計算機圖像處理技術在茶葉感官品質檢測中的應用研究

齊會娟，李德雄（石家莊鐵路職業(yè)技術學院信息工程系，河北石家莊050061）

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計算機圖像處理技術在茶葉感官品質檢測中的應用研究

齊會娟，李德雄
（石家莊鐵路職業(yè)技術學院信息工程系，河北石家莊050061）

摘要：本文主要是以計算機圖像處理技術為核心，以圖像處理系統(tǒng)為基礎，對茶葉感官品質檢測的應用進行研究。首先詳細介紹了計算機圖像處理技術，然后詳解了茶葉的感官品質的內容，最后以圖像處理系統(tǒng)為基礎，分析了茶葉感官品質如何使用圖像處理技術來實現品質檢測和質量鑒定的過程。

關鍵詞：圖像處理；茶葉感官品質；圖像采集；圖像分類

1 概述

隨著國家經濟水平的不斷提升，人們對于物質生活的追求越來越高，尤其是對于健康的生活方式和生活習慣越來越看重，人們迫切希望在日常生活中能夠享受更高品質的生活。茶葉作為一種日常保健型飲品，已經成為當前人們日常生活一種必需品。喝茶不僅是一種健康的生活方式，也成了一種享受高品質生活的日常行為。茶葉的好壞則是享受健康生活和高品質生活的關鍵。對于茶葉而言，茶葉品質的優(yōu)劣主要從茶葉的外形、顏色、味道等直接感官品質來鑒定，這也是當前國內外評判茶葉品質優(yōu)劣與質量等級的主要方法。然而，這種茶葉鑒定的方式傳統(tǒng)上都是人為操作得到，即通過茶葉鑒定師的直觀觀察，通過茶葉的外形、香味、形狀、顏色等諸多方面的感官品質，來對茶葉進行質量評定。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，圖像鑒定技術得到廣泛的應用，通過圖像鑒定技術以及計算機處理技術，能夠快速自動地將圖像中的內容進行識別，從而進行相關的處理。對茶葉感官品質的檢測，能否同樣適用計算機的圖像處理技術來進行茶葉品質的質量鑒定呢？如果能夠研究成功，將對茶葉鑒定工作的質量和效率提升，都是非常有幫助的。

2 計算機圖像處理技術

圖像處理技術是計算機圖像處理系統(tǒng)的核心技術，是在一定的硬件設備支持下，通過軟件算法的處理過程來得到最終的結果。隨著行業(yè)的基本需求，圖像處理技術的應用向圖像識別的方向發(fā)展，即在圖像優(yōu)化的基礎上，對圖像內的特征進行提取識別，從而判斷出圖像內部展示的內容信息。如圖1所示，為圖像處理技術的圖像識別的基本流程。

圖1 圖像處理技術的圖像識別過程

由圖1可知，圖像處理技術的圖像識別的主要流程包括原始圖像輸入、圖像增強、復原的預處理過程、圖像特征分割、圖像特征提取、圖像分類、識別或分類結果輸出幾個過程，每個步驟中包含的均為圖像處理技術的核心技能。

其中，圖像識別的預處理過程即為傳統(tǒng)意義的圖像優(yōu)化技術，即對原始輸入圖像數據的視覺增強處理，一般使用的技術為濾波技術或圖像灰度直方圖修正技術。在數字圖像處理技術的圖像識別前端，需要有專門圖像采集設備來完成圖像的輸入工作，一般都是通過數碼相機來直接攝影拍攝，然而在拍攝過程中，必不可免的會在圖像內產生鏡頭斑點或者產生一些多余的噪聲數據。圖像濾波技術是將原始輸入圖像的數字數據進行傅里葉變換，將時域數據轉換成頻域數據，然后根據實際的需求采用高通濾波器或低通濾波器或中值濾波器將想要的二進制圖像的頻域數據進行濾波，從而實現圖片的噪音數據去除、清晰模糊圖像的目的。圖像灰度直方圖的修正技術則是利用灰度映射函數為關鍵核心，然后通過每個圖像中的二進制數據值點的在任何一個頂一頂直方圖內都有相同的灰度等級的一種處理方法，從而有效地實現了每個圖片的視覺效果增強，實現了同一區(qū)域內擁有相同灰度值的圖像增強效果，而處在不同區(qū)域之間的圖像之間的輪廓線條表現的更加直觀，銳化度更高，這也為后續(xù)的圖像切割操作的具體算法實現奠定了堅實的基礎。

圖像特征分割的主要目的是針對預處理后的圖像選取其中某個測定區(qū)域，按照一定的算法對其進行分割處理，從而將分割后的圖片再次進行圖片特征提取的操作，為后續(xù)的分類奠定基礎。圖像特征分割的主要思想是按照目標測定區(qū)域內的圖像輪廓進行分割，一般的，在圖像中，一個特征物體的輪廓與背景圖像會產生劇烈的變化，從圖像數字值方面來說，在灰度值表現方式來說，其值發(fā)生巨變，所以在對圖像進行分割處理時，可以采用圖像二值化的處理方法來實現圖像處理的分割，從而實現計算機快速處理、低存儲地實現圖像特征分割的工作。

圖像特征提取技術主要是對邊緣檢測和圖像分割后的數據進行特征分析和比對，當然在特征提取中常見的技術則是圖片細化技術，通過圖片細化，可以圖片的表現特種中獲取圖片內容的具體形狀特征，同時也能減少信息的冗余量，簡化圖片分類和數據處理的處理量。針對圖片細化的技術非常多，一般常見的是提取圖片骨架的方法，即判斷當前點與其附近的八個相鄰的點之間的數值關系，如果這個點屬于圖像細化表中的特征點，那么就可以刪除，如果不是，則需要保留，通過對整個圖片中的每個數值點進行處理之后，即可完整圖片特征內容的特征提取。在完成圖片細化處理之后，即可提取圖片的特征，圖根據圖片特征區(qū)域內的數值三原色數值、圖片細化后的特征區(qū)域表現的特征等基本情況，即可判斷圖片內容屬于何種情況，即可對其進行分類處理。

3 茶葉感官品質

茶葉的感官品質是對茶葉品質好壞的最直觀的表現，一般的，茶葉感官品質所表現的內容包括茶葉浸出物的色澤、茶葉的外形、香氣等諸多方面。在茶葉感官品質在中，外形是一個重要的指標，如在浸泡之后茶葉的形狀表現，是否潔凈、是否有所破損等等，這些都是評價一款茶葉的品質優(yōu)化、質量高低的重要指標。在色澤方面，干茶的顏色，茶葉浸出物表現的色澤、透明度、湯色，還有茶葉葉底顏色等，也是對茶葉從顏色方面重要的評價指標。同時，在茶葉感官品質的測量方面，茶葉的香味也一個重要方面，“未飲其茶，先聞其香”就是品茶師對一個茶葉品質評定的一個重要的評定方向。茶葉的滋味則是通過人的味覺感官對茶葉進行評定的另外一個方面，茶葉的浸出物中包含了人體日常所需的氨基酸、多酚類物質、芳香物等諸多影響成分，所以，在對茶葉品質鑒定方面，需要對其滋味進行核心評價，這也是體現茶葉營養(yǎng)價值最基本、最核心的一個測量標準。

所以，人為地對茶葉進行品質鑒定、質量評定的工作，主要方式就是通過觀其色、觀其狀、嗅其味、品其味等幾個方面進行評定，如通過觀察干茶葉的外觀形狀的松緊程度、均勻程度、顏色和茶葉光澤度，茶葉浸出物的色澤、茶葉伸展程度、是否破損等多個方面來評定茶葉的外在品質，從茶葉的浸出物的顏色、氣味、滋味、茶葉鮮嫩程度等來判斷茶葉的內在品質，從內在品質和外在品質的綜合感官評價，來鑒定整個茶葉的感官品質，從而決定該款茶葉的整體質量。

4 利用圖像處理技術來檢測茶葉感官品質

茶葉的觀感品質的鑒定主要是從對茶葉的形狀、外觀、色澤、老嫩程度等視覺方面，茶葉以及茶葉浸出物的香味等嗅覺方面以及茶葉浸出物的滋味等味覺方面來綜合評價一款茶葉的品質優(yōu)劣和質量的高低。而利用計算機圖像處理技術，則主要是從茶葉的視覺感官方面，對茶葉的外形、外觀、顏色以及茶葉浸出物的茶葉條索、湯色、破損程度和潔凈程度來綜合評價茶葉的品質。

利用圖像處理技術實現茶葉感官品質檢測系統(tǒng)屬于計算機圖像處理技術的專門應用系統(tǒng)，即將計算機圖像技術系統(tǒng)對茶葉的感官品質進行檢測。如圖2所示，為集中基于CCD圖像采集器的計算機圖像采集系統(tǒng)。

圖2 計算機圖像處理系統(tǒng)框架圖

如圖2所示，首先在計算機圖像處理系統(tǒng)的前端應用中，需要有專門的數碼攝像機或者CCD圖像采集裝備，將對生產的茶葉以及茶葉的浸出物進行圖像采集，并作為整個系統(tǒng)的數據（圖像）輸入，對目標進行采集。采集圖像的目標主要包括干茶葉和茶葉浸出物兩個內容，當然，為了能夠采集到清晰的圖像，在采集現場安裝相關的光源來輔助采集。

當干茶葉和茶葉浸出物的圖像通過CCD圖像采集設備采集之后，接口通過采集卡進入到計算機系統(tǒng)并進行存儲。此時，計算機系統(tǒng)即可開始對采集的圖像進行處理和識別。針對干茶葉和茶葉浸出物的圖像處理過程，主要包括圖像增強、復原的預處理，圖像特征分割，圖像特征提取，圖像對比，結果輸出等過程。首先在整個系統(tǒng)運行之前，相關人員需要將茶葉品質等級的模型數據輸入到整個計算機圖像處理系統(tǒng)中，為茶葉感官品質優(yōu)劣和等級鑒定構建映射對比庫，而后，計算機首先對采集到的干茶葉和茶葉浸出物的圖片進行圖像預處理，對圖片內的邊緣模糊或影像斑點的地方通過圖像過濾的處理方法，進行圖像濾波處理，然后對其進行直方圖均衡化處理，除去圖像采集過程中由于環(huán)境或設備因素對茶葉圖像造成的異常結果的數據。再得到清晰的預處理的干茶葉和茶葉浸出物圖片之后，就可以對其進行圖像邊緣鑒定和圖像分割，主要方法是對圖像內的數據值進行分析，找到像素發(fā)生突變的地方從而定義為圖像特征的輪廓，然后采用圖像二值圖的方法對其進行圖形分割，從而得到相應的特征圖像內容，如干茶葉的某個茶葉的圖像、茶葉浸出物的伸展茶葉的圖像、茶水的圖像等。然后將這些圖像進行圖像分析，并與預置數據庫中的數據進行對比分析，如根據茶葉的伸展情況、完整度或破損度對該茶葉外形品質進行對比定位，根據茶葉的顏色值對茶葉的鮮嫩度進行對比評定，根據茶水的色澤對茶葉的浸出物品質進行對比評定，從而將各個圖像特征內容進行分類處理，最后根據綜合評價，對茶葉的品質，從視覺感官上給出茶葉質量高低的評價。

當然，針對茶葉的感官品質檢測，不僅僅包含外在的品質檢測，還需要有專門的茶葉鑒定師，對茶葉浸出物的氣味、滋味等方面進行內在的評定，給定綜合意見才能結合計算機圖像處理系統(tǒng)給定的茶葉等級評定，為茶葉綜合品質和質量進行評定。

5 總結

利用計算機圖像處理技術來實現茶葉感官品質檢測，主要是采用圖像處理系統(tǒng)，對茶葉的視覺感覺表現的外形、顏色、條索、色澤等多方面的特征進行圖像采集，并通過圖像預處理、圖像特征分割，圖像特征提取，圖像對比分類來給定茶葉的品質評定，從而完成茶葉感官品質的檢測，提升茶葉的生產效率和生產質量。

參考文獻

［1］陳汗青，萬艷玲，王國剛.數字圖像處理技術研究進展［J］.工業(yè)控制計算機. 2013（01）：72-74

［2］溫玉春.計算機圖像處理技術應用研究［J］.現代商貿工業(yè). 2011（02）：230-231

［3］徐珂.計算機圖像處理技術的探析［J］.電腦知識與技術. 2014（4X）：2640-2641

［4］程煥，賀瑋，趙鐳，胡小松，吳繼紅.紅茶與綠茶感官品質與其化學組分的相關性［J］.農業(yè)工程學報. 2012（S1）：375-380

［5］王同和，胡敏，張久謙，李宏.名優(yōu)綠茶感官品質相關因子分析［J］.茶葉科學. 2008（01）：33-38

基金項目：虛擬現實技術在傳承及復原傳統(tǒng)古建筑中的研究。項目編號：1521014基金項目：互聯網+BIM工程信息共享平臺的研究與設計。項目編號：15214519

作者簡介：齊會娟（1980-），女，河北元氏人，碩士，講師，從事虛擬現實等計算機應用方面研究。