计算机技术在茶叶筛选中的应用

赵 杰，杨玉坤，孙 瑞

（河北机电职业技术学院，河北邢台 054000）

计算机技术在茶叶筛选中的应用

赵 杰，杨玉坤，孙 瑞

（河北机电职业技术学院，河北邢台 054000）

茶叶的筛选是建立在茶叶色泽选择的感官评定指标上的一种方式,传统的茶叶筛选需要大量的人力资源，但是随着计算机技术的不断发展，如何实施茶叶筛选的计算机视觉识别成为现阶段茶叶产业中的重要研究课题。本文以计算机技术为技术，对于在RGB空间中筛选出不同类型的茶叶展开了聚类分析。通过实验最终结果发现借助于计算机技术可以有效地实现对不同种类茶叶的筛选。

计算机技术；茶叶筛选；色泽聚类分析

茶叶的好坏需要从色、香、味、形以及叶底等多种角度进行选择，其中在茶叶筛选中最为重要的就是对茶叶色泽的评审，这是决定茶叶品质最为重要的指标之一。茶叶的色泽取决于茶叶自身内含的微量物质在加工过程中是所发生的一系列的氧化聚合反应，因此我国在对于茶叶的研究中依照茶叶的色泽将茶叶进行了分类以及命名。现如今按照成品茶的颜色可以将茶叶分为绿茶、红茶、乌龙茶、黄茶、黑茶和白茶六大类。随着我国计算机技术的不断发展以及人们物质生活的不断完善，人们对于茶叶的筛选进行了很多角度的研究。早在上世纪末就开始有人探究借助于分光光度法或是色差计法等多种理化层面的筛选方式进行茶叶色泽的选择，并成系统的构建了一系列的品质和色泽中间存在的相关模型。现如今我国已经进入了信息化时代，计算机技术被广泛的运用到我们的生活和生产中，因此，从理论上来说，将计算机技术运用到茶叶筛选工作中是可行的。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本次试验为了更好地进行茶叶颜色的辨别，选择了保质期内的红茶、绿茶和乌龙茶三大种类，其中共包含了18个品种,可见其具有极高的代表性。且在试验进行之前进行了茶梗的剔除工作。

1.2 图像采集方法

在计算机技术下进行茶叶的筛选其中存在着一定的实验误差，其最主要的误差来源于试验过程中光线的强弱、取景的现状等，所以首先我们需要先设计出一套完善的光漫反射的光源系统，从而保证试验的光线稳定，减少误差是产生。在采集图像之前需要对采集系统整体进行调试，以确保镜头的光圈处于适当位置,使摄像头的感光量达到标定值，随后还需要对镜头的景深进行设置，尽可能使物料图像占据监视器的绝大多面积。对镜头的焦距进行调整，使茶叶的图像可以清晰的显示在监视器上。只有完成了上述的调整之后确保系统处于最佳状态，才可以进行数据的采集。

为了提高本次试验的代表性，在茶叶的选择上选择了红茶、绿茶和乌龙茶三大类，且其中包含18中类型的茶叶，对于每一种茶叶的选取中随机抽取20个样本，其样本的质量控制在5克左右，因此，对于试验材料的样本的选择就高达60个，提高了试验的说服力。为了配出其他颜色对于茶叶颜色的干扰，本次试验选用白纸板作为背景，把茶叶均匀地铺撒在白纸板上，随后将盛有茶叶的白纸板放在光源箱中设定的样品台上面，展开对其图像的采集工作。每一个样本的图片采集都需要进行多次重复，之后选取平均值设置为采集的原始数据。将所有样品采集的原始数据是以RGB存放的数字图像。

1.3 数据处理的方法

1.3.1 数据的预处理

在数据处理之前需要滤除所得背景以及统计图像中包含的所有像素点的RGB值，且需要计算RGB各自分量的平均值，并根据平均值以及标准差公式计算SR，SG以及SB，其三者的平均值代表了这一样本中茶叶的R、G和B值。且为了提高RGB变量之间的可比性,需要在进行聚类分析之前先进行标准化处理，且涉及到参与分析的所有样本数据。

1.3.2 聚类分析

所谓的聚类分析就是在无管理的状态下进行识别以及分析的一种特殊的方法，其主要依照样本以及指标之间存在着的关系的亲疏程度进行整合，借助于距离以及相似系数等一系列的数据去判定二者的亲疏程度。通过聚类分析中的自身变量所设定的点和空间定义距离的远近对其亲密程度进行分析，由此可见距离越远说明亲密程度越低，从而可以有效地将不同的茶叶颜色进行筛选。

2 结果与讨论

茶叶的筛选主要是对茶叶颜色的筛选，但是茶叶颜色又是一个笼统的概念，其中包括了茶叶的基本色调、茶叶的光泽、茶叶颜色的饱和度以及均匀性多种指标，在茶叶筛选的时候其表面的颜色是最为直接的参考参数。一般来说不同茶叶种类其所表现出的基本特征在参数值上也具有很大的差异。依照上述试验中对于绿茶、乌龙茶和红茶三大类茶叶中18个种类茶叶的图像取样，可以相应的进行图像的RGB各个值的计算与统计。通过对于其数据的分析可知：

（1）绿茶与乌龙茶的 R^、G^、B^这三色的均值都显著的比红茶的三色均值高，根据这些数据的可以准确的将三种茶叶区分开。

（2）从色调均值 H^上分析可发现红茶的色调均值与绿茶、乌龙茶相比更高，所以根据这一数据也可以将三种茶叶进行区分。

（3）以标准差数据进行分析可知绿茶的三个颜色分量的标准差都要比乌龙茶高，所以虽然根据这一数据难以区分出红茶，但是可以准确的进行绿茶与乌龙茶之间的区分。

在多整体的60个样本中最具有代表性的 18个样本的聚类分析中可发现，因为茶叶的色泽上来看红茶与绿茶、乌龙茶之间存在着极其明显的差别，这是由于在茶叶的加工工艺中，红茶与绿茶、乌龙茶之间存在非常大的区别，在红茶的制作过程中，首先鲜叶需要经历萎凋这一过程，使得茶叶的内部酶整体的活性有效的增强，之后还需要通过揉念、发酵以及干燥等一系列的茶叶制作流程，在这些流程中使得茶叶中原本包含的大量的多酚类物质通过氧化还原反应转化成了茶黄素、茶红素等有色物质，因此使得茶叶最终的色泽比绿茶、乌龙茶更深。纵使在绿茶的制作中杀青会造成茶叶自身颜色的一定变化，乌龙茶在制作过程中做青工序也会导致茶叶最终的颜色存在变化，但是由于二者与红茶相比工序不同，所以茶叶内部的物质所表现出的变化幅度存在差异，因此茶叶的外部颜色的色泽也就具有明显的区别。

对于绿茶和乌龙茶的对比，首先从加工工序上看是存在着很大的区别的。一般来说绿茶的制作需要经过杀青、造型以及干燥等重要的环节，而乌龙茶则需要先进行萎凋，采用晒青或者是凉青的方式，随后还需要经过做青、揉捻和干燥的几道工序才能支撑。其中绿茶的杀青与乌龙茶的做青就是其茶叶最终形成颜色最为关键的工序，所以由于两种茶叶选择的制作工序存在差别，因此最终茶叶内部所含有的物质发生的化学变化也就不同，最终就反映在了茶叶制作完成时茶叶颜色的不同。虽然二者的颜色对比不明显，但是借助于计算机足以进行二者的筛选。

3 结论

综上所述，将计算机技术运用到茶叶筛选中具有一定的可行性，在计算机技术进行茶叶的筛选过程中主要借助于不同种类茶叶颜色不同为依据，且根据试验的数据分析可以发现RGB空间中借助计算机技术可以准确的把红茶、绿茶和乌龙茶通过颜色识别的方式区分出来，且准确率很高，将计算机技术进行茶叶筛选这一技术手段投入到茶叶生产中去，可以大大减少了茶叶筛选中的人力投入，从而有效降低了茶叶生产的时间成本以及人力消耗，对提高茶叶生产的利益以及速度，对于我国茶叶产业的现代化发展都具有积极的意义。

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赵 杰（1984-），女，山东曲阜人，硕士研究生，河北机电职业技术学院计算机信息工程系讲师，研究方向：软件技术。

杨玉坤（1981-），男，河北内丘人，硕士研究生，河北机电职业技术学院教务处工程师，研究方向：计算机应用。

孙 瑞（1986-），女，河北邢台人，硕士研究生，河北机电职业技术学院计算机信息工程系讲师，研究方向：通信技术，信号与信息处理。