实现中药颜色客观化表达的研究思路探讨*

孟庆安，刘恩顺

（天津中医药大学第二附属医院，天津 300150）

实现中药颜色客观化表达的研究思路探讨*

孟庆安，刘恩顺

（天津中医药大学第二附属医院，天津 300150）

颜色作为中药一个重要的鉴别属性，是对中药的品种、质量优劣进行快速初筛的基础手段，具有很强的实用价值。但中药的颜色历来表述模糊，难以形成对同一种中药颜色的统一认知，对于中药颜色的客观化表达又由于中药本身纹路的复杂性和各种炮制方法造成的改变的复杂性而迟迟没有进展，因此中药颜色这一重要特征在实际应用中并没有完全发挥其应有的作用。从实际应用的角度，借助图像扫描、背景剔除、边缘提取等现代数码采集和分析技术，对中药颜色的采集和应用方法进行了初步探讨，力求对中药颜色的描述相对客观、准确，且可测量、可比较，使这一中药重要特征发挥更大的实际作用。

中药；颜色；采集；评价；应用

随着现代科学技术以及仪器制造的高速发展，中药的粉末鉴别、理化鉴别、显微鉴别以及有效成分测定都有了长足发展[1]，但是在饮片炮制、市场采购、医院药房等中药产购销一线，中药的性状鉴别仍然占有不可替代的地位。饮片的性状鉴别主要包括对形状、质地、颜色的探查。研究表明，人们观察物体时，视觉神经对色彩反映最快，其次是形状，最后才是表面的质感和细节[2]。颜色信息对物体的辨认具有重要的意义，准确辨识颜色会提高分类和识别速度，相反则会阻碍图形的分类与识别。因此在中药鉴别时，首先会对中药的颜色进行归类判别，以确定一个大致的范围。在饮片炮制过程中，颜色更是必不可少的一个指标。然而相关实验表明，形状、质地、颜色三者的记忆难度由难到易依次为颜色＞质地＞形状[3]，所以准确判别中药的颜色是中药性状鉴别和炮制标准中举足轻重却又相对困难的一环。

由于受到相关科学技术水平的限制，一直以来对中药颜色的描述都停留在运用颜色词描述上[4]，如：棕红色、黄棕色、焦黄色等。现在科学研究表明颜色是一个物理光谱的连续体，而颜色词是高度离散的，颜色词只在中心区域（心理定位的区域）才是界限分明的，在边缘部分则是界线模糊的，所以中药文献中大量描述颜色的词也是模糊词。每个人对颜色的认知有着各不相同的“视觉显著的环境原型”、“颜色认知的文化原型”，因此对除焦点颜色之外的颜色的概念并非来自于光的物理属性的推断，是受到非直接感知——认知因素的影响[5]。将模糊的颜色词与各不相同的颜色概念结合运用进行中药鉴别和炮制工艺控制，就是中药在一线鉴别和加工时造成极大困扰因素之一。长期以来一直靠文献记载与老药工传承的经验对照来解决这个问题[6]，很大程度上只能靠操作者的感观和经验来掌控，在中药的传承、教学、研究、生产及执法中都带来极大的“困惑”。因此，将各种中药颜色差异量化，制定出科学的颜色数据范围，在标准或规范中固定下来是非常必要的，也是对中药质量控制的有力保护。陈楚明等[7]对中药饮片颜色的客观化表达进行了分析归纳和比较，认为中药颜色进行客观化描述是可行的，但仅提出了思路，没有给出具体实用的颜色量化方法。现根据实际应用中对中药颜色的需求，探讨实现中药颜色量化的方法和应用思路。

1 颜色采集

取得中药的颜色，即对中药进行色彩采样，然后通过一定的规则进行度量，即对中药进行色彩测量。目前市场上的色彩测量装置有3种，色密度计、色度计和分光光度计[8]。它们都具有光源标准、反馈精密、角度恒定的特点，不受时间、地点、人物、空间的限制，细微的色差也可以用数字表达出来，但它们都是对相对单一的色彩进行测量，且测量窗口狭小，对被测表面要求高，价格昂贵。中药的体积、形态、表面凹凸状态极不相同，且常有对比明显的不同颜色共存一个平面的现象，所以目前市售的色彩测量装置从设计上都很难对中药进行测量。

笔者认为，可以在采集及校准环境相对统一的条件下（即在同一单位内，使用同一套设备和同一处处所，遵循同一个数据处理标准），使用彩色扫描仪、数码相机等设备对中药进行图像采集，再针对图像进行色彩采集。

取得中药图像后，第一步，在中药质控人员的参与下对图像的色彩进行校正微调。第二步，运用计算机图像增强技术突出所需要的部分，利用图像的边缘提取技术去除背景的干扰。第三步，对于由中药本身组织结构不同，而形成的在同一表面存在差异或大或小的不同颜色的情况，分两条路线处理：1）如果差异明显，利用图像的边缘提取和图像分割技术，将不同色块分离开来分别做数据提取，形成由若干部分组成的数据集联合，使用时一部分一部分的运用，比如槟榔断面、鸡血藤断面、表皮与维管束等。2）如果仅是斑驳尘杂，就以整体做数据提取。这样就可以得到所需要的中药颜色数据。流程见图1。

2 数据转换

取得中药颜色的原始样本数据后，要对其进行处理，以得到便于使用的数据。目前对颜色的客观性定义系统有许多，但是最适合中药鉴定的是国际照明委员会（CIE）的L*a*b*色度空间，它是基于人类色感的三度色彩空间[9]，L*代表亮度，a*代表红-绿色轴，b*代表蓝-黄色轴。其具有如下3个主要特性[10]：1）从彩色信息中分离非彩色信息。2）均衡的色彩空间。3）与人类视觉相似性强。由于现在对于中药颜色与中药品种、质量的对应关系完全依赖于文献记载和传统经验中的目视颜色描述，因此采用CIE L*a*b*更适合客观定义实际工作中对中药颜色的描述。提取出的图像由许多具有不同RGB颜色值的像素点组成，首先将这些颜色值转换成Lab色彩空间的值。

3 颜色权重的界定

由于每次采集到的像素点总数不同，为了便于数据的对比利用，将具有相同颜色值的像素在总像素中的百分比（w）作为该颜色在总体颜色中的权重。得到以（L，a，b，w）为元素的数据集合，此集合就视为中药颜色的客观化表达。流程见图1。

4 应用方法

图1 实现中药颜色客观化表达的方法流程Fig.1 Implements color objective expression of traditional Chinese medicine method process

中药颜色客观化表达的数据主要应用在中药颜色的比较中。不论是通过颜色控制的炮制火候，还是通过颜色进行的中药鉴定、陈新判别、等级判别等，实际上都是在对采样中药颜色与数据库中的标准颜色进行色差比较。在进行颜色对比时，将采样数据集合与标准数据集合中（L,a,b）相同的元素，进行（L*w，a*w，b*w）转换后，带入色差计算公式

两集合对称差中的元素都与（0，0，0）作色差计算。再对得到的一系列数据进行数理统计，就可以按照色差判别标准得出色差判别的参考数值。判别结果的精度，可以通过调整的宽容度实现。

色差判别的一般标准为[11]：ΔE＜1.5，表明两种颜色差别轻微，人眼感觉不到；ΔE>3.0，表明两种颜色有明显的差异；ΔE>12.0表明两种颜色截然不同。

以上是对中药颜色客观化数据的一般应用，对于以上述方法采集到的中药颜色数据集，可以从不同应用出发，进行各种有针对性的颜色应用。比如直接使用（L，a，b，w）进行特征颜色的查找、仅使用（L）进行药品陈新判别等。随着中药颜色客观化表达数据集的完善，对颜色的各种对比方法和应用也将丰富起来，这些对比方法的运用将为中药鉴别的自动化解决颜色方面的技术问题。

5 应用实例

5.1 比较生黄芪和黄芩的颜色 生黄芪切片颜色的文字描述为黄白色，黄芩切片颜色的文字描述为黄棕色[12]或黄绿色。分别取质量合格的生黄芪和黄芩饮片，按照上述方法分别采集颜色数据，形成各自的客观化数据集。对数据集的比较结果为：颜色相似度28.7%，色差22.4＞12.0。结果说明虽然在颜色的文字描述中生黄芪和黄芩都有黄色的成分，但是它们是截然不同的颜色。

5.2 判别金银花含水量是否合格 金银花是市场中掺伪、染色、制假等比较多发的品种[13]。采用上述方法，采集水分含量不合格的金银花饮片（含水量15.94%）的颜色数据,与含水量合格的同产地金银花饮片（含水量11.56%）的颜色数据集进行比较，结果为：颜色相似度为59.5%，色差28.7＞12.0。说明由于水分含量不同导致的中药颜色的改变从颜色的客观化数据集中可以明显的区分。

6 讨论

中药鉴别既包括药品的真伪鉴别，也包括药品质量的优劣鉴别。虽然随着科技的发展和社会经济的繁荣，很多分析仪器的使用已经很普遍，它们能够对单味中药所含化学成分进行分析[14]，也能对中药复方制剂中所含的不同药味进行检测[15]。但是，中药的性状鉴别仍然是最简单、最快速、最广泛的鉴别手段[16]，其中颜色的鉴别又是最直接的一环，对其进行客观化描述有利于标准的统一，传承的一致和自动化的实现。

与西药不同，对中药的颜色表达实际上是一个相近的颜色范围，而不是唯一的颜色值，色彩采样环境的些微不稳定所造成中药颜色光谱反射特性的变化，人的知觉能力，可以通过提取、补偿、校正来调整对变化不大的颜色保持读取稳定性，这就是所谓的颜色恒常性[17]，所以并不能也不需要象西药那样通过严格意义上的颜色物理数据进行颜色判定。这就使得可以运用相对简单易得的设备和灵活搭建的环境取得中药颜色数据，只要保证每次设备和环境相同即可。

对于同一种中药，不论是原药材还是饮片，在不同时期、环境、存储方法等诸多因素影响下，呈现出不尽相同的颜色变化，不同单位之间所用标准也不尽相同。若要从一开始就建立一个通用的中药颜色标准数据库，目前看来是不现实的。故此，认为各使用单位按照自己的特定需要、条件和要求，统一运用上述方法建立自己的中药颜色数据库，在实际应用中更为可行。真正的国家标准，应在海量的各地数据库基础上，作统一的科学规划后再行建立。

由于目前图像采集和图像还原设备的局限[18]，中药图像采集过程中，在中药质控人员的参与下对图像色彩的微调是必不可少的一环。随着今后对中药颜色与质量关系研究的不断深入，和中药测色技术的不断进步，这一环节将逐步取消，届时所得的颜色数据将更加客观。

中药颜色的客观化表达是自动化判别中药颜色的基础，颜色的自动化判别又是中药性状鉴别自动化和炮制火候控制自动化的重要组成部分，因此本方法的建立可以很大程度上提高目前中药颜色使用领域的效率和准确度，并为今后中药鉴别自动化的研究提供了重要的一环技术保证。

[1]张汉明,许铁峰,秦路平,等.中药鉴别研究的发展和现代鉴别技术介绍[J].中成药,2000,22（1）：103-112.

[2]吕新广，黄灵阁，曹国华.包装色彩学[M].北京：印刷工业出版社有限公司，2001.

[3]丁锦红，林仲贤.图形颜色、形状及质地表征特性的研究[J].心理学报,2000,32(3)：253-257.

[4]何 洋.汉语颜色词的语用研究[D].长春：长春理工大学,2014.

[5] 刘皓明,张积家,刘丽虹.颜色词与颜色认知的关系[J].心理科学进展,2005,13(1)：30-34.

[6]张慧慧.中药饮片加工炮制有关颜色检测新方法及初步应用研究[D].成都：成都中医药大学,2009.

[7]陈楚明，吴纯洁，孙灵根，等．中药饮片有关颜色描述客观化表达的构建思路[J]．世界科学技术—中医药现代化，2007,9（4）：22-25.

[8]严茂伟.半夏干燥过程褐变机制及抑制条件研究[D].成都：成都中医药大学,2010.

[9]王 海,严铸云,沈昱翔,等.丹参药材的颜色特征与有效成分的相关性研究[J].中药新药与临床药理,2014,19（3）:333-338.

[10]赵于前，陈真诚，李凌云,等.基于对比度信息的彩色图像分割[J].计算机工程与应用,2005，41(34)：19-20.

[11]樊 艳,梁 嵘,王召平,等.数字舌图的色彩校正方法研究[J].世界科学技术-中医药现代化,2005,7(4)：34-37.

[12]李东霞,高 明,孟庆刚,等.野生与栽培黄芩的比较研究[J].天津中医药,2007,24(8):332-335.

[13]张春艳,李国辉,李庆和,等.市场上常见伪劣饮片品种的归类分析[J].天津中医药,2013,30(6):365-368.

[14]郑蓓蓓，窦志英.UV法测定川楝子不同炮制品中总萜和东莨菪内酯的含量[J].天津中医药大学学报,2012,31（3）:160-162.

[15]王 健，李 锦，孙 瑜，等.GC-MS鉴别清热抗感颗粒中青蒿、荆芥穗和薄荷[J].天津中医药大学学报，2007,26（4）：210-212.

[16]陈科力,黄林芳,刘义梅.中药鉴定方法学发展历程[J].中国中药杂志,2014,39（7）：1203-1208.

[17]焦书兰，纪桂萍，何海东.人类视觉系统获取颜色恒常性的认知操作特性[J].心理学报,1997,29(2):113-120.

[18]王忆勤,李福凤,燕海霞,等.中医四诊信息数字化研究现状评述[C]//上海中医药大学、中国生物医学工程学会中医药工程分会.第三届国际中医药工程学术会议论文集.上海：上海中医药大学、中国生物医学工程学会中医药工程学会，2006:5.

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）

（本文编辑：张震之，马晓辉）

10.11656/j.issn.1672-1519.2014.11.16

天津市中医药管理局中医、中西医结合科研课题项目（13089）。

孟庆安（1976-），男，硕士，主管药师，研究方向为中药学。