計(jì)算機(jī)技術(shù)在茶葉篩選中的應(yīng)用

趙 杰，楊玉坤，孫 瑞

（河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái) 054000）

計(jì)算機(jī)技術(shù)在茶葉篩選中的應(yīng)用

趙 杰，楊玉坤，孫 瑞

（河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái) 054000）

茶葉的篩選是建立在茶葉色澤選擇的感官評(píng)定指標(biāo)上的一種方式,傳統(tǒng)的茶葉篩選需要大量的人力資源，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，如何實(shí)施茶葉篩選的計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別成為現(xiàn)階段茶葉產(chǎn)業(yè)中的重要研究課題。本文以計(jì)算機(jī)技術(shù)為技術(shù)，對(duì)于在RGB空間中篩選出不同類型的茶葉展開(kāi)了聚類分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類茶葉的篩選。

計(jì)算機(jī)技術(shù)；茶葉篩選；色澤聚類分析

茶葉的好壞需要從色、香、味、形以及葉底等多種角度進(jìn)行選擇，其中在茶葉篩選中最為重要的就是對(duì)茶葉色澤的評(píng)審，這是決定茶葉品質(zhì)最為重要的指標(biāo)之一。茶葉的色澤取決于茶葉自身內(nèi)含的微量物質(zhì)在加工過(guò)程中是所發(fā)生的一系列的氧化聚合反應(yīng)，因此我國(guó)在對(duì)于茶葉的研究中依照茶葉的色澤將茶葉進(jìn)行了分類以及命名?，F(xiàn)如今按照成品茶的顏色可以將茶葉分為綠茶、紅茶、烏龍茶、黃茶、黑茶和白茶六大類。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們物質(zhì)生活的不斷完善，人們對(duì)于茶葉的篩選進(jìn)行了很多角度的研究。早在上世紀(jì)末就開(kāi)始有人探究借助于分光光度法或是色差計(jì)法等多種理化層面的篩選方式進(jìn)行茶葉色澤的選擇，并成系統(tǒng)的構(gòu)建了一系列的品質(zhì)和色澤中間存在的相關(guān)模型。現(xiàn)如今我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛的運(yùn)用到我們的生活和生產(chǎn)中，因此，從理論上來(lái)說(shuō)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到茶葉篩選工作中是可行的。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)為了更好地進(jìn)行茶葉顏色的辨別，選擇了保質(zhì)期內(nèi)的紅茶、綠茶和烏龍茶三大種類，其中共包含了18個(gè)品種,可見(jiàn)其具有極高的代表性。且在試驗(yàn)進(jìn)行之前進(jìn)行了茶梗的剔除工作。

1.2 圖像采集方法

在計(jì)算機(jī)技術(shù)下進(jìn)行茶葉的篩選其中存在著一定的實(shí)驗(yàn)誤差，其最主要的誤差來(lái)源于試驗(yàn)過(guò)程中光線的強(qiáng)弱、取景的現(xiàn)狀等，所以首先我們需要先設(shè)計(jì)出一套完善的光漫反射的光源系統(tǒng)，從而保證試驗(yàn)的光線穩(wěn)定，減少誤差是產(chǎn)生。在采集圖像之前需要對(duì)采集系統(tǒng)整體進(jìn)行調(diào)試，以確保鏡頭的光圈處于適當(dāng)位置,使攝像頭的感光量達(dá)到標(biāo)定值，隨后還需要對(duì)鏡頭的景深進(jìn)行設(shè)置，盡可能使物料圖像占據(jù)監(jiān)視器的絕大多面積。對(duì)鏡頭的焦距進(jìn)行調(diào)整，使茶葉的圖像可以清晰的顯示在監(jiān)視器上。只有完成了上述的調(diào)整之后確保系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

為了提高本次試驗(yàn)的代表性，在茶葉的選擇上選擇了紅茶、綠茶和烏龍茶三大類，且其中包含18中類型的茶葉，對(duì)于每一種茶葉的選取中隨機(jī)抽取20個(gè)樣本，其樣本的質(zhì)量控制在5克左右，因此，對(duì)于試驗(yàn)材料的樣本的選擇就高達(dá)60個(gè)，提高了試驗(yàn)的說(shuō)服力。為了配出其他顏色對(duì)于茶葉顏色的干擾，本次試驗(yàn)選用白紙板作為背景，把茶葉均勻地鋪撒在白紙板上，隨后將盛有茶葉的白紙板放在光源箱中設(shè)定的樣品臺(tái)上面，展開(kāi)對(duì)其圖像的采集工作。每一個(gè)樣本的圖片采集都需要進(jìn)行多次重復(fù)，之后選取平均值設(shè)置為采集的原始數(shù)據(jù)。將所有樣品采集的原始數(shù)據(jù)是以RGB存放的數(shù)字圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理的方法

1.3.1 數(shù)據(jù)的預(yù)處理

在數(shù)據(jù)處理之前需要濾除所得背景以及統(tǒng)計(jì)圖像中包含的所有像素點(diǎn)的RGB值，且需要計(jì)算RGB各自分量的平均值，并根據(jù)平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差公式計(jì)算SR，SG以及SB，其三者的平均值代表了這一樣本中茶葉的R、G和B值。且為了提高RGB變量之間的可比性,需要在進(jìn)行聚類分析之前先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，且涉及到參與分析的所有樣本數(shù)據(jù)。

1.3.2 聚類分析

所謂的聚類分析就是在無(wú)管理的狀態(tài)下進(jìn)行識(shí)別以及分析的一種特殊的方法，其主要依照樣本以及指標(biāo)之間存在著的關(guān)系的親疏程度進(jìn)行整合，借助于距離以及相似系數(shù)等一系列的數(shù)據(jù)去判定二者的親疏程度。通過(guò)聚類分析中的自身變量所設(shè)定的點(diǎn)和空間定義距離的遠(yuǎn)近對(duì)其親密程度進(jìn)行分析，由此可見(jiàn)距離越遠(yuǎn)說(shuō)明親密程度越低，從而可以有效地將不同的茶葉顏色進(jìn)行篩選。

2 結(jié)果與討論

茶葉的篩選主要是對(duì)茶葉顏色的篩選，但是茶葉顏色又是一個(gè)籠統(tǒng)的概念，其中包括了茶葉的基本色調(diào)、茶葉的光澤、茶葉顏色的飽和度以及均勻性多種指標(biāo)，在茶葉篩選的時(shí)候其表面的顏色是最為直接的參考參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)不同茶葉種類其所表現(xiàn)出的基本特征在參數(shù)值上也具有很大的差異。依照上述試驗(yàn)中對(duì)于綠茶、烏龍茶和紅茶三大類茶葉中18個(gè)種類茶葉的圖像取樣，可以相應(yīng)的進(jìn)行圖像的RGB各個(gè)值的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)于其數(shù)據(jù)的分析可知：

（1）綠茶與烏龍茶的 R^、G^、B^這三色的均值都顯著的比紅茶的三色均值高，根據(jù)這些數(shù)據(jù)的可以準(zhǔn)確的將三種茶葉區(qū)分開(kāi)。

（2）從色調(diào)均值 H^上分析可發(fā)現(xiàn)紅茶的色調(diào)均值與綠茶、烏龍茶相比更高，所以根據(jù)這一數(shù)據(jù)也可以將三種茶葉進(jìn)行區(qū)分。

（3）以標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知綠茶的三個(gè)顏色分量的標(biāo)準(zhǔn)差都要比烏龍茶高，所以雖然根據(jù)這一數(shù)據(jù)難以區(qū)分出紅茶，但是可以準(zhǔn)確的進(jìn)行綠茶與烏龍茶之間的區(qū)分。

在多整體的60個(gè)樣本中最具有代表性的 18個(gè)樣本的聚類分析中可發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椴枞~的色澤上來(lái)看紅茶與綠茶、烏龍茶之間存在著極其明顯的差別，這是由于在茶葉的加工工藝中，紅茶與綠茶、烏龍茶之間存在非常大的區(qū)別，在紅茶的制作過(guò)程中，首先鮮葉需要經(jīng)歷萎凋這一過(guò)程，使得茶葉的內(nèi)部酶整體的活性有效的增強(qiáng)，之后還需要通過(guò)揉念、發(fā)酵以及干燥等一系列的茶葉制作流程，在這些流程中使得茶葉中原本包含的大量的多酚類物質(zhì)通過(guò)氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化成了茶黃素、茶紅素等有色物質(zhì)，因此使得茶葉最終的色澤比綠茶、烏龍茶更深?？v使在綠茶的制作中殺青會(huì)造成茶葉自身顏色的一定變化，烏龍茶在制作過(guò)程中做青工序也會(huì)導(dǎo)致茶葉最終的顏色存在變化，但是由于二者與紅茶相比工序不同，所以茶葉內(nèi)部的物質(zhì)所表現(xiàn)出的變化幅度存在差異，因此茶葉的外部顏色的色澤也就具有明顯的區(qū)別。

對(duì)于綠茶和烏龍茶的對(duì)比，首先從加工工序上看是存在著很大的區(qū)別的。一般來(lái)說(shuō)綠茶的制作需要經(jīng)過(guò)殺青、造型以及干燥等重要的環(huán)節(jié)，而烏龍茶則需要先進(jìn)行萎凋，采用曬青或者是涼青的方式，隨后還需要經(jīng)過(guò)做青、揉捻和干燥的幾道工序才能支撐。其中綠茶的殺青與烏龍茶的做青就是其茶葉最終形成顏色最為關(guān)鍵的工序，所以由于兩種茶葉選擇的制作工序存在差別，因此最終茶葉內(nèi)部所含有的物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)變化也就不同，最終就反映在了茶葉制作完成時(shí)茶葉顏色的不同。雖然二者的顏色對(duì)比不明顯，但是借助于計(jì)算機(jī)足以進(jìn)行二者的篩選。

3 結(jié)論

綜上所述，將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到茶葉篩選中具有一定的可行性，在計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行茶葉的篩選過(guò)程中主要借助于不同種類茶葉顏色不同為依據(jù)，且根據(jù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)RGB空間中借助計(jì)算機(jī)技術(shù)可以準(zhǔn)確的把紅茶、綠茶和烏龍茶通過(guò)顏色識(shí)別的方式區(qū)分出來(lái)，且準(zhǔn)確率很高，將計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行茶葉篩選這一技術(shù)手段投入到茶葉生產(chǎn)中去，可以大大減少了茶葉篩選中的人力投入，從而有效降低了茶葉生產(chǎn)的時(shí)間成本以及人力消耗，對(duì)提高茶葉生產(chǎn)的利益以及速度，對(duì)于我國(guó)茶葉產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展都具有積極的意義。

[1]蔡健榮.利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)定量描述茶葉色澤 [J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2000，31(4):67～70.

[2]許祿，邵學(xué)廣.化學(xué)計(jì)量學(xué)方法[M].北京:科學(xué)出版社，2004.

[3]嚴(yán)峻，林剛.測(cè)色技術(shù)在茶葉色澤及品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J]，茶葉通報(bào)，1995，(1):7～9.

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趙 杰（1984-），女，山東曲阜人，碩士研究生，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程系講師，研究方向：軟件技術(shù)。

楊玉坤（1981-），男，河北內(nèi)丘人，碩士研究生，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

孫 瑞（1986-），女，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程系講師，研究方向：通信技術(shù)，信號(hào)與信息處理。