實(shí)現(xiàn)中藥顏色客觀化表達(dá)的研究思路探討*

孟慶安，劉恩順

（天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，天津 300150）

實(shí)現(xiàn)中藥顏色客觀化表達(dá)的研究思路探討*

孟慶安，劉恩順

（天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，天津 300150）

顏色作為中藥一個(gè)重要的鑒別屬性，是對中藥的品種、質(zhì)量優(yōu)劣進(jìn)行快速初篩的基礎(chǔ)手段，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。但中藥的顏色歷來表述模糊，難以形成對同一種中藥顏色的統(tǒng)一認(rèn)知，對于中藥顏色的客觀化表達(dá)又由于中藥本身紋路的復(fù)雜性和各種炮制方法造成的改變的復(fù)雜性而遲遲沒有進(jìn)展，因此中藥顏色這一重要特征在實(shí)際應(yīng)用中并沒有完全發(fā)揮其應(yīng)有的作用。從實(shí)際應(yīng)用的角度，借助圖像掃描、背景剔除、邊緣提取等現(xiàn)代數(shù)碼采集和分析技術(shù)，對中藥顏色的采集和應(yīng)用方法進(jìn)行了初步探討，力求對中藥顏色的描述相對客觀、準(zhǔn)確，且可測量、可比較，使這一中藥重要特征發(fā)揮更大的實(shí)際作用。

中藥；顏色；采集；評價(jià)；應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及儀器制造的高速發(fā)展，中藥的粉末鑒別、理化鑒別、顯微鑒別以及有效成分測定都有了長足發(fā)展[1]，但是在飲片炮制、市場采購、醫(yī)院藥房等中藥產(chǎn)購銷一線，中藥的性狀鑒別仍然占有不可替代的地位。飲片的性狀鑒別主要包括對形狀、質(zhì)地、顏色的探查。研究表明，人們觀察物體時(shí)，視覺神經(jīng)對色彩反映最快，其次是形狀，最后才是表面的質(zhì)感和細(xì)節(jié)[2]。顏色信息對物體的辨認(rèn)具有重要的意義，準(zhǔn)確辨識顏色會提高分類和識別速度，相反則會阻礙圖形的分類與識別。因此在中藥鑒別時(shí)，首先會對中藥的顏色進(jìn)行歸類判別，以確定一個(gè)大致的范圍。在飲片炮制過程中，顏色更是必不可少的一個(gè)指標(biāo)。然而相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，形狀、質(zhì)地、顏色三者的記憶難度由難到易依次為顏色＞質(zhì)地＞形狀[3]，所以準(zhǔn)確判別中藥的顏色是中藥性狀鑒別和炮制標(biāo)準(zhǔn)中舉足輕重卻又相對困難的一環(huán)。

由于受到相關(guān)科學(xué)技術(shù)水平的限制，一直以來對中藥顏色的描述都停留在運(yùn)用顏色詞描述上[4]，如：棕紅色、黃棕色、焦黃色等。現(xiàn)在科學(xué)研究表明顏色是一個(gè)物理光譜的連續(xù)體，而顏色詞是高度離散的，顏色詞只在中心區(qū)域（心理定位的區(qū)域）才是界限分明的，在邊緣部分則是界線模糊的，所以中藥文獻(xiàn)中大量描述顏色的詞也是模糊詞。每個(gè)人對顏色的認(rèn)知有著各不相同的“視覺顯著的環(huán)境原型”、“顏色認(rèn)知的文化原型”，因此對除焦點(diǎn)顏色之外的顏色的概念并非來自于光的物理屬性的推斷，是受到非直接感知——認(rèn)知因素的影響[5]。將模糊的顏色詞與各不相同的顏色概念結(jié)合運(yùn)用進(jìn)行中藥鑒別和炮制工藝控制，就是中藥在一線鑒別和加工時(shí)造成極大困擾因素之一。長期以來一直靠文獻(xiàn)記載與老藥工傳承的經(jīng)驗(yàn)對照來解決這個(gè)問題[6]，很大程度上只能靠操作者的感觀和經(jīng)驗(yàn)來掌控，在中藥的傳承、教學(xué)、研究、生產(chǎn)及執(zhí)法中都帶來極大的“困惑”。因此，將各種中藥顏色差異量化，制定出科學(xué)的顏色數(shù)據(jù)范圍，在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中固定下來是非常必要的，也是對中藥質(zhì)量控制的有力保護(hù)。陳楚明等[7]對中藥飲片顏色的客觀化表達(dá)進(jìn)行了分析歸納和比較，認(rèn)為中藥顏色進(jìn)行客觀化描述是可行的，但僅提出了思路，沒有給出具體實(shí)用的顏色量化方法。現(xiàn)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對中藥顏色的需求，探討實(shí)現(xiàn)中藥顏色量化的方法和應(yīng)用思路。

1 顏色采集

取得中藥的顏色，即對中藥進(jìn)行色彩采樣，然后通過一定的規(guī)則進(jìn)行度量，即對中藥進(jìn)行色彩測量。目前市場上的色彩測量裝置有3種，色密度計(jì)、色度計(jì)和分光光度計(jì)[8]。它們都具有光源標(biāo)準(zhǔn)、反饋精密、角度恒定的特點(diǎn)，不受時(shí)間、地點(diǎn)、人物、空間的限制，細(xì)微的色差也可以用數(shù)字表達(dá)出來，但它們都是對相對單一的色彩進(jìn)行測量，且測量窗口狹小，對被測表面要求高，價(jià)格昂貴。中藥的體積、形態(tài)、表面凹凸?fàn)顟B(tài)極不相同，且常有對比明顯的不同顏色共存一個(gè)平面的現(xiàn)象，所以目前市售的色彩測量裝置從設(shè)計(jì)上都很難對中藥進(jìn)行測量。

筆者認(rèn)為，可以在采集及校準(zhǔn)環(huán)境相對統(tǒng)一的條件下（即在同一單位內(nèi)，使用同一套設(shè)備和同一處處所，遵循同一個(gè)數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)），使用彩色掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備對中藥進(jìn)行圖像采集，再針對圖像進(jìn)行色彩采集。

取得中藥圖像后，第一步，在中藥質(zhì)控人員的參與下對圖像的色彩進(jìn)行校正微調(diào)。第二步，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像增強(qiáng)技術(shù)突出所需要的部分，利用圖像的邊緣提取技術(shù)去除背景的干擾。第三步，對于由中藥本身組織結(jié)構(gòu)不同，而形成的在同一表面存在差異或大或小的不同顏色的情況，分兩條路線處理：1）如果差異明顯，利用圖像的邊緣提取和圖像分割技術(shù)，將不同色塊分離開來分別做數(shù)據(jù)提取，形成由若干部分組成的數(shù)據(jù)集聯(lián)合，使用時(shí)一部分一部分的運(yùn)用，比如檳榔斷面、雞血藤斷面、表皮與維管束等。2）如果僅是斑駁塵雜，就以整體做數(shù)據(jù)提取。這樣就可以得到所需要的中藥顏色數(shù)據(jù)。流程見圖1。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

取得中藥顏色的原始樣本數(shù)據(jù)后，要對其進(jìn)行處理，以得到便于使用的數(shù)據(jù)。目前對顏色的客觀性定義系統(tǒng)有許多，但是最適合中藥鑒定的是國際照明委員會（CIE）的L*a*b*色度空間，它是基于人類色感的三度色彩空間[9]，L*代表亮度，a*代表紅-綠色軸，b*代表藍(lán)-黃色軸。其具有如下3個(gè)主要特性[10]：1）從彩色信息中分離非彩色信息。2）均衡的色彩空間。3）與人類視覺相似性強(qiáng)。由于現(xiàn)在對于中藥顏色與中藥品種、質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系完全依賴于文獻(xiàn)記載和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)中的目視顏色描述，因此采用CIE L*a*b*更適合客觀定義實(shí)際工作中對中藥顏色的描述。提取出的圖像由許多具有不同RGB顏色值的像素點(diǎn)組成，首先將這些顏色值轉(zhuǎn)換成Lab色彩空間的值。

3 顏色權(quán)重的界定

由于每次采集到的像素點(diǎn)總數(shù)不同，為了便于數(shù)據(jù)的對比利用，將具有相同顏色值的像素在總像素中的百分比（w）作為該顏色在總體顏色中的權(quán)重。得到以（L，a，b，w）為元素的數(shù)據(jù)集合，此集合就視為中藥顏色的客觀化表達(dá)。流程見圖1。

4 應(yīng)用方法

圖1 實(shí)現(xiàn)中藥顏色客觀化表達(dá)的方法流程Fig.1 Implements color objective expression of traditional Chinese medicine method process

中藥顏色客觀化表達(dá)的數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在中藥顏色的比較中。不論是通過顏色控制的炮制火候，還是通過顏色進(jìn)行的中藥鑒定、陳新判別、等級判別等，實(shí)際上都是在對采樣中藥顏色與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)顏色進(jìn)行色差比較。在進(jìn)行顏色對比時(shí)，將采樣數(shù)據(jù)集合與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集合中（L,a,b）相同的元素，進(jìn)行（L*w，a*w，b*w）轉(zhuǎn)換后，帶入色差計(jì)算公式

兩集合對稱差中的元素都與（0，0，0）作色差計(jì)算。再對得到的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，就可以按照色差判別標(biāo)準(zhǔn)得出色差判別的參考數(shù)值。判別結(jié)果的精度，可以通過調(diào)整的寬容度實(shí)現(xiàn)。

色差判別的一般標(biāo)準(zhǔn)為[11]：ΔE＜1.5，表明兩種顏色差別輕微，人眼感覺不到；ΔE>3.0，表明兩種顏色有明顯的差異；ΔE>12.0表明兩種顏色截然不同。

以上是對中藥顏色客觀化數(shù)據(jù)的一般應(yīng)用，對于以上述方法采集到的中藥顏色數(shù)據(jù)集，可以從不同應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行各種有針對性的顏色應(yīng)用。比如直接使用（L，a，b，w）進(jìn)行特征顏色的查找、僅使用（L）進(jìn)行藥品陳新判別等。隨著中藥顏色客觀化表達(dá)數(shù)據(jù)集的完善，對顏色的各種對比方法和應(yīng)用也將豐富起來，這些對比方法的運(yùn)用將為中藥鑒別的自動(dòng)化解決顏色方面的技術(shù)問題。

5 應(yīng)用實(shí)例

5.1 比較生黃芪和黃芩的顏色 生黃芪切片顏色的文字描述為黃白色，黃芩切片顏色的文字描述為黃棕色[12]或黃綠色。分別取質(zhì)量合格的生黃芪和黃芩飲片，按照上述方法分別采集顏色數(shù)據(jù)，形成各自的客觀化數(shù)據(jù)集。對數(shù)據(jù)集的比較結(jié)果為：顏色相似度28.7%，色差22.4＞12.0。結(jié)果說明雖然在顏色的文字描述中生黃芪和黃芩都有黃色的成分，但是它們是截然不同的顏色。

5.2 判別金銀花含水量是否合格 金銀花是市場中摻偽、染色、制假等比較多發(fā)的品種[13]。采用上述方法，采集水分含量不合格的金銀花飲片（含水量15.94%）的顏色數(shù)據(jù),與含水量合格的同產(chǎn)地金銀花飲片（含水量11.56%）的顏色數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，結(jié)果為：顏色相似度為59.5%，色差28.7＞12.0。說明由于水分含量不同導(dǎo)致的中藥顏色的改變從顏色的客觀化數(shù)據(jù)集中可以明顯的區(qū)分。

6 討論

中藥鑒別既包括藥品的真?zhèn)舞b別，也包括藥品質(zhì)量的優(yōu)劣鑒別。雖然隨著科技的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的繁榮，很多分析儀器的使用已經(jīng)很普遍，它們能夠?qū)挝吨兴幩瘜W(xué)成分進(jìn)行分析[14]，也能對中藥復(fù)方制劑中所含的不同藥味進(jìn)行檢測[15]。但是，中藥的性狀鑒別仍然是最簡單、最快速、最廣泛的鑒別手段[16]，其中顏色的鑒別又是最直接的一環(huán)，對其進(jìn)行客觀化描述有利于標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，傳承的一致和自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。

與西藥不同，對中藥的顏色表達(dá)實(shí)際上是一個(gè)相近的顏色范圍，而不是唯一的顏色值，色彩采樣環(huán)境的些微不穩(wěn)定所造成中藥顏色光譜反射特性的變化，人的知覺能力，可以通過提取、補(bǔ)償、校正來調(diào)整對變化不大的顏色保持讀取穩(wěn)定性，這就是所謂的顏色恒常性[17]，所以并不能也不需要象西藥那樣通過嚴(yán)格意義上的顏色物理數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色判定。這就使得可以運(yùn)用相對簡單易得的設(shè)備和靈活搭建的環(huán)境取得中藥顏色數(shù)據(jù)，只要保證每次設(shè)備和環(huán)境相同即可。

對于同一種中藥，不論是原藥材還是飲片，在不同時(shí)期、環(huán)境、存儲方法等諸多因素影響下，呈現(xiàn)出不盡相同的顏色變化，不同單位之間所用標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。若要從一開始就建立一個(gè)通用的中藥顏色標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，目前看來是不現(xiàn)實(shí)的。故此，認(rèn)為各使用單位按照自己的特定需要、條件和要求，統(tǒng)一運(yùn)用上述方法建立自己的中藥顏色數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際應(yīng)用中更為可行。真正的國家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)在海量的各地?cái)?shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，作統(tǒng)一的科學(xué)規(guī)劃后再行建立。

由于目前圖像采集和圖像還原設(shè)備的局限[18]，中藥圖像采集過程中，在中藥質(zhì)控人員的參與下對圖像色彩的微調(diào)是必不可少的一環(huán)。隨著今后對中藥顏色與質(zhì)量關(guān)系研究的不斷深入，和中藥測色技術(shù)的不斷進(jìn)步，這一環(huán)節(jié)將逐步取消，屆時(shí)所得的顏色數(shù)據(jù)將更加客觀。

中藥顏色的客觀化表達(dá)是自動(dòng)化判別中藥顏色的基礎(chǔ)，顏色的自動(dòng)化判別又是中藥性狀鑒別自動(dòng)化和炮制火候控制自動(dòng)化的重要組成部分，因此本方法的建立可以很大程度上提高目前中藥顏色使用領(lǐng)域的效率和準(zhǔn)確度，并為今后中藥鑒別自動(dòng)化的研究提供了重要的一環(huán)技術(shù)保證。

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Discussion on fulfilling objective expression of color in Chinese medicine

MENG Qing-an，LIU En-shun
（The Second Affiliated Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300150,China）

Color,as an important attribute in identifying Chinese medicine,is a basic method for rapid screening of varieties and quality in Chinese medicine.It has a strong practical value.But for the Chinese medicine the color expression is always vague and is difficult to form a unified cognition for the same kind of Chinese medicine color.Also,the objective expression of the color in Chinese medicine has no progress,because of the complexity of texture in Chinese medicine itself and the various existed progressing methods.So this important characteristic of the color in Chinese medicine did not fully play its due role in the practical application.From a practical point of view, with the help of image scanning,background removed,edge extraction and some other modern digital acquisition and analysis technology, this article has conducted a preliminary study on the acquisition and application of color in Chinese medicine,strive to relatively objective,accurately describing the color of Chinese medicine and make that it can be measured and compared,making this important feature of Chinese medicine which can play its practical role greater.

Chinese medicine;color;collection;evaluation;application

R285.1

A

1672-1519（2014）11-0696-04

2014-06-09）

（本文編輯：張震之，馬曉輝）

10.11656/j.issn.1672-1519.2014.11.16

天津市中醫(yī)藥管理局中醫(yī)、中西醫(yī)結(jié)合科研課題項(xiàng)目（13089）。

孟慶安（1976-），男，碩士，主管藥師，研究方向?yàn)橹兴帉W(xué)。