCA 降维后所得到的前4个主成分见图1。

　　高光谱图像的优势之处在于不但有图像信息，而且有光谱信息。要得到光谱信息，先对每个样本选择感兴趣区域，每个感兴趣区域有其光谱响应曲线。由于胶囊帽和胶囊体二者之间的颜色不同，为了消除颜色对结果的影响，每个胶囊选择2个感兴趣区域（胶囊帽和胶囊体上各选择一个感兴趣区域），感兴趣区域可在胶囊的高光谱图像上随机选取，每个区域的像素数范围为2～6，最终感兴趣区域的光谱数据计算区域内所有像素的平均值。4种不同区域（分别为正常胶囊和“毒胶囊”的胶囊体和胶囊帽）的光谱曲线见图2。

　　在450~900 nm的高光谱数据中，通过选择感兴趣区域得到正常胶囊和“毒胶囊”的光谱数据，先对其进行归一化处理，再通过PLS-DA对数据降维及判别分析，当选择4个PLS算子作为输入特征时，正常胶囊和“毒胶囊”的识别率达到100%，特异度和敏感度也为100%；由此可知，可用PLS-DA判别方法对正常胶囊和“毒胶囊”进行区分。利用高光谱图像技术对“毒胶囊”检测，可以大大降低传统方法的复杂度。

　　除此之外，若要提高可信度，还须用更宽波段的光谱对样本进行检测，例如在荧光或者紫外波段。在对“毒胶囊”进行定性的同时，还需要对其进行定量研究，定量时可考虑制作不同含铬量的明胶模板，找出模板含铬量与光谱数据的相关模型，并以此模型来预测未知"毒胶囊"的重金属铬含量。鉴于"毒胶囊”事件的后续影响，样本比较难找，但为了提高检测的有效性，还需要用多种铬含量的胶囊样本做试验。

高光谱相机检测方法也有一些挑战和限制。高光谱相机的价格较高，这限制了它的广泛应用。高光谱相机的操作需要专业人员完成，这增加了使用成本。对于一些特殊的药用胶囊，比如那些经过特殊处理的胶囊，可能需要开发更专门的检测方法。