雷 梁,鄔長(zhǎng)安
(信陽(yáng)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院, 河南 信陽(yáng) 464000)
信陽(yáng)毛尖又稱(chēng)豫毛峰,屬綠茶類(lèi),中國(guó)十大名茶之一,河南信陽(yáng)的重要經(jīng)濟(jì)作物,目前已銷(xiāo)往海內(nèi)外.信陽(yáng)毛尖茶葉根據(jù)其品質(zhì)特點(diǎn)一般分為特級(jí)毛尖、一級(jí)毛尖、二級(jí)毛尖、三級(jí)毛尖和四級(jí)毛尖等,茶葉等級(jí)的鑒定通常是由人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷完成的[1].近年來(lái),數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速,被廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)化生產(chǎn)等方面.國(guó)內(nèi)外學(xué)者在應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果、葡萄干等農(nóng)作物的分揀以及茶葉等級(jí)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(jí)鑒定中的應(yīng)用克服了人工對(duì)茶葉等級(jí)鑒定的主觀性,提高了茶葉等級(jí)鑒定的科學(xué)化水平,有利于茶葉擴(kuò)大化生產(chǎn).但應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)鑒定信陽(yáng)毛尖茶葉等級(jí)方面的研究還很少.本文以信陽(yáng)毛尖茶葉的特級(jí)毛尖、二級(jí)毛尖和四級(jí)毛尖圖像為研究對(duì)象,選取相應(yīng)圖像預(yù)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(yáng)毛尖茶葉等級(jí)之間的聯(lián)系,為數(shù)字圖像處理技術(shù)在信陽(yáng)毛尖茶葉等級(jí)鑒定中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐[2-5].
選取產(chǎn)自信陽(yáng)浉河港,當(dāng)年谷雨前后采摘,采用相同工藝制作的信陽(yáng)毛尖茶葉作為研究樣本.樣本分別為特級(jí)毛尖(Sample1(S1))、二級(jí)毛尖(Sample2(S2))和四級(jí)毛尖(Sample3(S3)),如圖1所示.
數(shù)字圖像處理分為三個(gè)階段:一是預(yù)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(jì)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(gè)像素點(diǎn)的灰度值設(shè)為中值,該中值包含在像素點(diǎn)的灰度值的一個(gè)鄰域內(nèi),讓周?chē)南袼鼗叶戎到咏鎸?shí)值,以此消除孤立的噪聲點(diǎn),該去噪方法的最大特點(diǎn)是能有效地去除隨機(jī)噪聲[6-8].
(S1)特級(jí)毛尖
(S2) 二級(jí)毛尖
(S3) 四級(jí)毛尖
信陽(yáng)毛尖茶葉表層有絨毛,用數(shù)碼相機(jī)采集的圖像容易產(chǎn)生隨機(jī)噪聲,鑒于中值濾波過(guò)濾的特點(diǎn),本研究選用該去噪方法.應(yīng)用matlab7.0消噪的效果如圖2所示.
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.
RGB顏色模型是由紅(R)、綠(G)、藍(lán)(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(biāo)系,該顏色模型解釋為:紅、綠、藍(lán)位于立方體的三個(gè)頂點(diǎn)上;青、深紅、黃位于立方體另外三個(gè)頂點(diǎn)上;黑色在原點(diǎn)處,白色位于距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)處,灰度等級(jí)沿這兩點(diǎn)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(diǎn)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(yáng)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(yīng)用matlab7.0提取信陽(yáng)毛尖茶葉圖像R、G、B分量值,其分量圖如圖4所示.
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(gè)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(chēng)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(duì)應(yīng)坐標(biāo)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
顏色特征是信陽(yáng)毛尖茶葉品質(zhì)等級(jí)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(yùn)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(yáng)毛尖茶葉品質(zhì)等級(jí)之間的聯(lián)系[13-14].
在RGB顏色模型下,提取150幅信陽(yáng)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(yáng)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(lèi)信陽(yáng)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(yáng)毛尖H、I、S值變化區(qū)間表
本研究以信陽(yáng)毛尖茶葉圖像為對(duì)象,運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù),提取顏色特征值,揭示了信陽(yáng)毛尖茶葉顏色特征值與不同品質(zhì)等級(jí)毛尖之間的聯(lián)系:信陽(yáng)毛尖茶葉品質(zhì)等級(jí)變化時(shí),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(yáng)毛尖茶葉品質(zhì)等級(jí)分類(lèi)研究重要特征參數(shù).