計(jì)算機(jī)視覺(jué)在茶葉等級(jí)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

周小琳

（長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院，陜西西安 710000）

茶道作為中國(guó)的一種傳統(tǒng)文化，從古至今，茶道、茶藝等一直是典雅、悠意的代名詞，通過(guò)品茶可增加人們對(duì)人生的感悟，提高自身的思想境界。茶葉依據(jù)地區(qū)、生長(zhǎng)環(huán)境、種類等可分為多種流派，如紅茶、綠茶、白茶等，人們可依據(jù)自身口味對(duì)茶葉進(jìn)行擇取。當(dāng)然，同類別茶葉也存在高低檔之分，如特級(jí)觀音王湯色為金黃透亮、葉底肥厚、余香時(shí)間較長(zhǎng)，而中高檔觀音王湯色則呈現(xiàn)出金黃清澈，口味甘醇，余香時(shí)間略短。傳統(tǒng)茶葉等級(jí)檢測(cè)過(guò)程中，大多是以手工類操控為主，檢測(cè)過(guò)程中難以形成精準(zhǔn)化的檢測(cè)，易令定級(jí)過(guò)程中造成大量的浪費(fèi)現(xiàn)象。隨著高新技術(shù)的融入，以計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)為主的檢測(cè)方式，可進(jìn)一步優(yōu)化茶葉等級(jí)檢驗(yàn)過(guò)程，提高茶葉等級(jí)檢驗(yàn)準(zhǔn)確性，將其應(yīng)用于茶葉等級(jí)檢驗(yàn)中勢(shì)在必行。所以，應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺(jué)在茶葉等級(jí)檢驗(yàn)中的有效應(yīng)用，是文章重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

1 茶葉等級(jí)描述

1.1 茶葉形狀的等級(jí)描述

茶葉的等級(jí)與品質(zhì)是由其鮮葉質(zhì)量和材質(zhì)技術(shù)所決定的，在傳統(tǒng)的茶葉等級(jí)檢測(cè)中，人們普遍是以感官審評(píng)為主，通過(guò)對(duì)茶葉的外形、香氣、湯色、滋味和葉底包括茶葉的形狀與色澤等五個(gè)方面來(lái)鑒別茶葉等級(jí)與品質(zhì)，而最能夠直接體現(xiàn)出茶葉品質(zhì)優(yōu)次的，便是茶葉外形色澤特征和茶湯色澤特征，以及茶葉形狀。首先，茶葉形狀作為茶葉等級(jí)檢測(cè)的重要項(xiàng)目之一，同樣也是區(qū)分于茶葉品種花色的主要理論依據(jù)。茶葉主要分為干茶和濕茶兩種類型，干茶形狀分為長(zhǎng)條形、卷曲條形、圓形、扁形和針形等，其中最常見(jiàn)也是數(shù)量較多的便是長(zhǎng)條形茶葉，如綠茶中的炒青、烘青、曬青和特針等，以及紅茶中的功夫紅茶、條形紅毛茶及小種紅茶等。這些茶葉的形狀長(zhǎng)度比寬度要大許多，其有的外表圓渾光滑，有的外表棱角毛躁，對(duì)于茶葉形狀的等級(jí)檢測(cè)，可通過(guò)觀察采制中存在的一些問(wèn)題，結(jié)合其他品質(zhì)項(xiàng)目來(lái)全面的綜合性分析出茶葉形狀等級(jí)。在此過(guò)程中，需要注意的是茶低即沖泡后的茶渣，雖然這些茶渣在沖泡過(guò)后便屬于廢物，但因?yàn)椴枞~在沖泡時(shí)吸收水分時(shí)，會(huì)漲大到鮮葉時(shí)得大小，所以對(duì)于茶葉形狀的檢測(cè)等級(jí)來(lái)講是比較直觀的，更容易通過(guò)葉底來(lái)分辨茶葉的真假和等級(jí)。

1.2 茶葉色澤的等級(jí)描述

茶葉色澤主要包括有葉低色澤、湯色和干茶色澤等三個(gè)方面，都是用于區(qū)分茶類的重要依據(jù)，同時(shí)也代表著茶葉的品質(zhì)優(yōu)次與等級(jí)劃分。根據(jù)相關(guān)研究表明，不同嫩度的茶葉色差方面具有明顯差別，色澤方面的變化更容易被人們感官所接受，主要是因?yàn)橐曈X(jué)感官分辨色澤的能力與嗅覺(jué)和味覺(jué)相比，更容易抓住色澤因素，甚至能夠從不同的色澤中推知出茶葉的優(yōu)劣與等級(jí)大概。雖然各類茶葉因受品種、栽培條件和新鮮度不同等方面所影響，使其各自擁有獨(dú)特的色澤特點(diǎn)，但無(wú)論是什么品種的茶葉，經(jīng)過(guò)不同制茶工藝的加工和侵泡，都會(huì)形成與各自原本色澤不同的茶葉。比如正常的干茶色澤有深綠色，墨綠色、黃綠色和淺黃色等，氣色車(chē)要求正常，調(diào)和、忌花雜等，但是當(dāng)干茶經(jīng)過(guò)侵泡和制茶工藝之后，它的湯色與葉低便會(huì)從色相、亮度和鮮度等方面發(fā)生巨變，形成鮮亮的色澤。同時(shí)，茶葉香氣也是分辨和檢測(cè)茶葉等級(jí)的主要手法之一，是人們通過(guò)對(duì)茶葉的香氣及其成分研究來(lái)判斷茶葉等級(jí)的方法之一，普遍以松煙香型、果香型和花香型為主。

1.3 茶葉化學(xué)組分的等級(jí)描述

茶葉內(nèi)化學(xué)組分種類高達(dá)520余種，從物質(zhì)組成形態(tài)來(lái)看，可將其分為干物質(zhì)、水分兩類，其中水分在鮮葉中的比例約為76%～79%，干物質(zhì)內(nèi)的組分如表一所示。

表一 茶葉化學(xué)組分

2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)在施行檢測(cè)工序時(shí)，主要由外部檢測(cè)硬件與內(nèi)部系統(tǒng)軟件組成，整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量性能也將直接決定著整個(gè)工序采集過(guò)程中的精準(zhǔn)性，如圖像處理、數(shù)據(jù)處理等。與此同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的信息采集器、耦合元器件、傳感器、電子電路等，也與整體檢測(cè)性能具有較高的關(guān)聯(lián)性?？紤]到茶葉與其它農(nóng)作物的不同，要想更加清楚的觀測(cè)到茶葉表面上的紋理，傳統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)采集設(shè)備將無(wú)法適用于整個(gè)操控工序中，為此，需采用平板式掃描儀將其進(jìn)行替代，以對(duì)茶葉物質(zhì)形成多維度檢測(cè)，且在光學(xué)作用機(jī)理下，內(nèi)部測(cè)量精度也將不受外界因素的影響，直接將測(cè)定的數(shù)據(jù)同步映射到信息模型中，方便系統(tǒng)直接進(jìn)行預(yù)算處理，真正令圖片與數(shù)字形成對(duì)接。通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用，可令整體檢測(cè)工序形成一種視覺(jué)化操控環(huán)境，可視化、同步化的數(shù)據(jù)分析，將提高茶葉物質(zhì)的檢測(cè)精度，且可最大限度規(guī)避誤差產(chǎn)生的幾率，為后續(xù)工序的操控提供基礎(chǔ)保障。

3 計(jì)算機(jī)視覺(jué)在茶葉等級(jí)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

3.1 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，檢測(cè)茶葉品質(zhì)等級(jí)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)在茶葉等級(jí)檢驗(yàn)中的應(yīng)用，普遍是通過(guò)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)獲取茶葉原始圖像后，對(duì)其圖像進(jìn)行分析與處理，然后通過(guò)對(duì)茶葉圖像的分析處理結(jié)果進(jìn)行判斷和檢測(cè)茶葉等級(jí)。但是在利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)茶葉圖像的外形色澤特征與規(guī)律進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，是不能用常用的邏輯性進(jìn)行明確分析與描述的，所以常用的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)方法是不能對(duì)茶葉品質(zhì)與等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)的。但是，與之不同的是，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型卻能利用自身較高水準(zhǔn)的兼容性特征，對(duì)茶葉數(shù)據(jù)及色澤等方面進(jìn)行自我適應(yīng)和自學(xué)處理，從而起到對(duì)茶葉的等級(jí)進(jìn)行檢測(cè)的作用。計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即可稱之為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也可與人類大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)與功能相媲美，是可以通過(guò)類似于人類大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)，將分布式信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理和整合。然后在利用復(fù)雜化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)視覺(jué)，將大量?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)點(diǎn)相互并接起來(lái)，從而起到對(duì)茶葉圖像信息進(jìn)行處理和檢驗(yàn)的作用。在運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)茶葉等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，還可通過(guò)將茶葉數(shù)據(jù)、圖像、品質(zhì)、圖表等納入茶葉等級(jí)檢驗(yàn)系統(tǒng)等中，并形成四種模塊，分別對(duì)茶葉進(jìn)行分級(jí)管理和檢驗(yàn)，以此來(lái)提高茶葉等級(jí)檢驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

3.2 利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，提取茶葉圖像外形特征參數(shù)

無(wú)論是干茶還是濕茶，在經(jīng)過(guò)人們的沖泡和制茶工藝后其大小形狀與色澤都會(huì)發(fā)生變化，所以在分辨和檢驗(yàn)茶葉等級(jí)，以及茶葉外形特征時(shí)，若想更清晰的判斷出茶葉在制茶工藝前的栽種、培育、采摘情況和茶葉外形特征，則需要利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，來(lái)提取茶葉圖像外形特征參數(shù)，通過(guò)茶葉圖像外形特征參數(shù)的提取，來(lái)判斷出茶葉品質(zhì)的好壞與茶葉等級(jí)的高低。首先，可通過(guò)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)干茶或濕茶的外形、色澤等特征參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別、測(cè)量和分析，然后根據(jù)測(cè)量分析出來(lái)的結(jié)果，對(duì)茶葉的等級(jí)進(jìn)行進(jìn)一步的劃分。其次，還可通過(guò)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，對(duì)茶葉的周長(zhǎng)、面積、徑度、圓度和直徑等參數(shù)與圖像外形特征進(jìn)行提取，提取完畢后在通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)中的圖像增強(qiáng)技術(shù)、二值化技術(shù)與邊緣截取技術(shù)等，對(duì)茶葉圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而獲得最精準(zhǔn)的茶葉等級(jí)檢驗(yàn)結(jié)果。

3.3 利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，去除茶葉圖像噪音

利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)檢驗(yàn)茶葉等級(jí)，主要可通過(guò)對(duì)茶葉圖像的預(yù)處理、去燥、色澤強(qiáng)度增強(qiáng)劑邊緣截取等，對(duì)茶葉圖像的識(shí)別及低層圖像處理，來(lái)獲取最基本的檢驗(yàn)成果，再然后在完成低層圖像處理的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行高層次處理，以此來(lái)提高茶葉外形特征參數(shù)提取和識(shí)別模式的準(zhǔn)確有效性。所以在利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)檢驗(yàn)茶葉等級(jí)時(shí)，應(yīng)將重心放在對(duì)茶葉圖像的前期處理方面，通過(guò)增強(qiáng)對(duì)茶葉圖像的前期處理來(lái)提高辨別結(jié)果的準(zhǔn)確有效性。首先，可通過(guò)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)中的圖像去燥功能，將茶葉圖像在轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化和信息化的過(guò)程中存在的外部因素干擾，進(jìn)行減少噪音和圖像去燥，以中值濾波法和領(lǐng)域平滑法來(lái)消除圖像噪音，并對(duì)茶葉圖像邊緣及細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)防止茶葉圖像變的模糊不清晰。其次，再利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)茶葉圖像進(jìn)行采集，在采集過(guò)程中需要在邊界從上、下、左、又等四個(gè)方位進(jìn)行標(biāo)記，將最明顯的邊界點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)記，以此來(lái)獲取最精準(zhǔn)的茶葉單個(gè)樣本。最后，再利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)去除茶葉圖像噪音的同時(shí)，還可通過(guò)利用相關(guān)設(shè)備將茶葉圖像掃描出來(lái)，對(duì)去燥完成的茶葉圖像進(jìn)行失真率測(cè)色，以此來(lái)確保茶葉圖像二值化的灰度值有效性，進(jìn)而提高茶葉等級(jí)檢驗(yàn)的精準(zhǔn)度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)對(duì)茶葉的等級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)，既能夠獲取具體的茶葉詳細(xì)信息，又能夠保證茶葉數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)的正確性，在一定程度上增強(qiáng)茶葉等級(jí)檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。所以，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重視這一優(yōu)勢(shì)，積極采取有效措施，快速落實(shí)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在茶葉等級(jí)檢驗(yàn)中的應(yīng)用，以其獲取更加精準(zhǔn)的茶葉等級(jí)檢測(cè)成果。