使用計算機技術鑒定茶葉品質(zhì)的技術分析

馬道京

（黔南民族醫(yī)學高等?？茖W校，貴州都勻 558000）

使用計算機技術鑒定茶葉品質(zhì)的技術分析

馬道京

（黔南民族醫(yī)學高等專科學校，貴州都勻 558000）

判斷茶葉品質(zhì)良莠的標準主要在色、香、味、形這四個方面，其中最主要的就是茶葉本質(zhì)的色澤，它是人體所能感受到的最直接的反映?；谝蕾嚾梭w感官來鑒定茶葉品質(zhì)的方式在準確度和一致性上差異過大的問題，在經(jīng)濟發(fā)展和科學技術的推動下，使用計算機技術和設施鑒定茶葉品質(zhì)的方式已經(jīng)成為當前主流。本文主要將以計算機圖像處理技術為主體，介紹目前計算機技術和設施對于鑒定茶葉品質(zhì)的應用思路，以及近年來的研究發(fā)展。

計算機技術和設施；鑒定茶葉品質(zhì)；應用思路分析

雖然感官評審方式在茶葉品質(zhì)鑒定方面已被應用多年，但其判斷標準收到評審者的喜好、感官敏感度等多方面影響，其精準度和一致度存在著很大的差異。依托于經(jīng)濟發(fā)展和計算機應用的普及，計算機質(zhì)量與功能的不斷提高，農(nóng)業(yè)方面對于計算機技術和設施的應用開始普及。關于利用計算機圖像處理技術鑒定分析茶葉品質(zhì)的報道表明，計算機技術和設施在茶葉品質(zhì)鑒定方面的應用前景非常廣闊。

1　計算機圖像處理技術

使用計算機圖像處理技術來對茶葉品質(zhì)鑒定的方式逐漸被各大研究地區(qū)所應用，其主要內(nèi)容如下：

1.1計算機圖像處理技術簡介

利用計算機模擬和實現(xiàn)人類的部分視覺功能，將要鑒定的對象通過圖像處理系統(tǒng)映射成數(shù)字圖像，并根據(jù)人類判斷標準來對鑒定對象進行識別，并對其分類和分級的方式就成為計算機圖像處理系統(tǒng)，也就是數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。

我們所常知的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成部分主要有：包含攝像機、光源箱在內(nèi)的視覺系統(tǒng)，也是圖像輸入系統(tǒng)或者成像視覺系統(tǒng)；計算機系統(tǒng)；包含A/D轉(zhuǎn)化卡與其支持軟件在內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；以及對所鑒定物的圖像進行開發(fā)和分析的分析處理系統(tǒng)。

使用計算機對視覺判斷進行輔助，能夠更好地提高鑒定結果的效率，并達到定量化、標準化的統(tǒng)一。除此之外，計算機圖像處理系統(tǒng)不會受到人類心理作用的干擾，在顏色感應和判定方面也更為靈敏，大大提高了其處理圖像的精確度和準度。

1.2計算機圖像處理技術應用的過程

利用計算機圖像處理技術對茶葉的顏色進行鑒定，其主要過程為：用數(shù)碼相機或者CCD傳感器拍攝并傳遞茶葉的圖像，再用圖像卡把傳感器模擬出的茶葉信號轉(zhuǎn)化成由紅色、藍色、綠色（即俗稱的RGB三原色）的灰度值代表的數(shù)字圖像。進而，對所得到的數(shù)字圖像進行分析和處理，即對其分析加工和處理，輸出成其他可識別的圖像與結果。

綜上看來，圖像處理技術主要分為兩個方面：狹義上，即是對初步得到的茶葉圖像進行處理，改善其劣化的程度，使得圖像信號得到優(yōu)化，轉(zhuǎn)化成識別度更高的數(shù)字圖像信號。在廣義上，對進一步優(yōu)化后所得到的圖像信號再加以描述，轉(zhuǎn)換成包含其有效特性的信息。圖像處理技術的目的，就是讓原始的圖像從計算機難以識別的信息向簡單化信息轉(zhuǎn)變，進一步加快計算機處理圖像信息的速度和效率，便于計算機技術和設施在茶葉品質(zhì)鑒定和其他農(nóng)業(yè)方面得到大范圍和高規(guī)模的應用。

1.3計算機幫助感官鑒定茶葉品質(zhì)的可行性

計算機圖像處理技術，不僅可以對茶葉的色澤進行處理，在茶葉形狀、嫩度、疏緊、茶湯色等方面皆能應用。其主要方式是：對所要鑒定的茶葉特征量進行提取，再進行定量描述。例如：茶香和茶葉的味道，通常依賴于茶葉的形狀和外觀，我們可以將茶葉體現(xiàn)出來的外觀特征作為基準，再輔之以專家的經(jīng)驗，對茶香和茶味進行間接性的描述，從而是的計算機可以利用自身的識別技術對其進行處理，最后給出結論。再者，計算機圖像處理技術主要是采用定量化方式對所提供的茶葉樣本進行檢測，這就可以實現(xiàn)動態(tài)鑒定茶葉品質(zhì)在儲存過程中變化的目的。

利用計算機技術和設施幫助人體感官來鑒定茶葉品質(zhì)的明顯優(yōu)勢在于：第一，鑒定結果準確度和一致性高，盡可能避免了因為人類喜好產(chǎn)生的巨大差異；第二，鑒定結果通常以數(shù)值化表示，有效解決了定性指標較模糊的問題。

2　計算機視覺定量描述茶葉色澤

計算機視覺定量系統(tǒng)，即簡稱的HIS模式顏色系統(tǒng)。它的主要優(yōu)點就是，可以在定量化的基礎上，動態(tài)地描述茶葉顏色在儲藏過程中的變化。

2.1色澤系統(tǒng)的選擇和改良

通常，人類是依據(jù)色彩的色調(diào)、明亮度和飽和程度來對顏色進行判斷和分類。我們把H作為顏色特征的代表，那么I就是人眼對顏色明暗的感應度，飽和度即顏色純度則用S來表示。這三者的理想化、模型化關系，如圖1所示：

圖1　顏色理想模型

（a）在經(jīng)過對顏色系統(tǒng)的選擇和改良之后，可以更加貼近人體的視覺特點。

從中我們可以看出，通過對色澤系統(tǒng)的選擇和改良之后，茶葉顏色的分布更趨于合理化，并貼近我們理想化的顏色模型。

2.2數(shù)據(jù)的采集和處理

為了使得所得出的茶葉色澤鑒定數(shù)據(jù)誤差最大程度上的減小，我們必須保持鑒定過程前后的光線明亮和強度、取得圖像時的狀況基本一致。為了達到這樣的效果，要做好以下的準備工作：

光源箱的照亮度必須通過照度儀器的準確測量，以免由于光源箱中的燈管老化而使得照度不足；要對攝像機的顏色相位差進行校對，可以利用白板來做白色平衡；鏡頭光圈能感受到的光亮必須滿足標準值；為使得監(jiān)視器上的物品資料圖像所占面積較大，要對鏡頭的景深做出調(diào)整；調(diào)好鏡頭焦距，使得茶葉在監(jiān)視器上所反映出來的圖像保持清晰。在做完這些準備工作之后，就可以對所要鑒定的茶葉進行數(shù)據(jù)的搜集和處理。

2.3定量分析

在對所要鑒定的茶葉數(shù)據(jù)收集好之后，就可以開始定量分析的過程。在這里，我們主要介紹干茶顏色和茶湯顏色兩者的定量分析步驟和大致過程。所用到的茶葉樣本為1994-1998年里，相同產(chǎn)區(qū)的龍井茶（均是在自然條件下密閉儲藏的茶葉樣品）。

2.3.1干茶顏色分析

分析可以得知：本年度的新茶葉與第二年的茶葉顏色產(chǎn)生的變化最明顯，新茶的H更綠。基本規(guī)律是，茶葉存放的時間越長，其色調(diào)就越會呈現(xiàn)出朝棕褐色貼近的趨勢。而龍井茶的I卻是呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢，這證明茶葉的明亮度會隨著存放時間的增加而減弱，即變暗。S所呈現(xiàn)出來的趨勢基本與I相同，表明茶葉色澤的純度會逐年下降，即褪色。

2.3.2茶湯顏色分析

對于茶湯進行定量分析的步驟如下：

從各個茶葉樣本中取出相同分量的茶葉，經(jīng)開水沖泡后過濾掉茶葉，得到茶湯。取一定量的茶湯于燒杯中，把燒杯置于托盤上，將其放于照明室中，而后在CCD下得到符合要求的茶湯的相關圖像（這里研究人員通常使用數(shù)碼相機）。

從表中的數(shù)據(jù)我們可以得到結論，茶湯顏色的變化基本與干茶保持一樣的趨勢。當中最明顯的變化就是茶湯的H，而茶湯的I也同樣地表明了相同趨勢，飽和度S則無明顯規(guī)律，主要是因為在獲取高維信息在邊緣的分布情況時，部分有用信息受到了壓縮。

綜上所述，我們可以得出一個較為一致的結論：當年的新茶，色澤就較為“新鮮”，而陳年茶的顏色就總體呈現(xiàn)出暗色調(diào)。隨著茶葉儲存時間的增長，茶葉無論老嫩，H都會向棕褐色靠攏，H的標準差也就因而減小。

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，Ben明基電腦一臺，日本Minolta chromatic meter CR--300型彩色差計。

具體的方法與步驟簡述如下：

第一步，在掃描儀的平板玻璃上，均勻灑上將要檢測的茶葉樣本，鋪灑的厚度應保證盡量不露出間隙。此處，研究人員采用系統(tǒng)默認值，并將該值于相應的Photo shop軟件中輸入。

第二步，進行茶樣參數(shù)讀取。首先，研究人員選定相關圖區(qū)，挨個讀取每一像素點的色澤參數(shù)——LAB值，隨后計算出它們?nèi)咂骄怠Ｆ浯?，對相應圖片選區(qū)使用“模糊”濾鏡中的“平均”選項，使選取中的所有顏色的LAB值盡可能相近，并讀取出已經(jīng)進行平均化處理后的LAB值。

4　研究進展

在如今的經(jīng)濟形勢下，研究人員需要依據(jù)茶葉特征、品質(zhì)良莠來進行在等級上的劃分，使得滿足不同消費者的需求，從而帶來更高的茶葉經(jīng)濟效益。而諸如計算機圖像處理技術和視覺模擬技術等，都在很大程度上提高了人為感官鑒定的準確度和一致性，并且使得檢測結果數(shù)值化、定量化，避免了模糊性。至此，計算機技術和設施的應用，已經(jīng)成為茶葉品質(zhì)鑒定的新里程碑。面對市場的嚴峻挑戰(zhàn)，利用計算機技術和設施，提高茶葉品質(zhì)鑒定的效率和收效無疑是最高效的方式，其應用前景不可估量。

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馬道京（1984-），男，貴州都勻人，碩士研究生，講師，研究方向：計算機圖形圖像處理、信息系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫等。