信陽毛尖茶葉圖像的顏色特征分析

雷 梁,鄔長安

(信陽師范學院 計算機與信息技術(shù)學院, 河南 信陽 464000)

0 引言

信陽毛尖又稱豫毛峰，屬綠茶類，中國十大名茶之一，河南信陽的重要經(jīng)濟作物，目前已銷往海內(nèi)外.信陽毛尖茶葉根據(jù)其品質(zhì)特點一般分為特級毛尖、一級毛尖、二級毛尖、三級毛尖和四級毛尖等,茶葉等級的鑒定通常是由人工根據(jù)經(jīng)驗判斷完成的[1].近年來，數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛地應用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學化生產(chǎn)等方面.國內(nèi)外學者在應用數(shù)字圖像處理技術(shù)實現(xiàn)蘋果、葡萄干等農(nóng)作物的分揀以及茶葉等級鑒定方面做了大量的研究工作，取得了一定成果.特別是數(shù)字圖像處理技術(shù)在茶葉等級鑒定中的應用克服了人工對茶葉等級鑒定的主觀性，提高了茶葉等級鑒定的科學化水平，有利于茶葉擴大化生產(chǎn).但應用數(shù)字圖像處理技術(shù)鑒定信陽毛尖茶葉等級方面的研究還很少.本文以信陽毛尖茶葉的特級毛尖、二級毛尖和四級毛尖圖像為研究對象，選取相應圖像預處理方法，提取圖像的顏色特征參數(shù)，分析這些特征參數(shù)與信陽毛尖茶葉等級之間的聯(lián)系，為數(shù)字圖像處理技術(shù)在信陽毛尖茶葉等級鑒定中的應用提供技術(shù)支撐[2-5].

1 信陽毛尖茶葉圖像預處理

1.1 樣本選取

選取產(chǎn)自信陽浉河港，當年谷雨前后采摘，采用相同工藝制作的信陽毛尖茶葉作為研究樣本.樣本分別為特級毛尖(Sample1(S1))、二級毛尖(Sample2(S2))和四級毛尖(Sample3(S3))，如圖1所示.

1.2 圖像預處理

數(shù)字圖像處理分為三個階段：一是預處理圖像；二是提取圖像特征參數(shù)；三是分析特征參數(shù).

中值濾波是一種基于排序統(tǒng)計理論的非線性平滑技術(shù)，該技術(shù)能有效地抑制噪聲.其基本原理是將數(shù)字圖像中的一個像素點的灰度值設為中值，該中值包含在像素點的灰度值的一個鄰域內(nèi)，讓周圍的像素灰度值接近真實值，以此消除孤立的噪聲點，該去噪方法的最大特點是能有效地去除隨機噪聲[6-8].

(S1)特級毛尖

(S2) 二級毛尖

(S3) 四級毛尖

信陽毛尖茶葉表層有絨毛，用數(shù)碼相機采集的圖像容易產(chǎn)生隨機噪聲，鑒于中值濾波過濾的特點，本研究選用該去噪方法.應用matlab7.0消噪的效果如圖2所示.

2 顏色特征分析

顏色特征值是數(shù)字圖像處理技術(shù)重要特征參數(shù)值之一.顏色的物理本質(zhì)是電磁波，人眼將其感知為不同的色彩.

2.1 RGB顏色模型

RGB顏色模型是由紅(R)、綠(G)、藍(B)三元色相互疊加呈現(xiàn)為各種顏色的顏色模型.基于笛卡爾坐標系，該顏色模型解釋為：紅、綠、藍位于立方體的三個頂點上；青、深紅、黃位于立方體另外三個頂點上；黑色在原點處，白色位于距離原點最遠的頂點處，灰度等級沿這兩點連線分布；不同的顏色處于立方體上或其內(nèi)部.顏色特征值以從原點分布的向量表示，并歸一化，即R、G、B值都包含在[0,1]區(qū)間內(nèi)，如圖3所示[9-11].

(a)信陽毛尖原始圖像

(b)含椒鹽噪聲圖像

(c)3×3中值濾波效果圖

(d)5×5中值濾波效果圖

應用matlab7.0提取信陽毛尖茶葉圖像R、G、B分量值，其分量圖如圖4所示.

2.2 HIS顏色模型

HIS顏色模型是由顏色三要素即色調(diào)、飽和度、亮度描述顏色的顏色模型.該顏色模型用一個圓錐空間表示，圖中間的圓形橫截面表示色度，色調(diào)與飽和度統(tǒng)稱為色度；圓錐的中心軸表示亮度，如圖5所示[12].

圖3 RGB模型對應坐標系圖

(a)R分量圖

(b)G分量圖

(c)B分量圖

圖5 HSI顏色模型圓錐模型圖

2.3 顏色特征值的提取與分析

顏色特征是信陽毛尖茶葉品質(zhì)等級區(qū)分的重要參數(shù)之一.本研究在RGB顏色模型和HIS顏色模型下，運用顏色分析軟件得到R值、G值和B值以及H值、S值和I值，分析這些特征值與信陽毛尖茶葉品質(zhì)等級之間的聯(lián)系[13-14].

在RGB顏色模型下，提取150幅信陽毛尖茶葉圖像的R、G、B值，如表1所示.分析R、G、B值，可得出如表2所示規(guī)律.

表1 RGB顏色模型特征參數(shù)表

表2 信陽毛尖R、G、B值變化區(qū)間表

從表2可以看出,特等毛尖與二等毛尖的G值變化較大，二等與四等毛尖的R值變化較大.

在HIS模型下，提取H、I、S值，如表3所示. 分析H、I、S值得出如表4所示的規(guī)律.從表4可以看出三類信陽毛尖之間I值變化較大，H值和S值變化較小.

表3 HSI顏色模型特征參數(shù)表

表4 信陽毛尖H、I、S值變化區(qū)間表

3 結(jié)論

本研究以信陽毛尖茶葉圖像為對象，運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，提取顏色特征值，揭示了信陽毛尖茶葉顏色特征值與不同品質(zhì)等級毛尖之間的聯(lián)系：信陽毛尖茶葉品質(zhì)等級變化時，RGB顏色模型中“R值”和“G值”以及HIS顏色模型中的“I值”表現(xiàn)較為顯著.因此，這些特征值可作為信陽毛尖茶葉品質(zhì)等級分類研究重要特征參數(shù).