周小琳

（長安大學(xué)信息工程學(xué)院，陜西西安 710000）

茶道作為中國的一種傳統(tǒng)文化，從古至今，茶道、茶藝等一直是典雅、悠意的代名詞，通過品茶可增加人們對人生的感悟，提高自身的思想境界。茶葉依據(jù)地區(qū)、生長環(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，如特級觀音王湯色為金黃透亮、葉底肥厚、余香時間較長，而中高檔觀音王湯色則呈現(xiàn)出金黃清澈，口味甘醇，余香時間略短。傳統(tǒng)茶葉等級檢測過程中，大多是以手工類操控為主，檢測過程中難以形成精準(zhǔn)化的檢測，易令定級過程中造成大量的浪費現(xiàn)象。隨著高新技術(shù)的融入，以計算機(jī)視覺技術(shù)為主的檢測方式，可進(jìn)一步優(yōu)化茶葉等級檢驗過程，提高茶葉等級檢驗準(zhǔn)確性，將其應(yīng)用于茶葉等級檢驗中勢在必行。所以，應(yīng)如何實現(xiàn)計算機(jī)視覺在茶葉等級檢驗中的有效應(yīng)用，是文章重點研究的內(nèi)容。

1 茶葉等級描述

1.1 茶葉形狀的等級描述

茶葉的等級與品質(zhì)是由其鮮葉質(zhì)量和材質(zhì)技術(shù)所決定的，在傳統(tǒng)的茶葉等級檢測中，人們普遍是以感官審評為主，通過對茶葉的外形、香氣、湯色、滋味和葉底包括茶葉的形狀與色澤等五個方面來鑒別茶葉等級與品質(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檢測的重要項目之一，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，干茶形狀分為長條形、卷曲條形、圓形、扁形和針形等，其中最常見也是數(shù)量較多的便是長條形茶葉，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，對于茶葉形狀的等級檢測，可通過觀察采制中存在的一些問題，結(jié)合其他品質(zhì)項目來全面的綜合性分析出茶葉形狀等級。在此過程中，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后便屬于廢物，但因為茶葉在沖泡時吸收水分時，會漲大到鮮葉時得大小，所以對于茶葉形狀的檢測等級來講是比較直觀的，更容易通過葉底來分辨茶葉的真假和等級。

1.2 茶葉色澤的等級描述

茶葉色澤主要包括有葉低色澤、湯色和干茶色澤等三個方面，都是用于區(qū)分茶類的重要依據(jù)，同時也代表著茶葉的品質(zhì)優(yōu)次與等級劃分。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，主要是因為視覺感官分辨色澤的能力與嗅覺和味覺相比，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，使其各自擁有獨特的色澤特點，但無論是什么品種的茶葉，經(jīng)過不同制茶工藝的加工和侵泡，都會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，氣色車要求正常，調(diào)和、忌花雜等，但是當(dāng)干茶經(jīng)過侵泡和制茶工藝之后，它的湯色與葉低便會從色相、亮度和鮮度等方面發(fā)生巨變，形成鮮亮的色澤。同時，茶葉香氣也是分辨和檢測茶葉等級的主要手法之一，是人們通過對茶葉的香氣及其成分研究來判斷茶葉等級的方法之一，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 計算機(jī)視覺系統(tǒng)組成

計算機(jī)視覺系統(tǒng)在施行檢測工序時，主要由外部檢測硬件與內(nèi)部系統(tǒng)軟件組成，整個系統(tǒng)的質(zhì)量性能也將直接決定著整個工序采集過程中的精準(zhǔn)性，如圖像處理、數(shù)據(jù)處理等。與此同時，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，也與整體檢測性能具有較高的關(guān)聯(lián)性。考慮到茶葉與其它農(nóng)作物的不同，要想更加清楚的觀測到茶葉表面上的紋理，傳統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)采集設(shè)備將無法適用于整個操控工序中，為此，需采用平板式掃描儀將其進(jìn)行替代，以對茶葉物質(zhì)形成多維度檢測，且在光學(xué)作用機(jī)理下，內(nèi)部測量精度也將不受外界因素的影響，直接將測定的數(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)字形成對接。通過計算機(jī)視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，可令整體檢測工序形成一種視覺化操控環(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 計算機(jī)視覺在茶葉等級檢驗中的應(yīng)用

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

計算機(jī)視覺在茶葉等級檢驗中的應(yīng)用，普遍是通過利用計算機(jī)視覺技術(shù)獲取茶葉原始圖像后，對其圖像進(jìn)行分析與處理，然后通過對茶葉圖像的分析處理結(jié)果進(jìn)行判斷和檢測茶葉等級。但是在利用計算機(jī)視覺技術(shù)對茶葉圖像的外形色澤特征與規(guī)律進(jìn)行檢測時，是不能用常用的邏輯性進(jìn)行明確分析與描述的，所以常用的計算機(jī)視覺技術(shù)檢測方法是不能對茶葉品質(zhì)與等級進(jìn)行檢驗的。但是，與之不同的是，計算機(jī)視覺技術(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，從而起到對茶葉的等級進(jìn)行檢測的作用。計算機(jī)視覺中的神經(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，是可以通過類似于人類大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的計算機(jī)視覺網(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)與計算機(jī)視覺，將大量內(nèi)部結(jié)構(gòu)點相互并接起來，從而起到對茶葉圖像信息進(jìn)行處理和檢驗的作用。在運用計算機(jī)視覺技術(shù)對茶葉等級進(jìn)行檢驗時，還可通過將茶葉數(shù)據(jù)、圖像、品質(zhì)、圖表等納入茶葉等級檢驗系統(tǒng)等中，并形成四種模塊，分別對茶葉進(jìn)行分級管理和檢驗，以此來提高茶葉等級檢驗結(jié)果的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

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

無論是干茶還是濕茶，在經(jīng)過人們的沖泡和制茶工藝后其大小形狀與色澤都會發(fā)生變化，所以在分辨和檢驗茶葉等級，以及茶葉外形特征時，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，則需要利用計算機(jī)視覺技術(shù)，來提取茶葉圖像外形特征參數(shù)，通過茶葉圖像外形特征參數(shù)的提取，來判斷出茶葉品質(zhì)的好壞與茶葉等級的高低。首先，可通過利用計算機(jī)視覺技術(shù)對干茶或濕茶的外形、色澤等特征參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)識別、測量和分析，然后根據(jù)測量分析出來的結(jié)果，對茶葉的等級進(jìn)行進(jìn)一步的劃分。其次，還可通過利用計算機(jī)視覺技術(shù)，對茶葉的周長、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，提取完畢后在通過計算機(jī)視覺技術(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，對茶葉圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而獲得最精準(zhǔn)的茶葉等級檢驗結(jié)果。

3.3 利用計算機(jī)視覺技術(shù)，去除茶葉圖像噪音

利用計算機(jī)視覺技術(shù)檢驗茶葉等級，主要可通過對茶葉圖像的預(yù)處理、去燥、色澤強(qiáng)度增強(qiáng)劑邊緣截取等，對茶葉圖像的識別及低層圖像處理，來獲取最基本的檢驗成果，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，以此來提高茶葉外形特征參數(shù)提取和識別模式的準(zhǔn)確有效性。所以在利用計算機(jī)視覺技術(shù)檢驗茶葉等級時，應(yīng)將重心放在對茶葉圖像的前期處理方面，通過增強(qiáng)對茶葉圖像的前期處理來提高辨別結(jié)果的準(zhǔn)確有效性。首先，可通過利用計算機(jī)視覺技術(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)域平滑法來消除圖像噪音，并對茶葉圖像邊緣及細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，以此來防止茶葉圖像變的模糊不清晰。其次，再利用計算機(jī)視覺技術(shù)對茶葉圖像進(jìn)行采集，在采集過程中需要在邊界從上、下、左、又等四個方位進(jìn)行標(biāo)記，將最明顯的邊界點進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)記，以此來獲取最精準(zhǔn)的茶葉單個樣本。最后，再利用計算機(jī)視覺技術(shù)去除茶葉圖像噪音的同時，還可通過利用相關(guān)設(shè)備將茶葉圖像掃描出來，對去燥完成的茶葉圖像進(jìn)行失真率測色，以此來確保茶葉圖像二值化的灰度值有效性，進(jìn)而提高茶葉等級檢驗的精準(zhǔn)度。

結(jié)語

綜上所述，通過利用計算機(jī)視覺對茶葉的等級進(jìn)行檢驗，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)茶葉等級檢驗的準(zhǔn)確性。所以，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重視這一優(yōu)勢，積極采取有效措施，快速落實計算機(jī)視覺技術(shù)在茶葉等級檢驗中的應(yīng)用，以其獲取更加精準(zhǔn)的茶葉等級檢測成果。