馬道京

（黔南民族醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，貴州都勻 558000）

使用計(jì)算機(jī)技術(shù)鑒定茶葉品質(zhì)的技術(shù)分析

馬道京

（黔南民族醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，貴州都勻 558000）

判斷茶葉品質(zhì)良莠的標(biāo)準(zhǔn)主要在色、香、味、形這四個(gè)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(lái)鑒定茶葉品質(zhì)的方式在準(zhǔn)確度和一致性上差異過(guò)大的問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施鑒定茶葉品質(zhì)的方式已經(jīng)成為當(dāng)前主流。本文主要將以計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為主體，介紹目前計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施對(duì)于鑒定茶葉品質(zhì)的應(yīng)用思路，以及近年來(lái)的研究發(fā)展。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施；鑒定茶葉品質(zhì)；應(yīng)用思路分析

雖然感官評(píng)審方式在茶葉品質(zhì)鑒定方面已被應(yīng)用多年，但其判斷標(biāo)準(zhǔn)收到評(píng)審者的喜好、感官敏感度等多方面影響，其精準(zhǔn)度和一致度存在著很大的差異。依托于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，計(jì)算機(jī)質(zhì)量與功能的不斷提高，農(nóng)業(yè)方面對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施的應(yīng)用開(kāi)始普及。關(guān)于利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)鑒定分析茶葉品質(zhì)的報(bào)道表明，計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施在茶葉品質(zhì)鑒定方面的應(yīng)用前景非常廣闊。

1　計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)

使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)對(duì)茶葉品質(zhì)鑒定的方式逐漸被各大研究地區(qū)所應(yīng)用，其主要內(nèi)容如下：

1.1計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)簡(jiǎn)介

利用計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)現(xiàn)人類的部分視覺(jué)功能，將要鑒定的對(duì)象通過(guò)圖像處理系統(tǒng)映射成數(shù)字圖像，并根據(jù)人類判斷標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)鑒定對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)其分類和分級(jí)的方式就成為計(jì)算機(jī)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(jī)、光源箱在內(nèi)的視覺(jué)系統(tǒng)，也是圖像輸入系統(tǒng)或者成像視覺(jué)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)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(duì)所鑒定物的圖像進(jìn)行開(kāi)發(fā)和分析的分析處理系統(tǒng)。

使用計(jì)算機(jī)對(duì)視覺(jué)判斷進(jìn)行輔助，能夠更好地提高鑒定結(jié)果的效率，并達(dá)到定量化、標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一。除此之外，計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)不會(huì)受到人類心理作用的干擾，在顏色感應(yīng)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(zhǔn)度。

1.2計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程

利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)茶葉的顏色進(jìn)行鑒定，其主要過(guò)程為：用數(shù)碼相機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)化成由紅色、藍(lán)色、綠色（即俗稱的RGB三原色）的灰度值代表的數(shù)字圖像。進(jìn)而，對(duì)所得到的數(shù)字圖像進(jìn)行分析和處理，即對(duì)其分析加工和處理，輸出成其他可識(shí)別的圖像與結(jié)果。

綜上看來(lái)，圖像處理技術(shù)主要分為兩個(gè)方面：狹義上，即是對(duì)初步得到的茶葉圖像進(jìn)行處理，改善其劣化的程度，使得圖像信號(hào)得到優(yōu)化，轉(zhuǎn)化成識(shí)別度更高的數(shù)字圖像信號(hào)。在廣義上，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化后所得到的圖像信號(hào)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(shù)的目的，就是讓原始的圖像從計(jì)算機(jī)難以識(shí)別的信息向簡(jiǎn)單化信息轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步加快計(jì)算機(jī)處理圖像信息的速度和效率，便于計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)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(yīng)用。

1.3計(jì)算機(jī)幫助感官鑒定茶葉品質(zhì)的可行性

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，不僅可以對(duì)茶葉的色澤進(jìn)行處理，在茶葉形狀、嫩度、疏緊、茶湯色等方面皆能應(yīng)用。其主要方式是：對(duì)所要鑒定的茶葉特征量進(jìn)行提取，再進(jìn)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(lái)的外觀特征作為基準(zhǔn)，再輔之以專家的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)茶香和茶味進(jìn)行間接性的描述，從而是的計(jì)算機(jī)可以利用自身的識(shí)別技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，最后給出結(jié)論。再者，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)主要是采用定量化方式對(duì)所提供的茶葉樣本進(jìn)行檢測(cè)，這就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鑒定茶葉品質(zhì)在儲(chǔ)存過(guò)程中變化的目的。

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施幫助人體感官來(lái)鑒定茶葉品質(zhì)的明顯優(yōu)勢(shì)在于：第一，鑒定結(jié)果準(zhǔn)確度和一致性高，盡可能避免了因?yàn)槿祟愊埠卯a(chǎn)生的巨大差異；第二，鑒定結(jié)果通常以數(shù)值化表示，有效解決了定性指標(biāo)較模糊的問(wèn)題。

2　計(jì)算機(jī)視覺(jué)定量描述茶葉色澤

計(jì)算機(jī)視覺(jué)定量系統(tǒng)，即簡(jiǎn)稱的HIS模式顏色系統(tǒng)。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是，可以在定量化的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)地描述茶葉顏色在儲(chǔ)藏過(guò)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(lái)對(duì)顏色進(jìn)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(duì)顏色明暗的感應(yīng)度，飽和度即顏色純度則用S來(lái)表示。這三者的理想化、模型化關(guān)系，如圖1所示：

圖1　顏色理想模型

（a）在經(jīng)過(guò)對(duì)顏色系統(tǒng)的選擇和改良之后，可以更加貼近人體的視覺(jué)特點(diǎn)。

從中我們可以看出，通過(guò)對(duì)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(guò)程前后的光線明亮和強(qiáng)度、取得圖像時(shí)的狀況基本一致。為了達(dá)到這樣的效果，要做好以下的準(zhǔn)備工作：

光源箱的照亮度必須通過(guò)照度儀器的準(zhǔn)確測(cè)量，以免由于光源箱中的燈管老化而使得照度不足；要對(duì)攝像機(jī)的顏色相位差進(jìn)行校對(duì)，可以利用白板來(lái)做白色平衡；鏡頭光圈能感受到的光亮必須滿足標(biāo)準(zhǔn)值；為使得監(jiān)視器上的物品資料圖像所占面積較大，要對(duì)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(lái)的圖像保持清晰。在做完這些準(zhǔn)備工作之后，就可以對(duì)所要鑒定的茶葉進(jìn)行數(shù)據(jù)的搜集和處理。

2.3定量分析

在對(duì)所要鑒定的茶葉數(shù)據(jù)收集好之后，就可以開(kāi)始定量分析的過(guò)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(guò)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(chǔ)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?；疽?guī)律是，茶葉存放的時(shí)間越長(zhǎng)，其色調(diào)就越會(huì)呈現(xiàn)出朝棕褐色貼近的趨勢(shì)。而龍井茶的I卻是呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)，這證明茶葉的明亮度會(huì)隨著存放時(shí)間的增加而減弱，即變暗。S所呈現(xiàn)出來(lái)的趨勢(shì)基本與I相同，表明茶葉色澤的純度會(huì)逐年下降，即褪色。

2.3.2茶湯顏色分析

對(duì)于茶湯進(jìn)行定量分析的步驟如下：

從各個(gè)茶葉樣本中取出相同分量的茶葉，經(jīng)開(kāi)水沖泡后過(guò)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(pán)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(guān)圖像（這里研究人員通常使用數(shù)碼相機(jī)）。

從表中的數(shù)據(jù)我們可以得到結(jié)論，茶湯顏色的變化基本與干茶保持一樣的趨勢(shì)。當(dāng)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(shì)，飽和度S則無(wú)明顯規(guī)律，主要是因?yàn)樵讷@取高維信息在邊緣的分布情況時(shí)，部分有用信息受到了壓縮。

綜上所述，我們可以得出一個(gè)較為一致的結(jié)論：當(dāng)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(chǔ)存時(shí)間的增長(zhǎng)，茶葉無(wú)論老嫩，H都會(huì)向棕褐色靠攏，H的標(biāo)準(zhǔn)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(tái)，Ben明基電腦一臺(tái)，日本Minolta chromatic meter CR--300型彩色差計(jì)。

具體的方法與步驟簡(jiǎn)述如下：

第一步，在掃描儀的平板玻璃上，均勻?yàn)⑸蠈⒁獧z測(cè)的茶葉樣本，鋪灑的厚度應(yīng)保證盡量不露出間隙。此處，研究人員采用系統(tǒng)默認(rèn)值，并將該值于相應(yīng)的Photo shop軟件中輸入。

第二步，進(jìn)行茶樣參數(shù)讀取。首先，研究人員選定相關(guān)圖區(qū)，挨個(gè)讀取每一像素點(diǎn)的色澤參數(shù)——LAB值，隨后計(jì)算出它們?nèi)咂骄?。其次，?duì)相應(yīng)圖片選區(qū)使用“模糊”濾鏡中的“平均”選項(xiàng)，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(jìn)行平均化處理后的LAB值。

4　研究進(jìn)展

在如今的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，研究人員需要依據(jù)茶葉特征、品質(zhì)良莠來(lái)進(jìn)行在等級(jí)上的劃分，使得滿足不同消費(fèi)者的需求，從而帶來(lái)更高的茶葉經(jīng)濟(jì)效益。而諸如計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和視覺(jué)模擬技術(shù)等，都在很大程度上提高了人為感官鑒定的準(zhǔn)確度和一致性，并且使得檢測(cè)結(jié)果數(shù)值化、定量化，避免了模糊性。至此，計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施的應(yīng)用，已經(jīng)成為茶葉品質(zhì)鑒定的新里程碑。面對(duì)市場(chǎng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)施，提高茶葉品質(zhì)鑒定的效率和收效無(wú)疑是最高效的方式，其應(yīng)用前景不可估量。

［1］張文錦，王峰，翁伯琦.中國(guó)茶葉質(zhì)量安全的現(xiàn)狀、問(wèn)題及保障體系構(gòu)建［J］.福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版）.2011（4）：27-31.

［2］孫琳，李瑞利，周雪芳等.氣相色譜—嗅覺(jué)測(cè)量技術(shù)及其在茶葉活性香氣化合物檢測(cè)中應(yīng)用的研究進(jìn)展［J］.食品工業(yè)科技.2012（16）：396-399

［3］倪倩，佟玲，高鈞等.高效液相色譜-質(zhì)譜法及模式識(shí)別法用于鑒別普洱生茶與熟茶［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊(cè)）.2012（2）：171-174.

［4］王勝鵬，宛曉春，林茂先等.基于水分、全氮量和粗纖維含量的茶鮮葉原料質(zhì)量近紅外評(píng)價(jià)方法［J］.茶葉科學(xué).2011（1）：66-71.

［5］郭敏明，師大亮，黃海濤等.鮮葉攤放養(yǎng)護(hù)對(duì)提高夏秋醇香綠茶品質(zhì)的研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué).2012（10）：1437-1439.

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