使用計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施鑒定茶葉品質(zhì)的應(yīng)用思路分析

崔麗梅，龍　勇（.曲靖師范學(xué)院；.云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 65500）

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使用計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施鑒定茶葉品質(zhì)的應(yīng)用思路分析

崔麗梅1，龍勇2
（1.曲靖師范學(xué)院；2.云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655001）

摘要：本文將在使用計(jì)算機(jī)技術(shù)與設(shè)施，采用L處理方法、計(jì)算機(jī)量化、圖像處理等方式來(lái)進(jìn)行對(duì)茶鮮葉的色堅(jiān)定，與研究茶葉在加工過(guò)程中色澤的變化，茶鮮葉色澤及其嫩度，讀取茶色澤參數(shù)進(jìn)行茶葉識(shí)別等方面針對(duì)茶葉的品種，加工，品質(zhì)等方面的應(yīng)用進(jìn)行思路分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)；設(shè)施；茶葉品質(zhì)；應(yīng)用思路分析

崔麗梅（1980-），女，云南宣威人，研究生學(xué)歷，講師，研究方向：科學(xué)管理與工程。

龍勇（1977-），男，云南宣威人，碩士研究生，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件工程及電子技術(shù)。

近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的手段及方法也日趨多樣化，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，發(fā)表學(xué)術(shù)論文已經(jīng)不再是個(gè)新奇的事件。近些年來(lái)，學(xué)者將學(xué)術(shù)研究與計(jì)算機(jī)技術(shù)很好的結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步推動(dòng)了各方面科技的發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)茶葉的鑒定與品質(zhì)研究，起到了十分關(guān)鍵的作用。

1　計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)

首先，使用數(shù)碼相機(jī)或相應(yīng)設(shè)備獲取所需要的茶葉圖像，隨后對(duì)圖像進(jìn)行合適的預(yù)處理，先對(duì)圖像采用增強(qiáng)，隨后提取出我們所需要的圖像、形狀特征。最后經(jīng)過(guò)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類(lèi)匯總，這樣才基本可以結(jié)束對(duì)茶葉品質(zhì)的鑒定。

茶葉品質(zhì)好與壞的取決條件，其中之一就是茶葉形狀的參數(shù)。它同時(shí)也是用來(lái)鑒別茶葉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。有的茶葉的形狀比較緊結(jié)，而有的茶葉相對(duì)比較松散。顏色是另一個(gè)對(duì)產(chǎn)業(yè)品質(zhì)有重大影響的因素。通常通過(guò)對(duì)炒干后茶葉的顏色、葉面底部的顏色和茶湯的顏色這三個(gè)元素的評(píng)判作為判斷茶葉顏色相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

利用數(shù)碼相機(jī)獲得干茶和茶湯是茶葉圖像采集系統(tǒng)工具的大致工作模式。在干茶圖像的獲取過(guò)程中，需要將茶葉鋪開(kāi)平放在用來(lái)照相的托盤(pán)上，并且不能使茶葉有重疊部分。獲取茶湯圖像的使用方法如下：精確地稱(chēng)取3g茶葉樣本，以1：50的比例用沸水進(jìn)行茶水的泡制，靜候5分鐘后將茶湯倒入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的綠茶專(zhuān)用審評(píng)碗中，并立即進(jìn)行拍照。獲取圖像后，首先我們需要進(jìn)行圖像去噪。噪聲源會(huì)對(duì)圖像信息在采集過(guò)程造成一定程度上的干擾，比如電信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中圖像采集設(shè)備的靈敏度的不均勻，量化噪聲在數(shù)字轉(zhuǎn)化過(guò)程中以及傳輸過(guò)程中對(duì)信道造成的誤差等。這些干擾會(huì)在以后的分割圖像，檢測(cè)圖像的邊緣，對(duì)于圖像進(jìn)行分析和判斷等方面產(chǎn)生不良的影響。當(dāng)前，通常用平滑法和中值濾波法來(lái)處理圖像的噪聲問(wèn)題。一般情況下中值濾波定義為：

Yi，j=MedianXi，j=Median［Xi+m，j+n；（m.n）∈W］

第二步則需要進(jìn)行圖像增強(qiáng)。當(dāng)前主要有兩類(lèi)增強(qiáng)技術(shù)：其一：對(duì)所需的空間域的圖像及顏色進(jìn)行增強(qiáng)。常用的方法有混合圖像的直方圖，增強(qiáng)圖像的灰度，對(duì)圖像進(jìn)一步銳化等一系列方法；2對(duì)頻率域進(jìn)行增強(qiáng)的技術(shù)，頻域去噪的代表方法有數(shù)字濾波器，同態(tài)濾波，小波分析等。利用直方圖或者利用小波分析的時(shí)頻提取其局部化特征的技術(shù)是當(dāng)前較為常用的技術(shù)手段。

對(duì)干茶顏色進(jìn)行參數(shù)提取，則是第三步。我們知道，對(duì)于同一種類(lèi)不同等級(jí)的茶葉，沖泡出來(lái)的茶湯的顏色差異會(huì)比較小，可以采用通過(guò)茶葉顏色的R，G，B三分量表示出來(lái)的方法。事先，通過(guò)數(shù)碼相機(jī)獲取到相應(yīng)的茶葉圖像。但是根據(jù)近些年來(lái)的一些研究表明，R，G，B分量及后續(xù)處理的方法在識(shí)別茶葉的過(guò)程中，只能識(shí)別一般的茶葉中的黃片，如果想要區(qū)分茶葉種類(lèi)和品質(zhì)，這往往是件很難的事。因此，我們通常不采用RGB作為對(duì)圖像參數(shù)進(jìn)行直接識(shí)別的方法。而采用選擇用HSI來(lái)進(jìn)行對(duì)顏色特征參數(shù)選擇的表達(dá)。此外，HSI有利于研究中心更好地對(duì)對(duì)茶葉的不同色度，飽和度等方面進(jìn)行分析和研究。并且在處理的相關(guān)方面，HSI技術(shù)還能夠明顯提高處理的速度，使研究能夠提供更適宜茶葉的環(huán)境來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

另外，茶葉的形狀也是茶葉品質(zhì)檢測(cè)的一個(gè)重要依據(jù)，通過(guò)對(duì)用相機(jī)獲得的茶葉的圖像進(jìn)行去噪以及增強(qiáng)效果等一系列技術(shù)手段后，如果想要獲得更好的圖像的形狀參數(shù)，則要對(duì)圖像進(jìn)行二值化操作，即使圖像中通過(guò)技術(shù)手段改成只有黑白兩種顏色。從而從白色背景中提取出黑色輪廓，從而從中獲得我們想要的茶葉形狀特征值。

茶湯就是將沖泡的茶葉濾除渣滓后的湯水，即生活中我們常說(shuō)的茶水。取一定量的茶水于燒杯中，置于托盤(pán)上，放于照明室中。得到符合要求的茶湯的相關(guān)圖像（使用數(shù)碼相機(jī)）該研究中我們?nèi)耘f使用HSI顏色系統(tǒng)來(lái)表示茶湯的一系列特性。

2　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠達(dá)到所需要的誤差范圍內(nèi)運(yùn)用相關(guān)算法完成的目標(biāo)的關(guān)聯(lián)的多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。BP模型通常只包含數(shù)據(jù)流的兩個(gè)過(guò)程，即正向和反向的傳播過(guò)程。正向傳播的傳播方向是：從輸入相關(guān)內(nèi)容層到隱含相關(guān)內(nèi)容層再到輸出相關(guān)內(nèi)容層，此處要注意：每個(gè)下層神經(jīng)元都僅僅能夠被上一層神經(jīng)元影響到。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)際輸出的值和我們所期望的輸出的值中間的誤差太大，則該BP系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)入反向傳播相應(yīng)信息的過(guò)程，即沿著原來(lái)的鏈接通路原路返回，通過(guò)反復(fù)的正向傳播和反向傳播來(lái)修改隔層神經(jīng)元的權(quán)值，對(duì)輸入層的傳播的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行一級(jí)級(jí)地計(jì)算，然后通過(guò)再次的正向傳播和反向傳播，這樣一來(lái)，這兩個(gè)過(guò)程的反復(fù)進(jìn)行會(huì)達(dá)到使誤差值最小的效果。當(dāng)誤差能夠降低到我們所希望范圍內(nèi)，系統(tǒng)才會(huì)自動(dòng)把網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過(guò)程結(jié)束。

在茶葉品質(zhì)的研究中，我們可以將干茶的形狀特征，顏色特征，以及茶湯的顏色特征值的總和作為輸入層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)。把我們?yōu)橄胍玫降慕Y(jié)果設(shè)置的層級(jí)數(shù)，設(shè)置為輸出相關(guān)信息層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)。先設(shè)定好所需要的誤差精度，在誤差精度范圍內(nèi)根據(jù)每一次運(yùn)行的結(jié)果來(lái)確定隱含的層節(jié)點(diǎn)數(shù)。把取出的隱含相關(guān)信息的層節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)置為輸入相關(guān)信息的神經(jīng)元個(gè)數(shù)和輸出相關(guān)信息的神經(jīng)元個(gè)數(shù)的平均值，然后通過(guò)反反復(fù)復(fù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)該值進(jìn)行微調(diào)，確定需要的最佳的隱含相關(guān)信息層所含的相關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)。

3　L處理法

首先，該方法需要使用的儀器及軟件有：安裝有PHOTOSHOP CS軟件的電腦一臺(tái)，BenQ明基電腦一臺(tái)，日本Minolta chroma meterCR--300型彩色差計(jì)。

具體的方法與步驟簡(jiǎn)述如下：第一步，在掃描儀的平板玻璃上均勻?yàn)⑸舷胍獧z測(cè)的茶葉樣本，鋪灑的厚度不要露出茶葉間的間隙，此處，我們采用系統(tǒng)默認(rèn)值，并將該值在相應(yīng)的Photoshop軟件中輸入。第二步，進(jìn)行茶樣參數(shù)讀取。首先，把想選擇的相關(guān)圖區(qū)選定，然后挨個(gè)讀取每一像素點(diǎn)的色澤參數(shù)——L，a，b值，這些信息可從信息窗口中獲得，隨后計(jì)算出它們?nèi)齻€(gè)的平均值。然后對(duì)相應(yīng)圖片選區(qū)使用“模糊”濾鏡中的“平均”選項(xiàng)，使選取中的所有顏色的L，A，B的值盡可能相近，并把已經(jīng)進(jìn)行平均化處理后的L，A，B的數(shù)值從信息窗口的相關(guān)界面中讀出來(lái)，然后，經(jīng)過(guò)這一系列步驟求出的值就是最終要求出的數(shù)值，該方法就是所稱(chēng)的L——處理法。需要注意的是，掃描儀質(zhì)量的不同，四周存在的噪音造成的干擾，甚至包括放置儀器的平臺(tái)的輕微的震動(dòng)都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)稅局的穩(wěn)定性造成很大的影響。當(dāng)然，我們依舊可以通過(guò)適當(dāng)?shù)娜说男袨榈母深A(yù)對(duì)這些情況予以很好的解決。從而提高整茶掃描的結(jié)果的精確性，穩(wěn)定性，科學(xué)性，進(jìn)而提高L——處理法的依靠性。

4　計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究

通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的相關(guān)手段把茶葉的不同色澤指標(biāo)的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)方面的變量，從而很好的研究茶葉在加工過(guò)程中色澤的細(xì)微變化，進(jìn)而有利于對(duì)成茶的品種和等級(jí)進(jìn)行更適宜的等級(jí)分類(lèi)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)的生物模擬軟件或者宏觀的視覺(jué)功能的技術(shù)，它的基礎(chǔ)是視覺(jué)計(jì)算和相關(guān)的框架解構(gòu)。該技術(shù)需要的基本器材有索尼T——20數(shù)碼相機(jī)，TES——1334照度計(jì)，東芝T筆記本電腦以及自編的RGB統(tǒng)計(jì)軟件等等。

首先，需要利用攝像機(jī)將需要進(jìn)行識(shí)別、描述的對(duì)象以圖像形式記錄。圖像的底層特征要利用特征檢測(cè)提取出來(lái)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)提取出的圖像特征進(jìn)行預(yù)處理，以及其他的一系列手段對(duì)這些信息進(jìn)行識(shí)別和分析。眾所周知，依據(jù)RGB顏色而建立出來(lái)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)的色澤識(shí)別系統(tǒng)。通過(guò)疊加RGB各個(gè)通道之間的顏色變換就可以得到不同的顏色，這些顏色要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于人類(lèi)所能夠到的顏色區(qū)域與范圍。然而，HIS系統(tǒng)與人眼感覺(jué)顏色的原理相似。

在茶葉的加工處理過(guò)程中，主要是其中求各種化學(xué)物質(zhì)之間的氧化還原作反應(yīng)，特別是多酚類(lèi)物質(zhì)的直接氧化作用和葉綠素在響應(yīng)情況下發(fā)生的特定的變化。通過(guò)氧化反應(yīng)，多酚類(lèi)化合物會(huì)變成相應(yīng)的紅褐色的產(chǎn)物，茶葉呈現(xiàn)棕褐色是由脫鎂葉綠素的作用造成的。游離葉綠素的性質(zhì)很不穩(wěn)定，在光熱的作用下極易發(fā)生光敏氧化，進(jìn)而生成相應(yīng)的小分子物質(zhì)，這些都會(huì)在制茶過(guò)程中反應(yīng)出色變。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)于定量，定性，更具統(tǒng)計(jì)性，更客觀的描述茶葉在制茶過(guò)程中的色澤變化有著不可估量的作用。

5　結(jié)語(yǔ)

在如今的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，我們需要依據(jù)茶葉特征、品質(zhì)良莠來(lái)進(jìn)行在等級(jí)上的劃分，滿(mǎn)足不同消費(fèi)者的需求，從而帶來(lái)更高的茶葉經(jīng)濟(jì)效益。人的主觀感覺(jué)雖然可以用來(lái)判斷茶葉的品質(zhì)，但是人在進(jìn)行判定時(shí)所用到的感覺(jué)器官，較大程度上會(huì)受到外界因素的強(qiáng)烈干擾。例如：每個(gè)人的味覺(jué)不同，對(duì)茶葉甘苦的判定就不一；嗅覺(jué)靈敏度也不是完全一致的。每個(gè)人的評(píng)審經(jīng)驗(yàn)，評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)也是不盡相同的。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將為茶葉品質(zhì)的鑒定開(kāi)拓出一片嶄新的天地。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：曲靖師范學(xué)院校級(jí)青年項(xiàng)目課題編號(hào)：2013QN030；云南能源學(xué)院就業(yè)工作管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，課題編號(hào)：2013Y557

作者簡(jiǎn)介：