使用计算机技术鉴定茶叶品质的技术分析

马道京

（黔南民族医学高等专科学校，贵州都匀 558000）

使用计算机技术鉴定茶叶品质的技术分析

马道京

（黔南民族医学高等专科学校，贵州都匀 558000）

判断茶叶品质良莠的标准主要在色、香、味、形这四个方面，其中最主要的就是茶叶本质的色泽，它是人体所能感受到的最直接的反映。基于依赖人体感官来鉴定茶叶品质的方式在准确度和一致性上差异过大的问题，在经济发展和科学技术的推动下，使用计算机技术和设施鉴定茶叶品质的方式已经成为当前主流。本文主要将以计算机图像处理技术为主体，介绍目前计算机技术和设施对于鉴定茶叶品质的应用思路，以及近年来的研究发展。

计算机技术和设施；鉴定茶叶品质；应用思路分析

虽然感官评审方式在茶叶品质鉴定方面已被应用多年，但其判断标准收到评审者的喜好、感官敏感度等多方面影响，其精准度和一致度存在着很大的差异。依托于经济发展和计算机应用的普及，计算机质量与功能的不断提高，农业方面对于计算机技术和设施的应用开始普及。关于利用计算机图像处理技术鉴定分析茶叶品质的报道表明，计算机技术和设施在茶叶品质鉴定方面的应用前景非常广阔。

1　计算机图像处理技术

使用计算机图像处理技术来对茶叶品质鉴定的方式逐渐被各大研究地区所应用，其主要内容如下：

1.1计算机图像处理技术简介

利用计算机模拟和实现人类的部分视觉功能，将要鉴定的对象通过图像处理系统映射成数字图像，并根据人类判断标准来对鉴定对象进行识别，并对其分类和分级的方式就成为计算机图像处理系统，也就是数字图像处理系统。

我们所常知的数字图像处理系统的组成部分主要有：包含摄像机、光源箱在内的视觉系统，也是图像输入系统或者成像视觉系统；计算机系统；包含A/D转化卡与其支持软件在内的A/D转换系统；以及对所鉴定物的图像进行开发和分析的分析处理系统。

使用计算机对视觉判断进行辅助，能够更好地提高鉴定结果的效率，并达到定量化、标准化的统一。除此之外，计算机图像处理系统不会受到人类心理作用的干扰，在颜色感应和判定方面也更为灵敏，大大提高了其处理图像的精确度和准度。

1.2计算机图像处理技术应用的过程

利用计算机图像处理技术对茶叶的颜色进行鉴定，其主要过程为：用数码相机或者CCD传感器拍摄并传递茶叶的图像，再用图像卡把传感器模拟出的茶叶信号转化成由红色、蓝色、绿色（即俗称的RGB三原色）的灰度值代表的数字图像。进而，对所得到的数字图像进行分析和处理，即对其分析加工和处理，输出成其他可识别的图像与结果。

综上看来，图像处理技术主要分为两个方面：狭义上，即是对初步得到的茶叶图像进行处理，改善其劣化的程度，使得图像信号得到优化，转化成识别度更高的数字图像信号。在广义上，对进一步优化后所得到的图像信号再加以描述，转换成包含其有效特性的信息。图像处理技术的目的，就是让原始的图像从计算机难以识别的信息向简单化信息转变，进一步加快计算机处理图像信息的速度和效率，便于计算机技术和设施在茶叶品质鉴定和其他农业方面得到大范围和高规模的应用。

1.3计算机帮助感官鉴定茶叶品质的可行性

计算机图像处理技术，不仅可以对茶叶的色泽进行处理，在茶叶形状、嫩度、疏紧、茶汤色等方面皆能应用。其主要方式是：对所要鉴定的茶叶特征量进行提取，再进行定量描述。例如：茶香和茶叶的味道，通常依赖于茶叶的形状和外观，我们可以将茶叶体现出来的外观特征作为基准，再辅之以专家的经验，对茶香和茶味进行间接性的描述，从而是的计算机可以利用自身的识别技术对其进行处理，最后给出结论。再者，计算机图像处理技术主要是采用定量化方式对所提供的茶叶样本进行检测，这就可以实现动态鉴定茶叶品质在储存过程中变化的目的。

利用计算机技术和设施帮助人体感官来鉴定茶叶品质的明显优势在于：第一，鉴定结果准确度和一致性高，尽可能避免了因为人类喜好产生的巨大差异；第二，鉴定结果通常以数值化表示，有效解决了定性指标较模糊的问题。

2　计算机视觉定量描述茶叶色泽

计算机视觉定量系统，即简称的HIS模式颜色系统。它的主要优点就是，可以在定量化的基础上，动态地描述茶叶颜色在储藏过程中的变化。

2.1色泽系统的选择和改良

通常，人类是依据色彩的色调、明亮度和饱和程度来对颜色进行判断和分类。我们把H作为颜色特征的代表，那么I就是人眼对颜色明暗的感应度，饱和度即颜色纯度则用S来表示。这三者的理想化、模型化关系，如图1所示：

图1　颜色理想模型

（a）在经过对颜色系统的选择和改良之后，可以更加贴近人体的视觉特点。

从中我们可以看出，通过对色泽系统的选择和改良之后，茶叶颜色的分布更趋于合理化，并贴近我们理想化的颜色模型。

2.2数据的采集和处理

为了使得所得出的茶叶色泽鉴定数据误差最大程度上的减小，我们必须保持鉴定过程前后的光线明亮和强度、取得图像时的状况基本一致。为了达到这样的效果，要做好以下的准备工作：

光源箱的照亮度必须通过照度仪器的准确测量，以免由于光源箱中的灯管老化而使得照度不足；要对摄像机的颜色相位差进行校对，可以利用白板来做白色平衡；镜头光圈能感受到的光亮必须满足标准值；为使得监视器上的物品资料图像所占面积较大，要对镜头的景深做出调整；调好镜头焦距，使得茶叶在监视器上所反映出来的图像保持清晰。在做完这些准备工作之后，就可以对所要鉴定的茶叶进行数据的搜集和处理。

2.3定量分析

在对所要鉴定的茶叶数据收集好之后，就可以开始定量分析的过程。在这里，我们主要介绍干茶颜色和茶汤颜色两者的定量分析步骤和大致过程。所用到的茶叶样本为1994-1998年里，相同产区的龙井茶（均是在自然条件下密闭储藏的茶叶样品）。

2.3.1干茶颜色分析

分析可以得知：本年度的新茶叶与第二年的茶叶颜色产生的变化最明显，新茶的H更绿。基本规律是，茶叶存放的时间越长，其色调就越会呈现出朝棕褐色贴近的趋势。而龙井茶的I却是呈现出逐年下降的趋势，这证明茶叶的明亮度会随着存放时间的增加而减弱，即变暗。S所呈现出来的趋势基本与I相同，表明茶叶色泽的纯度会逐年下降，即褪色。

2.3.2茶汤颜色分析

对于茶汤进行定量分析的步骤如下：

从各个茶叶样本中取出相同分量的茶叶，经开水冲泡后过滤掉茶叶，得到茶汤。取一定量的茶汤于烧杯中，把烧杯置于托盘上，将其放于照明室中，而后在CCD下得到符合要求的茶汤的相关图像（这里研究人员通常使用数码相机）。

从表中的数据我们可以得到结论，茶汤颜色的变化基本与干茶保持一样的趋势。当中最明显的变化就是茶汤的H，而茶汤的I也同样地表明了相同趋势，饱和度S则无明显规律，主要是因为在获取高维信息在边缘的分布情况时，部分有用信息受到了压缩。

综上所述，我们可以得出一个较为一致的结论：当年的新茶，色泽就较为“新鲜”，而陈年茶的颜色就总体呈现出暗色调。随着茶叶储存时间的增长，茶叶无论老嫩，H都会向棕褐色靠拢，H的标准差也就因而减小。

3　L处理法

首先，该方法需要使用的仪器及软件有：安装有PHOTOSHOP CS软件的电脑一台，Ben明基电脑一台，日本Minolta chromatic meter CR--300型彩色差计。

具体的方法与步骤简述如下：

第一步，在扫描仪的平板玻璃上，均匀洒上将要检测的茶叶样本，铺洒的厚度应保证尽量不露出间隙。此处，研究人员采用系统默认值，并将该值于相应的Photo shop软件中输入。

第二步，进行茶样参数读取。首先，研究人员选定相关图区，挨个读取每一像素点的色泽参数——LAB值，随后计算出它们三者平均值。其次，对相应图片选区使用“模糊”滤镜中的“平均”选项，使选取中的所有颜色的LAB值尽可能相近，并读取出已经进行平均化处理后的LAB值。

4　研究进展

在如今的经济形势下，研究人员需要依据茶叶特征、品质良莠来进行在等级上的划分，使得满足不同消费者的需求，从而带来更高的茶叶经济效益。而诸如计算机图像处理技术和视觉模拟技术等，都在很大程度上提高了人为感官鉴定的准确度和一致性，并且使得检测结果数值化、定量化，避免了模糊性。至此，计算机技术和设施的应用，已经成为茶叶品质鉴定的新里程碑。面对市场的严峻挑战，利用计算机技术和设施，提高茶叶品质鉴定的效率和收效无疑是最高效的方式，其应用前景不可估量。

［1］张文锦，王峰，翁伯琦.中国茶叶质量安全的现状、问题及保障体系构建［J］.福建农林大学学报（哲学社会科学版）.2011（4）：27-31.

［2］孙琳，李瑞利，周雪芳等.气相色谱—嗅觉测量技术及其在茶叶活性香气化合物检测中应用的研究进展［J］.食品工业科技.2012（16）：396-399

［3］倪倩，佟玲，高钧等.高效液相色谱-质谱法及模式识别法用于鉴别普洱生茶与熟茶［J］.理化检验（化学分册）.2012（2）：171-174.

［4］王胜鹏，宛晓春，林茂先等.基于水分、全氮量和粗纤维含量的茶鲜叶原料质量近红外评价方法［J］.茶叶科学.2011（1）：66-71.

［5］郭敏明，师大亮，黄海涛等.鲜叶摊放养护对提高夏秋醇香绿茶品质的研究［J］.浙江农业科学.2012（10）：1437-1439.

马道京（1984-），男，贵州都匀人，硕士研究生，讲师，研究方向：计算机图形图像处理、信息系统及数据库等。