一種沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法。該方法是在一套由紫外光源、載物臺(tái)、分光器、CCD相機(jī)、光學(xué)鏡頭、信號(hào)處理器、操控軟件和數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)下進(jìn)行，檢測(cè)步驟包括調(diào)節(jié)紫外光源、固定待檢品、確定光譜分辨率，獲得標(biāo)準(zhǔn)白板和待檢品光譜立方體，然后對(duì)光譜立方體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到沉香的結(jié)香率。本發(fā)明方法首次提出了利用熒光多光譜成像技術(shù)對(duì)沉香形成比例進(jìn)行精確的量化測(cè)量，該方法可用于對(duì)沉香屬中的可結(jié)香樹種白木香、奇楠沉香等結(jié)香率的快速、定量、精準(zhǔn)、無損測(cè)定。本發(fā)明方法可為沉香種植樹種的選擇、沉香形成培育技術(shù)、沉香質(zhì)量控制等提供有效的技術(shù)手段。
【專利說明】一種沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種名貴植物沉香樹的沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，屬于木材品質(zhì)檢測(cè)、 質(zhì)量控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 沉香Lour. Gilg)是一種在沉香樹里形成的深色心材樹 月旨，沉香樹大量分布在華南地區(qū)的海南省，廣西省以及廣東省。當(dāng)沉香樹被霉菌感染的時(shí)候 就會(huì)形成沉香。在感染前，沉香樹心材相對(duì)來說是比較白皙而且有光亮的；但是，隨著感染 的進(jìn)一步擴(kuò)散，沉香樹則會(huì)產(chǎn)生一種黑色的帶有芳香的樹脂去阻止感染的入侵，最后促使 了非常高密度，深黑色的樹脂嵌入式心材的形成。
[0003] 沉香在許多文化里面都因?yàn)樗?dú)特的香味而聞名，所以它經(jīng)常會(huì)被用來制作香 水。同時(shí)它也是一種著名的傳統(tǒng)中藥材。在東方，它能被用于制作鎮(zhèn)靜劑，鎮(zhèn)痛劑還有助消 化藥物。曾經(jīng)有報(bào)道過沉香能夠幫助治愈風(fēng)濕病，心腦血管疾病和許多其他的有關(guān)動(dòng)脈以 及心臟的疾病。
[0004] 隨著近幾年來野生沉香數(shù)量的減少，使用人工培育手段培育沉香已經(jīng)變得越來越 重要。最常用的培育沉香的方法是接菌結(jié)香法。為了更好地控制沉香培育的品質(zhì)，選擇合 適的沉香樹來進(jìn)行真菌的接種是很有必要的。而結(jié)香面積比例則是判斷一種沉香樹種是否 適合的其中一種非常重要的因素。沉香結(jié)香面積比例被定義為沉香截面面積與樹木截面面 積之比，其比例越大，說明樹種越合適。量化沉香結(jié)香率能夠提供信息讓人們選擇良好的培 育品種、控制結(jié)香質(zhì)量。
[0005] 目前結(jié)香率的測(cè)定多為人工通過經(jīng)驗(yàn)、肉眼識(shí)別。這種方法一方面需要檢測(cè)者具 有豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，另一方面數(shù)據(jù)因人而異，無法做到精準(zhǔn)定量。另外一種測(cè)定方法則是將 沉香從樹木中取出，通過稱重得到結(jié)香率。這種方法不僅對(duì)名貴的沉香具有破壞性，無法做 到無損檢測(cè)，而且從樹盤中取沉香的過程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且對(duì)操作人員有較高的要求，即便是 一位非常嫻熟的操作人員，仍不可避免的在沉香表面殘留木質(zhì)。
[0006] CN103063773A公開了一種檢測(cè)白木香是否產(chǎn)生沉香的方法。它是采集白木香樹的 樹葉，測(cè)定樹葉中是否含有生育酚，如果含有生育酚則該白木香樹中產(chǎn)生了沉香，如果不含 有生育酚則該白木香樹中還沒有產(chǎn)生沉香；或者采集白木香樹的樹葉，陰干后，測(cè)定陰干樹 葉中的角鯊烯含量，如果角鯊烯相對(duì)含量超過6%，則該白木香樹中產(chǎn)生了沉香，如果角鯊烯 相對(duì)含量沒有超過6%則該白木香樹中還沒有產(chǎn)生沉香。該方法能快速的、在非破壞性的情 況下檢測(cè)白木香是否產(chǎn)生沉香，但無法得到沉香結(jié)香率的量化結(jié)果。
[0007] 光譜成像是一種能夠同時(shí)獲得檢測(cè)樣品空間信息和光譜信息的新技術(shù)，檢測(cè)樣本 的信號(hào)光被分成幾個(gè)窄頻帶，然后每個(gè)頻帶的圖像分別被檢測(cè)器捕獲，從而得到光譜數(shù)據(jù) 和空間數(shù)據(jù)。光譜成像技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到許多領(lǐng)域比如食品安全、水果質(zhì)量、藥物檢測(cè)等。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)中，未有使用熒光多光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)沉香結(jié)香面積定量檢測(cè)的報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，該方法是采用熒光多光譜成像 技術(shù)實(shí)現(xiàn)沉香樹中沉香的生成比例的和沉香種植質(zhì)量控制的精確，無創(chuàng)，快速測(cè)定。
[0010] 本發(fā)明的另一個(gè)目的于提供用于上述一種測(cè)定方法的檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括紫外 光源、載物臺(tái)、分光器、CCD相機(jī)、光學(xué)鏡頭、信號(hào)處理器、一套完整的操控軟件和數(shù)據(jù)處理軟 件。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，包括如下步驟： (1) 搭建檢測(cè)系統(tǒng)：所述檢測(cè)系統(tǒng)由紫外光源、載物臺(tái)、分光器、CCD相機(jī)、光學(xué)鏡頭、信 號(hào)處理器、操控軟件和數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成；其中，紫外光通過自由空間傳播或光纖導(dǎo)引至載 物臺(tái)，受激福射的信號(hào)光通過自由空間傳播或光纖導(dǎo)引至CCD相機(jī)，分光器、CCD相機(jī)、光學(xué) 鏡頭通過光學(xué)鏡頭接圈相連接，CCD相機(jī)與信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)線相連； (2) 將標(biāo)準(zhǔn)白板放置于載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)紫外光源，使光線均勻照射； (3) 將待檢品固定于載物臺(tái)的襯底上；所述襯底為無激發(fā)光、黑色背景襯底； (4) 在待檢品與CCD相機(jī)之間設(shè)置分光器，使樣品受激輻射的激發(fā)光通過分光器后，成 像于CCD相機(jī)上，并以數(shù)字圖像的形式存儲(chǔ)于信號(hào)處理器中； (5) 設(shè)定分光器的光譜分辨率，獲得由多幅光譜圖像組成的光譜立方體：即選擇工作波 長為450nnT800nm，光譜分辨率最小值可達(dá)到2nm，通過設(shè)置合適的光譜分辨率，獲得清晰 的光譜圖像； (6) 對(duì)光譜立方體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到沉香在檢品上的比率，即沉香的結(jié)香率； (7) 對(duì)結(jié)果進(jìn)行圖像顯示、數(shù)據(jù)顯示； 所述紫外光源為兩個(gè)連續(xù)可調(diào)紫外光源或通過濾光片獲得的365nm窄帶紫外光；所述 CCD相機(jī)米用二維成像，并配光學(xué)鏡頭；所述分光器為濾光片、光柵或棱鏡分光器、液晶可 調(diào)濾光器、聲光調(diào)制濾光器中的任意一種；所述信號(hào)處理器外接有顯示屏，信號(hào)處理器為計(jì) 算機(jī)、DSP處理器或ARM處理器中的任意一種； 所述操控軟件優(yōu)選具有可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端的光譜分辨率、空間分辨率、曝光時(shí)間等采 集參數(shù)的控制功能的操控軟件；所述數(shù)據(jù)處理軟件優(yōu)選具有可實(shí)現(xiàn)沉香結(jié)香率的計(jì)算、沉 香空間分布的識(shí)別顯示功能的數(shù)據(jù)處理軟件。
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例所采用操控軟件和數(shù)據(jù)處理軟件為 申請(qǐng)人:自行開發(fā)，該操控軟件通 過USB串口通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)C⑶相機(jī)、分光器的參數(shù)控制，如可選擇(XD空間分辨率、曝光時(shí) 間，分光器的光譜分辨率等；該數(shù)據(jù)處理軟件具有計(jì)算沉香結(jié)香率、沉香空間分布的識(shí)別顯 示及實(shí)現(xiàn)步驟（6)所需統(tǒng)計(jì)分析工作的功能。
[0013] 所述步驟（6)對(duì)光譜立方體的統(tǒng)計(jì)分析按如下步驟進(jìn)行： (1) 使用標(biāo)準(zhǔn)白板光照結(jié)果對(duì)待檢品的光譜立方體進(jìn)行光照度校正； (2) 使用雙向1?通空間濾波器獲得待檢品外圍輪廊； (3) 人工選取待檢品中的白木、沉香、腐朽三種物質(zhì)中各自的一個(gè)小區(qū)域，獲得三種物 質(zhì)的光譜曲線； (4) 比較三條光譜曲線，以差異最大為原則，重新組合光譜立方體圖像，使組合后的光 譜圖像攜帶有白木、沉香、腐朽三種物質(zhì)的光譜差異信息或三種物質(zhì)中兩種的光譜差異信 息； (5) 對(duì)組合后的光譜圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，最終提取出沉香的邊緣； (6) 采用數(shù)字圖像填充技術(shù)對(duì)不規(guī)則形狀的沉香邊緣進(jìn)行填充，獲得沉香分布區(qū)域； (7) 以像素記，獲得沉香和整個(gè)待檢品的相對(duì)面積，進(jìn)而獲得沉香的面積比，即沉香的 結(jié)香率。
[0014] 本發(fā)明所述分光器為光柵或棱鏡分光器時(shí)，在完成步驟（5)設(shè)定分光器的光譜分 辨率、獲得由多幅光譜圖像組成的光譜立方體后，利用數(shù)據(jù)處理軟件，通過空間搜尋特征點(diǎn) 進(jìn)行圖像匹配。
[0015] 本發(fā)明所述載物臺(tái)襯底為硬質(zhì)襯底或形變襯底，載物臺(tái)襯底為硬質(zhì)襯底時(shí)用于平 整樣品的測(cè)定，載物臺(tái)襯底為形變襯底時(shí)用于無規(guī)則形狀樣品的測(cè)定。
[0016] 本發(fā)明所述待檢品在進(jìn)行沉香結(jié)香率的檢測(cè)前，將其表面打磨平整，干燥后，儲(chǔ)存 在25 ±3 °C的環(huán)境中。
[0017] 本發(fā)明所述重新組合光譜立方體圖像的方法為波段比值算法或二維主成分、支持 向量基等增強(qiáng)不同物質(zhì)所在區(qū)域差異的方法。
[0018] 本發(fā)明沉香結(jié)香率的檢測(cè)系統(tǒng)，其工作原理是：紫外線燈作為激發(fā)光源，均勻地激 發(fā)樣品，而分光器用于選擇樣品受激發(fā)射信號(hào)的波長。從光源發(fā)出的紫外線光到達(dá)在底襯 上的樣品，然后樣品受到激發(fā)，發(fā)出熒光，緊接著樣品發(fā)出的光線經(jīng)過分光器過濾，被CCD 相機(jī)捕獲，成像于C⑶相機(jī)上，并以數(shù)字圖像的形式存儲(chǔ)于信號(hào)處理器中，再通過信號(hào)處理 器的顯示器顯示出來。因此，我們就能得到一個(gè)樣品的光譜立方體，對(duì)該光譜立方體進(jìn)行定 量分析就可以得到沉香的結(jié)香率。
[0019] 對(duì)樣品的光譜立方體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法說明：樣品的光譜立方體的每一幅圖像 里都有四個(gè)不同的部分：白木，沉香，腐朽以及背景。白木，沉香以及腐朽的空間分布是沒有 規(guī)律的，而光譜的差異就是用于檢測(cè)哪一部分是沉香，哪一部分是白木，哪一部分是腐朽， 因此，在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，需要采用統(tǒng)計(jì)分析步驟（3)和（4)獲取光譜曲線和光譜差異信息 來區(qū)別出白木，腐朽和沉香。
[0020] 所述光譜曲線的獲得方法是：以白木為例，第一步，基于人工判斷設(shè)計(jì)掩膜，獲得 白木的一個(gè)小區(qū)域；第二步，計(jì)算選定區(qū)域的平均光強(qiáng)，其結(jié)果代表了白木在該波長下的對(duì) 應(yīng)光強(qiáng)；最后，為了得到在不同波長下的一組數(shù)據(jù)，其他圖像的同一區(qū)域也采用上述第一第 二步的方法進(jìn)行，從而獲得一組平均光強(qiáng)數(shù)據(jù)，即為白木的光譜曲線數(shù)據(jù)。沉香和腐朽的光 譜曲線數(shù)據(jù)也是通過這種方法得到。
[0021] 本發(fā)明利用腐朽、沉香、白木各自光譜曲線的差異，對(duì)光譜立方體中的圖像進(jìn)行增 強(qiáng)，對(duì)增強(qiáng)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，分別獲得剔除白木、剔除腐朽分布區(qū)域的圖像，再通過對(duì)白 木和腐朽面積取交集得到沉香的邊緣，然后對(duì)沉香內(nèi)外邊緣之間采用數(shù)字圖像填充，獲得 最終的通過光譜信息空間定位出的沉香區(qū)域，最后結(jié)合雙向高通濾波器得到的待檢品外圍 輪廓，通過像素計(jì)算，分別獲得沉香和整個(gè)待檢品的相對(duì)面積，進(jìn)而獲得沉香的面積比，即 沉香的結(jié)香率。
[0022] 本發(fā)明方法首次提出了利用熒光多光譜成像技術(shù)對(duì)沉香形成比例進(jìn)行精確的量 化測(cè)量，該方法可用于對(duì)沉香屬中的可結(jié)香樹種白木香別名：蜜香 樹、莞香樹、土沉香、女兒香、牙香）、奇楠沉香(A crasma)等結(jié)香率的快速、定量、精準(zhǔn)測(cè) 定。本發(fā)明方法可為沉香種植樹種的選擇、沉香形成培育技術(shù)、沉香質(zhì)量控制等提供有效的 技術(shù)手段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為檢測(cè)系統(tǒng)的光譜成像光路圖。
[0024] 圖2為待檢品的光譜立方體圖。
[0025] 圖3為從光譜立方體中獲得的白木（a)、沉香（b )、腐朽（c )三種不同物質(zhì)的光譜曲 線。
[0026] 圖4 (a)為通過光譜信息空間定位出的沉香區(qū)域；（b)為使用雙向高通濾波器得 到的待檢品外圍輪廓。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，這些實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，并 不限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例
[0028] 1、待檢品：采集自廣東省化州的一片人工林里面、從在地面上1. 3米以上高度的 7年樹齡的土沉香，并且通過沉香形成的液體輸注技術(shù)處理全身，經(jīng)過兩年之后再被截取下 來進(jìn)行樣品中沉香結(jié)香率的檢測(cè)。檢查前，將待檢品表面打磨平整，干燥，儲(chǔ)存于25°C ±3 的環(huán)境中。
[0029] 2、在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)廣東省森林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室搭建檢測(cè)系統(tǒng) 主要構(gòu)件包括：兩個(gè) 365nm 的紫外線燈（EA-160/FA，Spectronics Corp.，NY, USA)， 載物臺(tái)、分光器選用光學(xué)濾光片（300nm-800nm，ThorlabsInc.，NJ，USA)，CCD相機(jī) (1/2 " , 1280 X 1024)、光學(xué)相機(jī)鏡頭（M0814-MP, Computar Company, Japan)、一臺(tái)電腦主 機(jī)及顯示器。
[0030] 3、檢測(cè)操作 (1) 將標(biāo)準(zhǔn)白板放置于載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)紫外光源，使光線均勻照射； (2) 將待檢品固定于載物臺(tái)的無激發(fā)光、黑色背景硬質(zhì)襯底上； (3) 在待檢品與CCD相機(jī)之間設(shè)置光學(xué)濾片，使樣品受激輻射的激發(fā)光通過濾片后，成 像于CCD相機(jī)上，并以數(shù)字圖像的形式存儲(chǔ)于信號(hào)處理器中； (4) 設(shè)定光學(xué)濾片的光譜分辨率，選擇工作波長從450nnT800nm，間隔為10nm，獲得由 多幅光譜圖像組成的光譜立方體，如圖2示。
[0031] 4、光譜立方體統(tǒng)計(jì)分析 (1) 使用標(biāo)準(zhǔn)白板光照結(jié)果對(duì)待檢品的光譜立方體進(jìn)行光照度校正 (2) 使用雙向高通空間濾波器(公式①）獲得待檢品外圍輪廓

【權(quán)利要求】
1. 一種沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 搭建檢測(cè)系統(tǒng)：所述檢測(cè)系統(tǒng)由紫外光源、載物臺(tái)、分光器、CCD相機(jī)、光學(xué)鏡頭、信 號(hào)處理器、操控軟件和數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成；其中，紫外光通過自由空間傳播或光纖導(dǎo)引至載 物臺(tái)，受激福射的信號(hào)光通過自由空間傳播或光纖導(dǎo)引至CCD相機(jī)，分光器、CCD相機(jī)、光學(xué) 鏡頭通過光學(xué)鏡頭接圈相連接，CCD相機(jī)與信號(hào)處理器通過數(shù)據(jù)線相連； (2) 將標(biāo)準(zhǔn)白板放置于載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)紫外光源，使光線均勻照射； (3) 將待檢品固定于載物臺(tái)的襯底上；所述襯底為無激發(fā)光、黑色背景襯底； (4) 在待檢品與CCD相機(jī)之間設(shè)置分光器，使樣品受激輻射的激發(fā)光通過分光器后，成 像于CCD相機(jī)上，并以數(shù)字圖像的形式存儲(chǔ)于信號(hào)處理器中； (5) 設(shè)定分光器的光譜分辨率，獲得由多幅光譜圖像組成的光譜立方體：選擇工作波長 為450nnT800nm，光譜分辨率最小值為2nm ; (6) 對(duì)光譜立方體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到沉香在檢品上的比率，即沉香的結(jié)香率； (7) 對(duì)結(jié)果進(jìn)行圖像顯示、數(shù)據(jù)顯示； 所述紫外光源為兩個(gè)連續(xù)可調(diào)紫外光源或窄帶紫外光源365nm ;所述CCD相機(jī)采用二 維成像，并配光學(xué)鏡頭；所述分光器為濾光片、光柵或棱鏡分光器、液晶可調(diào)濾光器、聲光調(diào) 制濾光器中的任意一種；所述信號(hào)處理器外接有顯示屏，信號(hào)處理器為采用計(jì)算機(jī)、DSP處 理器或ARM處理器中的任意一種； 所述操控軟件具有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端的光譜分辨率、空間分辨率、曝光時(shí)間這類采集參 數(shù)的控制功能；所述數(shù)據(jù)處理軟件用于沉香結(jié)香率的計(jì)算、沉香空間分布的識(shí)別顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟（6)對(duì)光譜立 方體的統(tǒng)計(jì)分析按如下步驟進(jìn)行： (1) 使用標(biāo)準(zhǔn)白板光照結(jié)果對(duì)待檢品的光譜立方體進(jìn)行光照度校正； (2) 使用雙向1?通空間濾波器獲得待檢品外圍輪廊； (3) 人工選取待檢品中的白木、沉香、腐朽三種物質(zhì)中各自的一個(gè)小區(qū)域，獲得三種物 質(zhì)的光譜曲線； (4) 比較三條光譜曲線，以差異最大為原則，重新組合光譜立方體圖像，使組合后的光 譜圖像攜帶有白木、沉香、腐朽三種物質(zhì)的光譜差異信息或三種物質(zhì)中兩種的光譜差異信 息； (5 )對(duì)組合后的光譜圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，最終提取出沉香的邊緣； (6) 采用數(shù)字圖像填充技術(shù)對(duì)不規(guī)則形狀的沉香邊緣進(jìn)行填充，獲得沉香分布區(qū)域； (7) 以像素記，獲得沉香和整個(gè)待檢品的相對(duì)面積，進(jìn)而獲得沉香的面積比，即沉香的 結(jié)香率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，其特征在于：所述分光器為光柵或 棱鏡分光器時(shí)，在完成步驟（5)設(shè)定分光器的光譜分辨率、獲得由多幅光譜圖像組成的光譜 立方體后，再利用數(shù)據(jù)處理軟件，通過空間搜尋特征點(diǎn)進(jìn)行圖像匹配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，其特征在于：所述載物臺(tái)襯底為硬 質(zhì)襯底或可形變襯底，分別用于平整樣品或無規(guī)則形狀樣品的測(cè)定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，其特征在于：所述待檢品在進(jìn) 行沉香結(jié)香率的檢測(cè)前，將其表面打磨平整，干燥后，儲(chǔ)存在25±3°C的環(huán)境中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的沉香結(jié)香率的檢測(cè)方法，其特征在于：所述重新組合光譜立 方體圖像的方法為波段比值或二維主成分方法。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK104122242SQ201410379885
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】黃少偉, 趙靜, 阮唯堅(jiān), 劉天頤, 黃博濤, 蔣開彬, 譚錦芬, 羅峰 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)