圖像識(shí)別技術(shù)在全國(guó)中藥資源普查中的應(yīng)用

張小波　格小光　金艷　史婷婷　王慧　李夢(mèng)　景志賢　郭蘭萍　黃璐琦

[摘要]隨著計(jì)算機(jī)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，圖像識(shí)別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于全國(guó)中藥資源普查工作的各個(gè)階段。其中，①在前期準(zhǔn)備工作中，為建立統(tǒng)一的中藥資源名錄庫(kù)，基于紙質(zhì)文獻(xiàn)資料采用文字識(shí)別技術(shù)，輔助進(jìn)行與中藥資源相關(guān)各類名錄的數(shù)字化；為確定每個(gè)普查隊(duì)外業(yè)調(diào)查的代表區(qū)域和樣地，基于衛(wèi)星遙感圖像和植被圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用遙感圖像分類等技術(shù)方法，輔助確定重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域。②在外業(yè)調(diào)查過(guò)程中，為相對(duì)準(zhǔn)確地獲取中藥材種植面積，基于遙感圖像采用決策樹(shù)模型、光譜特征、面向?qū)ο蟮确椒?，輔助進(jìn)行中藥材種植區(qū)域識(shí)別和面積估算。③在內(nèi)業(yè)整理過(guò)程中，為相對(duì)準(zhǔn)確的確定區(qū)域內(nèi)中藥資源種類，基于植物個(gè)體照片、標(biāo)本照片和名稱等采用圖像識(shí)技術(shù)，輔助進(jìn)行中藥資源種類的統(tǒng)計(jì)匯總。④在成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用中，基于藥用資源個(gè)體和藥材樣品照片，開(kāi)發(fā)中藥資源種類識(shí)別APP和道地藥材3D展示系統(tǒng)，輔助進(jìn)行中藥資源種類識(shí)別和藥材鑒別特征展示。在中藥資源普查工作中引入圖像識(shí)別技術(shù)，輔助普查人員開(kāi)展相關(guān)工作，不但能降低人工的工作量、提高工作效率，而且提高了普查成果的信息化水平和共享應(yīng)用能力。隨著中藥資源普查工作的不斷深入，圖像識(shí)別技術(shù)方法在相關(guān)工作中還將發(fā)揮其特有的作用。

[關(guān)鍵詞]全國(guó)中藥資源普查； 圖像識(shí)別技術(shù)； 應(yīng)用探討

[Abstract]With the development of computer and image processing technology， image recognition technology has been applied to the national medicine resources census work at all stagesAmong them： ①In the preparatory work， in order to establish a unified library of traditional Chinese medicine resources， using text recognition technology based on paper materials， be the assistant in the digitalization of various categories related to Chinese medicine resources； to determine the representative area and plots of the survey from each census team， based on the satellite remote sensing image and vegetation map and other basic data， using remote sensing image classification and other technical methods to assist in determining the key investigation area ②In the process of field investigation， to obtain the planting area of Chinese herbal medicine was accurately， we use the decision tree model， spectral feature and objectoriented method were used to assist the regional identification and area estimation of Chinese medicinal materials③In the process of finishing in the industry， in order to be able to relatively accurately determine the type of Chinese medicine resources in the region， based on the individual photos of the plant， the specimens and the name of the use of image recognition techniques， to assist the statistical summary of the types of traditional Chinese medicine resources ④In the application of the results of transformation， based on the pharmaceutical resources and individual samples of medicinal herbs， the development of Chinese medicine resources to identify APP and authentic herbs 3D display system， assisted the identification of Chinese medicine resources and herbs identification characteristics The introduction of image recognition technology in the census of Chinese medicine resources， assisting census personnel to carry out related work， not only can reduce the workload of the artificial， improve work efficiency， but also improve the census results of information technology and sharing application ability With the deepening of the work of Chinese medicine resources census， image recognition technology in the relevant work will also play its unique roleendprint

[Key words]national census of Chinese medicine resources； image recognition technology； application discussion

在全國(guó)范圍內(nèi)獲取各區(qū)域內(nèi)中藥資源種類、分布和數(shù)量等方面的信息，是全國(guó)中藥資源普查的主要目的之一?！度珖?guó)中藥資源普查技術(shù)規(guī)范》[1]要求普查隊(duì)：在記錄每一種藥用資源個(gè)體種類信息過(guò)程中，需要拍攝清晰藥用資源個(gè)體照片、藥用部位照片、臘葉標(biāo)本照片，同時(shí)拍攝部分藥材和種質(zhì)資源照片等。根據(jù)“全國(guó)中藥資源普查信息管理系統(tǒng)”統(tǒng)計(jì)匯總情況，試點(diǎn)工作獲取各地調(diào)查信息超過(guò)200萬(wàn)條、照片超過(guò)500萬(wàn)張、實(shí)物超過(guò)10萬(wàn)份。隨著全國(guó)中藥資源普查工作的深入開(kāi)展，外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)整理工作中需要收集、統(tǒng)計(jì)和匯總的數(shù)據(jù)和實(shí)物數(shù)量還將不斷增加。外業(yè)調(diào)查工作中如何快速有效得收集中藥資源種類和數(shù)量等信息，內(nèi)業(yè)整理工作如何在上百萬(wàn)條調(diào)查記錄的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確、快速地統(tǒng)計(jì)匯總出各地中藥資源種類，是全國(guó)中藥資源普查技術(shù)方法探索應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖像識(shí)別技術(shù)目標(biāo)是根據(jù)觀測(cè)到的圖像，分辨其中物體的類別；即利用現(xiàn)代信息處理與計(jì)算技術(shù)來(lái)模擬和完成人類的認(rèn)識(shí)和理解過(guò)程[2]。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)和圖像信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖像處理和識(shí)別技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。如人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別和手寫字體識(shí)別等，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)、通信、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人及軍事等領(lǐng)域[3]。本文就圖像識(shí)別技術(shù)在全國(guó)中藥資源普查相關(guān)工作中的應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1圖像識(shí)別技術(shù)在外業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

11圖像識(shí)別技術(shù)需求分析

此次全國(guó)中藥資源普查中，對(duì)重點(diǎn)藥材的數(shù)量調(diào)查是外業(yè)調(diào)查主要工作之一。野生資源方面：根據(jù)《全國(guó)中藥資源普查技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求，全國(guó)范圍需要對(duì)349種植物藥的蘊(yùn)藏量進(jìn)行估算。普查隊(duì)員在外業(yè)調(diào)查過(guò)程中，可以通過(guò)實(shí)地調(diào)查獲取單位面積內(nèi)藥用植物的個(gè)體數(shù)量，但蘊(yùn)藏量估算所需相對(duì)準(zhǔn)確的分布面積難以統(tǒng)計(jì)。在中藥資源普查前期準(zhǔn)備和調(diào)查工作過(guò)程中，需要借助衛(wèi)星遙感圖像等現(xiàn)代技術(shù)方法，輔助估算分布面積。栽培資源方面：根據(jù)全國(guó)中藥資源普查試點(diǎn)工作調(diào)查結(jié)果，調(diào)查區(qū)域內(nèi)栽培的中藥材有600多種[4]。根據(jù)中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展和管理工作對(duì)栽培藥材供應(yīng)量的需求，需要定期統(tǒng)計(jì)全國(guó)、各省和縣等不同區(qū)域內(nèi)的中藥材種植面積。普查工作結(jié)束后如何長(zhǎng)期有效得獲取中藥材的栽培面積，需要借助遙感圖等現(xiàn)代技術(shù)方法、結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，輔助開(kāi)展種植面積的統(tǒng)計(jì)匯總。

12衛(wèi)星遙感圖像識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

基于衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行地物分類識(shí)別的方法較多，常用的分類方法有，目視解譯、監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類等[5]。目視解譯，是根據(jù)確定的分類系統(tǒng)和解譯標(biāo)志，對(duì)圖像利用判讀等方法來(lái)分類，是通過(guò)遙感技術(shù)獲取目標(biāo)信息最直接、最基本的方法。監(jiān)督分類，又稱訓(xùn)練場(chǎng)地法，是指通過(guò)選擇具有代表已知地面覆蓋類型的訓(xùn)練樣本區(qū)，利用訓(xùn)練樣本區(qū)中已知地面各類地物的空間或光譜特性，以獲得識(shí)別各類地物的判別函數(shù)或模式（如均值、方差、判別域等），以此對(duì)未知地區(qū)的像元進(jìn)行分類處理，分別歸入到已知最大相似度的類別中；主要方法有最小距離法、最大似然法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分類法、Parallelpip、馬氏距離法等。非監(jiān)督分類，是依據(jù)地物光譜特征進(jìn)行分類，一般具有相同或相近的光譜特征，表現(xiàn)出某種內(nèi)在的相似性；不同類地物，光譜特征不同；主要算法包括：超空間分類算法、ISODATA算法、主成分分析算法（PCA）、獨(dú)立分量分析算法（ICA）、正交子空間投影算法（OSP）以及基于夾角余弦的相似系數(shù)聚類方法等。

隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，空間和光譜特征均可進(jìn)行地物的分類識(shí)別，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)的算法、半監(jiān)督學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)方法等豐富了地物分類識(shí)別的應(yīng)用范圍和廣度。如半監(jiān)督學(xué)習(xí)相比于監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類這2種方法，半監(jiān)督學(xué)習(xí)能夠同時(shí)利用訓(xùn)練集中的有標(biāo)簽樣本、及無(wú)標(biāo)簽樣本，可在少數(shù)有標(biāo)簽樣本以及大量無(wú)標(biāo)簽樣本的情況下，改善監(jiān)督分類的泛化性，提高非監(jiān)督分類的高效性[6]。

13在野生資源分布面積統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用

在進(jìn)行野生藥用植物抽樣調(diào)查方法設(shè)計(jì)時(shí)，以1∶100萬(wàn)全國(guó)植被類型數(shù)據(jù)為主，高程、坡向、土地利用、TM影像等數(shù)據(jù)為輔，區(qū)分有植被區(qū)域和無(wú)植被區(qū)域，在有植被的區(qū)域再區(qū)分天然植被和人工植被型（如農(nóng)田、果園、經(jīng)濟(jì)林等）。調(diào)查人員在進(jìn)行野外調(diào)查方案設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)地塊上的地物類別，將具有相似生境的地塊歸為同一代表區(qū)域。每個(gè)代表區(qū)域內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境特征盡可能一致，而各代表區(qū)域間的自然生態(tài)環(huán)境特征有所差異，進(jìn)而通過(guò)軟件系統(tǒng)計(jì)算得到每個(gè)代表區(qū)域的面積[7]，輔助普查隊(duì)劃分重點(diǎn)調(diào)查代表性區(qū)域、估算野生廣泛分布植物類藥的面積及蘊(yùn)藏量。

14在栽培中藥材分布面積統(tǒng)計(jì)匯總中的應(yīng)用

在進(jìn)行栽培中藥材面積調(diào)查中，由于中藥材的種植地塊分布零散，普查隊(duì)一般很難對(duì)所有種植地塊進(jìn)行全部調(diào)查獲取準(zhǔn)確的種植面積。為了獲取準(zhǔn)確的人參種植空間分布信息，史婷婷等以吉林省撫松縣為研究區(qū)域[8]，以資源三號(hào)（ZY3）衛(wèi)星數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，探討基于規(guī)則集的面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行人參種植區(qū)域分類提取。通過(guò)對(duì)研究區(qū)預(yù)處理過(guò)的ZY3遙感影像進(jìn)行多尺度分割，在多尺度分割結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定提取人參種植地塊的最優(yōu)分割尺度；針對(duì)不同地物類型選取樣本對(duì)象生成光譜曲線，分析人參地塊與其他地物類型的不同點(diǎn)，基于光譜分析結(jié)果構(gòu)建規(guī)則集，實(shí)現(xiàn)人參種植地塊的提取。結(jié)果表明，基于規(guī)則集的面向?qū)ο蠓诸惙椒軌蛴行У靥崛〕鲅芯繀^(qū)內(nèi)的人參種植地塊，與傳統(tǒng)基于像元的分類方法相比，解決了提取結(jié)果較為破碎的問(wèn)題。

為提高中藥材種植的質(zhì)量和產(chǎn)量，有些中藥材需要與其他作物進(jìn)行套種。由于每種植物的光譜特征不一樣，套種和單種模式不同，在應(yīng)用衛(wèi)星遙感圖像識(shí)別提取分布面積時(shí)，需要針對(duì)每種情況分別構(gòu)建具體的分類模型。為統(tǒng)計(jì)安徽省寧國(guó)市寧前胡種植面積，史婷婷等[9]分別以30 m分辨率的Landsat8和16 m分辨率的國(guó)產(chǎn)“高分一號(hào)”（GF1）多光譜遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用前胡種植地不同時(shí)相的紋理和光譜特征變化，提取寧國(guó)市耕地和山核桃幼林2種套種模式中的種植區(qū)域和面積，實(shí)現(xiàn)了不同套種模式條件下前胡種植面積的估算。endprint

2圖像識(shí)別技術(shù)在內(nèi)業(yè)整理工作中的應(yīng)用

21內(nèi)業(yè)整理工作需求分析

根據(jù)第三次全國(guó)中藥資源普查結(jié)果，我國(guó)可藥用資源有12 807種[10]。第四次全國(guó)中藥資源普查結(jié)束后，需要統(tǒng)計(jì)出全國(guó)、各省和縣等不同區(qū)域內(nèi)的中藥資源種類。為相對(duì)準(zhǔn)確地掌握各區(qū)域的中藥資源種類，此次普查中按照“三有一對(duì)應(yīng)”的原則對(duì)區(qū)域內(nèi)中藥資源種類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即：按照數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中有中藥資源名稱和照片、標(biāo)本館中有標(biāo)本實(shí)物，中藥資源名稱與照片和實(shí)物一一對(duì)應(yīng)。此項(xiàng)工作，如果完全采取人工統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行，工作量巨大。為提高中藥資源種類統(tǒng)計(jì)匯總工作的效率，保證實(shí)物與名稱的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，提高中藥資源種類統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，需要借助現(xiàn)代技術(shù)方法，輔助進(jìn)行中藥資源種類統(tǒng)計(jì)匯總等。

22圖像識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像識(shí)別經(jīng)歷了文字識(shí)別、數(shù)字圖像處理與識(shí)別、物體識(shí)別3個(gè)階段。但某些對(duì)于人類來(lái)說(shuō)輕而易舉的基本對(duì)象類別的識(shí)別，機(jī)器識(shí)別仍然存在明顯錯(cuò)誤、或在執(zhí)行這些簡(jiǎn)單任務(wù)時(shí)不盡完美。盡管如此，對(duì)于某些工作量大、時(shí)間長(zhǎng)的工作，圖像識(shí)別技術(shù)在眾多視覺(jué)識(shí)別任務(wù)上，依然具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ话銏D像分為灰度圖像、彩色圖像和紋理圖像等不同類型，通過(guò)計(jì)算機(jī)挖掘可分別出圖像在紋理、形狀及環(huán)境等細(xì)節(jié)方面的區(qū)別。圖像識(shí)別的關(guān)鍵步驟，包括圖像分割、特征提取和判別匹配等。圖像分割著重于對(duì)象和背景的關(guān)系，及整體屬性；圖像分割方法包括閾值、邊緣檢測(cè)、區(qū)域提取等。圖像識(shí)別則著重于對(duì)象本身的屬性，主要識(shí)別方法包括統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、結(jié)構(gòu)模式識(shí)別、模糊模式識(shí)別等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的高新技術(shù)，不同學(xué)科的科技人員對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，并取得了許多有價(jià)值的研究成果，利用BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，選取圖像的幾個(gè)特征向量作為BP網(wǎng)絡(luò)的輸入，可不對(duì)圖像作特征提取，直接把圖像數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別器的輸入[11]。

23在中藥資源種類匯總工作中的應(yīng)用

231基于紙質(zhì)文獻(xiàn)輔助建立中藥資源名錄信息庫(kù)由于中藥材的同名異物、異物同名情況比較多，在全國(guó)中藥資源普查內(nèi)業(yè)整理過(guò)程中，需要保證同種資源名稱的相對(duì)一致性，以確保各地統(tǒng)計(jì)中藥資源種類的客觀和一致性。建立統(tǒng)一的中藥資源名錄，一般基于現(xiàn)有文獻(xiàn)資料整理獲取。由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息多記錄在各類紙質(zhì)資料上，普查之前尚沒(méi)有涵蓋各類文獻(xiàn)名錄的數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)人工手動(dòng)的方式，按照書籍上的內(nèi)容，將紙質(zhì)版材料電子化和共享使用工作量較大。為提高工作效率，借助相關(guān)軟硬件設(shè)備、采用文字識(shí)別技術(shù)，通過(guò)掃描紙質(zhì)書籍，輔助進(jìn)行各類紙質(zhì)文獻(xiàn)中可藥用資源名錄的數(shù)字化和電子化，建設(shè)中藥資源名錄數(shù)據(jù)庫(kù)。

232基于采集號(hào)輔助統(tǒng)計(jì)匯總標(biāo)本實(shí)物信息初步估算第四次全國(guó)中藥資源普查結(jié)束后，預(yù)計(jì)將采集制作超過(guò)100萬(wàn)份標(biāo)本實(shí)物。為將普查隊(duì)外業(yè)調(diào)查獲取、將制作好的標(biāo)本實(shí)物匯交到統(tǒng)一的標(biāo)本館庫(kù)長(zhǎng)期保存，需要做好統(tǒng)計(jì)匯總整理工作。為明確各縣的標(biāo)本實(shí)物采集、匯交工作情況，需要對(duì)各縣預(yù)計(jì)匯交和實(shí)際匯交的標(biāo)本實(shí)物信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，對(duì)比各縣標(biāo)本實(shí)物和數(shù)據(jù)的異同情況，確保國(guó)家、省和縣級(jí)層面對(duì)同一份標(biāo)本統(tǒng)計(jì)信息的一致性。此項(xiàng)工作如果完全采用人工手動(dòng)的方式進(jìn)行，工作量巨大。在技術(shù)層面設(shè)計(jì)應(yīng)用了圖像識(shí)別技術(shù)，輔助開(kāi)展標(biāo)本實(shí)物統(tǒng)計(jì)匯總工作。應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)，基于統(tǒng)一的采集號(hào)和臘葉標(biāo)本圖像識(shí)別碼，應(yīng)用軟件系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別中藥資源名稱與標(biāo)本實(shí)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系，輔助開(kāi)展標(biāo)本實(shí)物匯總統(tǒng)計(jì)工作，改變?cè)瓉?lái)通過(guò)人工一一比對(duì)的工作方式，提高了臘葉標(biāo)本實(shí)物統(tǒng)計(jì)匯總工作效率、降低工作量。具體做法如下：①統(tǒng)一采集標(biāo)本信息。為提高中藥資源數(shù)據(jù)和實(shí)物信息共享能力，規(guī)范統(tǒng)一各地制作臘葉標(biāo)本采集簽，保證臘葉標(biāo)本采集簽填寫清晰、準(zhǔn)確，提高臘葉保本制作效率，在中藥資源普查技術(shù)規(guī)范中，要求普查隊(duì)將所采集到的標(biāo)本信息在縣級(jí)層面，全部錄入到“全國(guó)中藥資源普查信息管理系統(tǒng)”中，基于系統(tǒng)生成和打印采集簽。②統(tǒng)一標(biāo)記標(biāo)本信息。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中引入圖像識(shí)別技術(shù)，普查隊(duì)通過(guò)“全國(guó)中藥資源普查信息管理系統(tǒng)”生成臘葉標(biāo)本采集簽的同時(shí)，基于條形碼生成技術(shù)，根據(jù)普查隊(duì)填報(bào)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的采集號(hào)和每一份臘葉標(biāo)本獨(dú)有的序列號(hào)，在采集簽上自動(dòng)生成與每份臘葉標(biāo)本對(duì)應(yīng)的、唯一的圖像識(shí)別碼。標(biāo)本制作過(guò)程中打印生成帶有圖像識(shí)別碼的采集記錄簽，可在普查隊(duì)層面保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的中藥資源名稱與實(shí)物標(biāo)本一一對(duì)應(yīng)。③快速統(tǒng)計(jì)匯總標(biāo)本中資源種類。在每一份標(biāo)本從普查隊(duì)匯交到省級(jí)和國(guó)家層面時(shí)，通過(guò)圖像識(shí)別碼輔助進(jìn)行實(shí)物信息的快速統(tǒng)計(jì)匯總。一種方式是：采用掃碼槍、手機(jī)等圖像識(shí)別設(shè)備，掃描臘葉標(biāo)本實(shí)物上的圖像識(shí)別碼，再將圖像識(shí)別碼包含的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字或文字，通過(guò)軟件系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別統(tǒng)計(jì)匯交實(shí)物與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)情況。另一種方式是，對(duì)臘葉標(biāo)本進(jìn)行掃描或拍照，生成標(biāo)準(zhǔn)的臘葉標(biāo)本照片；基于圖像識(shí)別技術(shù)根據(jù)臘葉標(biāo)本照片上的圖像識(shí)別碼，通過(guò)軟件系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別統(tǒng)計(jì)匯交實(shí)物與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)情況。如果普查隊(duì)匯交的標(biāo)本上沒(méi)有圖像識(shí)別碼，在統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)臘葉標(biāo)本和中藥資源種類信息時(shí)，需要將標(biāo)本實(shí)物上的種類信息重新錄入或進(jìn)行人工統(tǒng)計(jì)。

233基于中藥資源個(gè)體照片輔助統(tǒng)計(jì)匯總種類信息由于全國(guó)中藥資源普查以縣為單位，工作面廣、主體多樣，區(qū)域之間普查隊(duì)員知識(shí)結(jié)構(gòu)差異等，“同種”資源在不同區(qū)域可能會(huì)被鑒定為“不同種”。為相對(duì)客觀的反映各區(qū)域中藥資源的種類，需要對(duì)“同種”資源在不同區(qū)域，鑒定為“不同種”的情況進(jìn)行核對(duì)整理。如何把可能存在鑒定問(wèn)題的種類，在眾多的信息中篩選出來(lái)，是中藥資源普查內(nèi)業(yè)整理的一項(xiàng)重要任務(wù)。初步估算全國(guó)中藥資源普查中，將拍攝1萬(wàn)多種藥用資源的數(shù)百萬(wàn)張照片，在技術(shù)層面設(shè)計(jì)應(yīng)用了圖像識(shí)別技術(shù)，輔助開(kāi)展種類統(tǒng)計(jì)匯總工作，降低中藥資源種類統(tǒng)計(jì)匯總錯(cuò)誤率、提高工作效率和工作質(zhì)量。具體做法如下：①以“種”為基本單元，基于每個(gè)普查隊(duì)填報(bào)到“全國(guó)中藥資源普查信息管理系統(tǒng)”中的圖片，通過(guò)軟件自動(dòng)對(duì)全國(guó)各地同種資源的圖片進(jìn)行相似度比較，篩選出同種資源中“相似度比較低”的圖片。再通過(guò)人工比對(duì)的方式，在“相似度比較低”的圖片中將不屬于“同種”的照片及種類區(qū)分開(kāi)。②以全部圖片為整體，基于聚類分析方法將“同種”的照片聚在一起，輔助人工的方式，將鑒定為“不同種”的圖片，歸為“同種”。endprint

3圖像識(shí)別技術(shù)在成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用中的應(yīng)用探討

31普查成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用需求分析

由于藥用植物種類多樣性，根據(jù)第三次全國(guó)中藥資源普查結(jié)果顯示，我國(guó)有藥用植物資源11 116種。對(duì)于一般大眾，由于中藥資源和中藥材分類專業(yè)技術(shù)缺乏，很難識(shí)別各種常用中藥材種類。對(duì)于科研人員和普查隊(duì)員，每個(gè)人認(rèn)識(shí)的藥用植物種類有限，不可能把1萬(wàn)多種藥用植物資源全部認(rèn)識(shí)。中藥資源普查外業(yè)調(diào)查過(guò)程中，如何盡可能多的收集藥用植物資源種類，同時(shí)減少野外的工作量，客觀實(shí)際的反映中藥資源的種類和分布情況，是普查隊(duì)員工作中面臨的一個(gè)難題。為充分利用中藥資源普查試點(diǎn)工作成果，發(fā)揮普查中拍攝大量照片的價(jià)值，從服務(wù)外業(yè)調(diào)查工作及科普工作需要角度出發(fā)。需借助圖像識(shí)別技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)方法，開(kāi)發(fā)相關(guān)工具軟件或App等，輔助普查隊(duì)員提高數(shù)據(jù)收集的效率和速度；輔助一般大眾，識(shí)別中藥材種類、普及中藥知識(shí)。

32圖像識(shí)別技術(shù)在中藥資源普查中的應(yīng)用

321植物識(shí)別APP為充分利用中藥資源普查照片，便用戶基于手機(jī)端進(jìn)行植物種類識(shí)別，在中藥資源普查工作中正在研發(fā)藥用植物識(shí)別App。主要工作如下：①將全國(guó)中藥資源普查試點(diǎn)工作收集的大量藥用植物個(gè)體和藥材照片進(jìn)行圖像預(yù)處理，主要通過(guò)人工和軟件方式核對(duì)圖片中藥材的種類，剔除背景信息得到標(biāo)準(zhǔn)的樣本圖片。②并基于HDFS和HBase技術(shù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，建立標(biāo)準(zhǔn)的樣本圖片庫(kù)。③基于標(biāo)準(zhǔn)的樣本圖片庫(kù)，利用基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)各種藥用植物和藥材圖片進(jìn)行分析訓(xùn)練，建立藥用植物和藥材的識(shí)別模型；基于VGG和GoogLeNet卷積網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行修正，提高圖像識(shí)別的準(zhǔn)確率。④基于手機(jī)端常用的安卓和ios操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)識(shí)別和展示功能的APP。輔助用戶在工作和生活中，基于手機(jī)APP輔助識(shí)別藥用植物和藥材種類，查看藥用植物或藥材的標(biāo)準(zhǔn)圖片、植物名稱、藥材名等相關(guān)信息。

322圖像識(shí)別技術(shù)在藥材三維展示中的應(yīng)用藥材圖片通常以平面形式展示，與二維照片相比，三維展示更具有吸引力和視覺(jué)沖擊力，能夠通過(guò)互動(dòng)的方式從各個(gè)角度真實(shí)全面地展示中藥材的全貌或局部特征。為更加直觀、生動(dòng)展示道地藥材的特征，將中藥材展示與新媒體互動(dòng)、虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，對(duì)中藥材整體、鑒別特征等以數(shù)字化的方式進(jìn)行展示，正在研發(fā)道地藥材三維展示系統(tǒng)。主要工作內(nèi)容包括：①中藥材采樣、拍照、建模，將中藥材的三維模型、細(xì)節(jié)圖片素材、真?zhèn)舞b別關(guān)鍵點(diǎn)等內(nèi)容整合到數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成中藥材及其真?zhèn)舞b別的三維數(shù)據(jù)庫(kù)。②三維仿真展示通過(guò)讀取圖文信息、三維模型，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向用戶進(jìn)行直觀地展示，包括360度環(huán)繞查看、關(guān)鍵部位展示、真?zhèn)舞b別關(guān)鍵點(diǎn)展示、主要剖面展示等。

4小結(jié)

在全國(guó)中藥資源普查技術(shù)方法探索應(yīng)用中，基于文字、衛(wèi)星遙感、植物個(gè)體、藥材樣品和臘葉標(biāo)本等5類照片，根據(jù)前期準(zhǔn)備、外業(yè)調(diào)查、內(nèi)業(yè)整理和轉(zhuǎn)化應(yīng)用4個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)種類（中藥資源種類、中藥材種類），分布（野外資源重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域、栽培資源種植區(qū)域），數(shù)量（野生資源分布面積、栽培中藥材種植面積）3個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)和圖像識(shí)別兩大類技術(shù)方法，服務(wù)全國(guó)中藥資源普查這一偉大系統(tǒng)工程的順利實(shí)施。

[致謝]山東省計(jì)算中心的孫占全老師在圖像識(shí)別技術(shù)方面的指導(dǎo)幫助。

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[責(zé)任編輯呂冬梅]endprint