計(jì)算機(jī)圖像在茶鮮葉色澤及其萎凋程度測(cè)定中的應(yīng)用

牛青（貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550022）

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計(jì)算機(jī)圖像在茶鮮葉色澤及其萎凋程度測(cè)定中的應(yīng)用

牛青
（貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550022）

摘要：隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更是發(fā)揮了重要作用。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可以應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)分級(jí)以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程，這將會(huì)給農(nóng)業(yè)科研帶來(lái)極大便利。本文就計(jì)算機(jī)圖像在茶鮮葉色澤及其萎凋程度測(cè)定中的應(yīng)用進(jìn)行探討，并結(jié)合研究結(jié)果闡述了該技術(shù)的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)；茶葉；茶鮮葉；色澤；萎凋程度

1　引言

從茶鮮葉色澤上可以判斷出茶葉的嫩度，茶葉色澤與葉綠素含量有關(guān)，茶葉中葉綠素的含量在茶新梢發(fā)育過(guò)程中發(fā)生很大變化，幼嫩期的含量較少，茶葉的色澤較淺，隨著茶葉的生長(zhǎng)和不斷成熟，其葉綠素含量升高，茶葉色澤呈深綠色。采摘后的茶葉色澤也會(huì)隨著葉綠素含量的變化而發(fā)生變化。茶鮮葉色澤的測(cè)定以往都是進(jìn)行感官測(cè)評(píng)和理化檢驗(yàn)，如今隨著科技的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以對(duì)鮮葉進(jìn)行量化測(cè)定，通過(guò)對(duì)鮮葉色澤參數(shù)的量化可以更準(zhǔn)確、更方便地判斷出茶鮮葉的色澤，并實(shí)時(shí)測(cè)定茶鮮葉的萎凋程度。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶葉生產(chǎn)加工中的應(yīng)用對(duì)保證茶的一致性、茶葉品質(zhì)的穩(wěn)定性以及科學(xué)制茶有著重要指導(dǎo)意義。本研究利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)茶鮮葉色澤的量化處理，檢測(cè)、分析茶鮮葉20h內(nèi)的含水量變化和色澤參數(shù)變化。

2　研究設(shè)備和材料

相機(jī)設(shè)備采用Nikon coolpix P3數(shù)碼相機(jī)，可穩(wěn)定內(nèi)部光源的暗箱，圖像處理軟件采用Photoshop CS；從四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場(chǎng)茶樹(shù)品種園采取的福鼎大白茶鮮葉為研究材料。

3　茶鮮葉的色澤的測(cè)定

3.1采集茶鮮葉圖像資料

圖像背景色采用藍(lán)色，將茶鮮葉鋪散于暗箱內(nèi)，避免鮮葉間發(fā)生重疊。將Nikon coolpix P3數(shù)碼相機(jī)像素調(diào)整為810萬(wàn)，并置于暗箱上方的觀測(cè)孔上，關(guān)閉閃光燈，將相機(jī)拍攝方式調(diào)整為自動(dòng)近拍，燈源打開(kāi)，快速采集茶鮮葉圖像并輸入計(jì)算機(jī)。

3.2圖像處理

用Photoshop CS軟件打開(kāi)相機(jī)采集的茶鮮葉圖像資料，首先利用選擇工具選中圖像中茶鮮葉的輪廓，然后執(zhí)行濾鏡工具中的模糊平均命令，對(duì)所選圖像的像素參數(shù)值進(jìn)行平均化處理。RGB顏色系統(tǒng)是基于紅色、藍(lán)色、綠色三基色學(xué)說(shuō)建立起來(lái)的，其屬于CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)和數(shù)碼設(shè)備主要采用的顏色系統(tǒng)。相關(guān)研究證明，RGB顏色系統(tǒng)在研究玉米生長(zhǎng)圖像時(shí)可以有效克服光照變化造成影響。Lab色系的顏色空間較全面、均勻，是國(guó)際照明委員會(huì)推薦的色系，相比其他色系，Lab色系與人的視覺(jué)一致性最高。HSB來(lái)源于RGB的彩色空間，其中H代表色相，S代表飽和度，B代表亮度。RGB、Lab和HSB是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究中的應(yīng)用都比較廣泛。

3.3背景色處理

要測(cè)定目標(biāo)物首先要對(duì)圖像進(jìn)行處理，將目標(biāo)物從背景中分割出來(lái)，然后進(jìn)行信息提取操作。本研究中需要將茶鮮葉從背景中分離出來(lái)，常用的選擇工具是魔術(shù)棒。利用魔術(shù)棒準(zhǔn)確選取茶鮮葉輪廓時(shí)，為了避免其它顏色的影響，圖像采用的背景色與茶鮮葉的色澤要有明顯的反差，這樣才能保證魔術(shù)棒選取工具能夠完整、準(zhǔn)確的選中茶鮮葉的不規(guī)則輪廓。魔術(shù)棒工具是Photoshop CS圖像處理軟件中重要的圖像區(qū)域選取工具，主要應(yīng)用于與背景色的處理，可以自動(dòng)選取圖像中顏色相似的區(qū)域。在顏色的選取處理中，所選取顏色誤差范圍可以通過(guò)容差值來(lái)控制，選擇區(qū)域的大小隨著容差值的改變而改變，容差值越大，選擇的區(qū)域就越大。采用魔術(shù)棒工具分離茶鮮葉和背景色時(shí)，為了保證隔離效果，保證茶鮮葉圖像的完整性，一定要控制好容差值的大小，容差值不能過(guò)大也不可過(guò)小，以免導(dǎo)致茶鮮葉圖像被減去或者將圖像陰影部分選中，最終會(huì)對(duì)圖像處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成極大影響。因此在背景色的選擇過(guò)程中，為了最大程度去除陰影等其他顏色的干擾，需要在保證茶鮮葉完整性的條件下盡量增大容差值。軟件系統(tǒng)度容差值的默認(rèn)值一般為32，將容差值調(diào)整至150時(shí)且背景色為藍(lán)色或者白色的情況下可以比較準(zhǔn)確地從圖像中選中茶鮮葉輪廓，其中藍(lán)色效果最佳。

4　測(cè)定茶鮮葉萎凋過(guò)程中色澤變化

采摘后的茶鮮葉可隨著時(shí)間的推移而發(fā)生理化性變化。通常情況下，為了保證茶葉品質(zhì)，采摘后的綠茶都要進(jìn)行攤晾處理，例如青茶、白茶以及紅茶等茶鮮葉的萎凋是茶葉加工過(guò)程必須要經(jīng)過(guò)的程序。在攤晾過(guò)程中，茶鮮葉的水分含量以及其他內(nèi)含物都會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，茶鮮葉的色澤也會(huì)發(fā)生變化，從嫩綠色逐漸變?yōu)榘稻G色。利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)檢測(cè)茶鮮葉色澤變化的相關(guān)研究，可以對(duì)茶鮮葉萎凋程度變化能否進(jìn)行自動(dòng)在線檢測(cè)提供有利的理論依據(jù)和技術(shù)參考。

將現(xiàn)采下的福鼎大白茶的一芽二葉標(biāo)準(zhǔn)茶鮮葉攤晾在溫度適中的室內(nèi)，茶鮮葉攤晾時(shí)間為20小時(shí)，茶葉攤晾過(guò)程中每小時(shí)對(duì)茶鮮葉的水分含量和色澤參數(shù)測(cè)量一次。

從茶鮮葉萎凋過(guò)程水分含量變化以及各顏色模式變化情況中可以看出，在茶鮮葉萎凋過(guò)程中，RGB模式中的R和G色澤參數(shù)值隨著茶鮮葉萎凋程度的加深而呈明顯減小趨勢(shì)；Lab模式中的L、a、b參數(shù)值以及HSB模式中的B參數(shù)值也成下降趨勢(shì)，但不明顯。在茶鮮葉萎凋6小時(shí)內(nèi)，HSB模式中的H色澤參數(shù)值呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在茶鮮葉萎凋6小時(shí)后，HSB顏色模式中H色澤參數(shù)值增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，并逐漸趨于穩(wěn)定。

一般情況下，各種茶鮮葉的萎凋程度都是以茶鮮葉中水分流失多少作為判斷指標(biāo)，本研究中將茶鮮葉攤晾萎凋過(guò)程水分含量變化與茶鮮葉色澤參數(shù)變化之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，對(duì)比結(jié)果：RGB模式（R：0.9516，G：0.9717，B：0.7396）、Lab模式（L：0.9650，a：0.7958，b：0.8946）、HSB模式（H：-0.8069，S：0.1877，B：0.9550）。

水分含量變化與茶鮮葉色澤參數(shù)變化之間相關(guān)性分析結(jié)果顯示，茶鮮葉萎凋過(guò)程中RGB模式中的G色澤參數(shù)值的變化與水分含量變化的相關(guān)性較高，這一情況說(shuō)明茶鮮葉水分的散失對(duì)茶鮮葉的色澤造成的影響較為明顯，通過(guò)人的視覺(jué)就可以明顯看出茶鮮葉萎凋過(guò)程中葉色由原來(lái)的鮮綠色變化為暗綠色。各種茶葉在加工過(guò)程中對(duì)茶葉的水分含量的控制要求較高，例如紅茶的水分含量需控制在60%左右，青茶的水分含量需控制在68%到70%，如果茶鮮葉的萎凋程度利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)檢測(cè)，就需要各個(gè)色澤參數(shù)設(shè)置盡可能多的數(shù)據(jù)變化，以便對(duì)茶鮮葉的萎凋程度，即茶鮮葉的水分含量進(jìn)行精確控制。分析各個(gè)色澤參數(shù)在茶鮮葉萎凋過(guò)程中的變化情況，相比G色澤參數(shù)值的變化，R色澤參數(shù)在此過(guò)程中的變化較大，基本上是G色澤參數(shù)值的兩倍；另外比較各色澤與茶鮮葉萎凋過(guò)程中水分含量變化的相關(guān)性，R色澤參數(shù)值的相關(guān)系數(shù)大于0.95，表現(xiàn)效果較好，所以綜合考慮多方面因素，茶鮮葉萎凋程度的判斷最好尋找R色澤參數(shù)值為依據(jù)。

5　結(jié)論

本研究通過(guò)計(jì)算機(jī)量化測(cè)定方法來(lái)鑒定茶鮮葉萎凋過(guò)程中的色澤變化，并簡(jiǎn)單探討了計(jì)算機(jī)圖像處理及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)茶鮮葉萎凋程度自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的可行性。本次研究結(jié)果顯示，G和R色澤參數(shù)值可以有效地反映出茶鮮葉萎凋程度，而且茶鮮葉萎凋過(guò)程中的R色澤參數(shù)值變化與水分含量變化相關(guān)性較高，綜合多種因素確定R色澤比較適合應(yīng)用于檢測(cè)茶鮮葉萎凋程度變化。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶鮮葉萎凋過(guò)程中，色澤變化的檢測(cè)為計(jì)算機(jī)處理技術(shù)在茶葉加工過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)提供了有利依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖像處理發(fā)展成熟，在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用作用越來(lái)越明顯。目前已經(jīng)出現(xiàn)的可以對(duì)黃瓜、草莓等經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)采收的收割機(jī)器人，就是對(duì)色澤差異特征的有效應(yīng)用。利用新老茶葉之間存在色澤差異，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)控制機(jī)器人代替人工采茶是下一步需要研究的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：牛青（1980-），女，山西隰縣人，研究生，教師，副教授。研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。