计算机图像处理技术在茶叶感官品质检测中的应用研究

齐会娟，李德雄（石家庄铁路职业技术学院信息工程系，河北石家庄050061）



计算机图像处理技术在茶叶感官品质检测中的应用研究

齐会娟，李德雄
（石家庄铁路职业技术学院信息工程系，河北石家庄050061）

摘要：本文主要是以计算机图像处理技术为核心，以图像处理系统为基础，对茶叶感官品质检测的应用进行研究。首先详细介绍了计算机图像处理技术，然后详解了茶叶的感官品质的内容，最后以图像处理系统为基础，分析了茶叶感官品质如何使用图像处理技术来实现品质检测和质量鉴定的过程。

关键词：图像处理；茶叶感官品质；图像采集；图像分类

1 概述

随着国家经济水平的不断提升，人们对于物质生活的追求越来越高，尤其是对于健康的生活方式和生活习惯越来越看重，人们迫切希望在日常生活中能够享受更高品质的生活。茶叶作为一种日常保健型饮品，已经成为当前人们日常生活一种必需品。喝茶不仅是一种健康的生活方式，也成了一种享受高品质生活的日常行为。茶叶的好坏则是享受健康生活和高品质生活的关键。对于茶叶而言，茶叶品质的优劣主要从茶叶的外形、颜色、味道等直接感官品质来鉴定，这也是当前国内外评判茶叶品质优劣与质量等级的主要方法。然而，这种茶叶鉴定的方式传统上都是人为操作得到，即通过茶叶鉴定师的直观观察，通过茶叶的外形、香味、形状、颜色等诸多方面的感官品质，来对茶叶进行质量评定。随着计算机技术的不断发展，图像鉴定技术得到广泛的应用，通过图像鉴定技术以及计算机处理技术，能够快速自动地将图像中的内容进行识别，从而进行相关的处理。对茶叶感官品质的检测，能否同样适用计算机的图像处理技术来进行茶叶品质的质量鉴定呢？如果能够研究成功，将对茶叶鉴定工作的质量和效率提升，都是非常有帮助的。

2 计算机图像处理技术

图像处理技术是计算机图像处理系统的核心技术，是在一定的硬件设备支持下，通过软件算法的处理过程来得到最终的结果。随着行业的基本需求，图像处理技术的应用向图像识别的方向发展，即在图像优化的基础上，对图像内的特征进行提取识别，从而判断出图像内部展示的内容信息。如图1所示，为图像处理技术的图像识别的基本流程。

图1 图像处理技术的图像识别过程

由图1可知，图像处理技术的图像识别的主要流程包括原始图像输入、图像增强、复原的预处理过程、图像特征分割、图像特征提取、图像分类、识别或分类结果输出几个过程，每个步骤中包含的均为图像处理技术的核心技能。

其中，图像识别的预处理过程即为传统意义的图像优化技术，即对原始输入图像数据的视觉增强处理，一般使用的技术为滤波技术或图像灰度直方图修正技术。在数字图像处理技术的图像识别前端，需要有专门图像采集设备来完成图像的输入工作，一般都是通过数码相机来直接摄影拍摄，然而在拍摄过程中，必不可免的会在图像内产生镜头斑点或者产生一些多余的噪声数据。图像滤波技术是将原始输入图像的数字数据进行傅里叶变换，将时域数据转换成频域数据，然后根据实际的需求采用高通滤波器或低通滤波器或中值滤波器将想要的二进制图像的频域数据进行滤波，从而实现图片的噪音数据去除、清晰模糊图像的目的。图像灰度直方图的修正技术则是利用灰度映射函数为关键核心，然后通过每个图像中的二进制数据值点的在任何一个顶一顶直方图内都有相同的灰度等级的一种处理方法，从而有效地实现了每个图片的视觉效果增强，实现了同一区域内拥有相同灰度值的图像增强效果，而处在不同区域之间的图像之间的轮廓线条表现的更加直观，锐化度更高，这也为后续的图像切割操作的具体算法实现奠定了坚实的基础。

图像特征分割的主要目的是针对预处理后的图像选取其中某个测定区域，按照一定的算法对其进行分割处理，从而将分割后的图片再次进行图片特征提取的操作，为后续的分类奠定基础。图像特征分割的主要思想是按照目标测定区域内的图像轮廓进行分割，一般的，在图像中，一个特征物体的轮廓与背景图像会产生剧烈的变化，从图像数字值方面来说，在灰度值表现方式来说，其值发生巨变，所以在对图像进行分割处理时，可以采用图像二值化的处理方法来实现图像处理的分割，从而实现计算机快速处理、低存储地实现图像特征分割的工作。

图像特征提取技术主要是对边缘检测和图像分割后的数据进行特征分析和比对，当然在特征提取中常见的技术则是图片细化技术，通过图片细化，可以图片的表现特种中获取图片内容的具体形状特征，同时也能减少信息的冗余量，简化图片分类和数据处理的处理量。针对图片细化的技术非常多，一般常见的是提取图片骨架的方法，即判断当前点与其附近的八个相邻的点之间的数值关系，如果这个点属于图像细化表中的特征点，那么就可以删除，如果不是，则需要保留，通过对整个图片中的每个数值点进行处理之后，即可完整图片特征内容的特征提取。在完成图片细化处理之后，即可提取图片的特征，图根据图片特征区域内的数值三原色数值、图片细化后的特征区域表现的特征等基本情况，即可判断图片内容属于何种情况，即可对其进行分类处理。

3 茶叶感官品质

茶叶的感官品质是对茶叶品质好坏的最直观的表现，一般的，茶叶感官品质所表现的内容包括茶叶浸出物的色泽、茶叶的外形、香气等诸多方面。在茶叶感官品质在中，外形是一个重要的指标，如在浸泡之后茶叶的形状表现，是否洁净、是否有所破损等等，这些都是评价一款茶叶的品质优化、质量高低的重要指标。在色泽方面，干茶的颜色，茶叶浸出物表现的色泽、透明度、汤色，还有茶叶叶底颜色等，也是对茶叶从颜色方面重要的评价指标。同时，在茶叶感官品质的测量方面，茶叶的香味也一个重要方面，“未饮其茶，先闻其香”就是品茶师对一个茶叶品质评定的一个重要的评定方向。茶叶的滋味则是通过人的味觉感官对茶叶进行评定的另外一个方面，茶叶的浸出物中包含了人体日常所需的氨基酸、多酚类物质、芳香物等诸多影响成分，所以，在对茶叶品质鉴定方面，需要对其滋味进行核心评价，这也是体现茶叶营养价值最基本、最核心的一个测量标准。

所以，人为地对茶叶进行品质鉴定、质量评定的工作，主要方式就是通过观其色、观其状、嗅其味、品其味等几个方面进行评定，如通过观察干茶叶的外观形状的松紧程度、均匀程度、颜色和茶叶光泽度，茶叶浸出物的色泽、茶叶伸展程度、是否破损等多个方面来评定茶叶的外在品质，从茶叶的浸出物的颜色、气味、滋味、茶叶鲜嫩程度等来判断茶叶的内在品质，从内在品质和外在品质的综合感官评价，来鉴定整个茶叶的感官品质，从而决定该款茶叶的整体质量。

4 利用图像处理技术来检测茶叶感官品质

茶叶的观感品质的鉴定主要是从对茶叶的形状、外观、色泽、老嫩程度等视觉方面，茶叶以及茶叶浸出物的香味等嗅觉方面以及茶叶浸出物的滋味等味觉方面来综合评价一款茶叶的品质优劣和质量的高低。而利用计算机图像处理技术，则主要是从茶叶的视觉感官方面，对茶叶的外形、外观、颜色以及茶叶浸出物的茶叶条索、汤色、破损程度和洁净程度来综合评价茶叶的品质。

利用图像处理技术实现茶叶感官品质检测系统属于计算机图像处理技术的专门应用系统，即将计算机图像技术系统对茶叶的感官品质进行检测。如图2所示，为集中基于CCD图像采集器的计算机图像采集系统。

图2 计算机图像处理系统框架图

如图2所示，首先在计算机图像处理系统的前端应用中，需要有专门的数码摄像机或者CCD图像采集装备，将对生产的茶叶以及茶叶的浸出物进行图像采集，并作为整个系统的数据（图像）输入，对目标进行采集。采集图像的目标主要包括干茶叶和茶叶浸出物两个内容，当然，为了能够采集到清晰的图像，在采集现场安装相关的光源来辅助采集。

当干茶叶和茶叶浸出物的图像通过CCD图像采集设备采集之后，接口通过采集卡进入到计算机系统并进行存储。此时，计算机系统即可开始对采集的图像进行处理和识别。针对干茶叶和茶叶浸出物的图像处理过程，主要包括图像增强、复原的预处理，图像特征分割，图像特征提取，图像对比，结果输出等过程。首先在整个系统运行之前，相关人员需要将茶叶品质等级的模型数据输入到整个计算机图像处理系统中，为茶叶感官品质优劣和等级鉴定构建映射对比库，而后，计算机首先对采集到的干茶叶和茶叶浸出物的图片进行图像预处理，对图片内的边缘模糊或影像斑点的地方通过图像过滤的处理方法，进行图像滤波处理，然后对其进行直方图均衡化处理，除去图像采集过程中由于环境或设备因素对茶叶图像造成的异常结果的数据。再得到清晰的预处理的干茶叶和茶叶浸出物图片之后，就可以对其进行图像边缘鉴定和图像分割，主要方法是对图像内的数据值进行分析，找到像素发生突变的地方从而定义为图像特征的轮廓，然后采用图像二值图的方法对其进行图形分割，从而得到相应的特征图像内容，如干茶叶的某个茶叶的图像、茶叶浸出物的伸展茶叶的图像、茶水的图像等。然后将这些图像进行图像分析，并与预置数据库中的数据进行对比分析，如根据茶叶的伸展情况、完整度或破损度对该茶叶外形品质进行对比定位，根据茶叶的颜色值对茶叶的鲜嫩度进行对比评定，根据茶水的色泽对茶叶的浸出物品质进行对比评定，从而将各个图像特征内容进行分类处理，最后根据综合评价，对茶叶的品质，从视觉感官上给出茶叶质量高低的评价。

当然，针对茶叶的感官品质检测，不仅仅包含外在的品质检测，还需要有专门的茶叶鉴定师，对茶叶浸出物的气味、滋味等方面进行内在的评定，给定综合意见才能结合计算机图像处理系统给定的茶叶等级评定，为茶叶综合品质和质量进行评定。

5 总结

利用计算机图像处理技术来实现茶叶感官品质检测，主要是采用图像处理系统，对茶叶的视觉感觉表现的外形、颜色、条索、色泽等多方面的特征进行图像采集，并通过图像预处理、图像特征分割，图像特征提取，图像对比分类来给定茶叶的品质评定，从而完成茶叶感官品质的检测，提升茶叶的生产效率和生产质量。

参考文献

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基金项目：虚拟现实技术在传承及复原传统古建筑中的研究。项目编号：1521014基金项目：互联网+BIM工程信息共享平台的研究与设计。项目编号：15214519

作者简介：齐会娟（1980-），女，河北元氏人，硕士，讲师，从事虚拟现实等计算机应用方面研究。