齊會(huì)娟，李德雄（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，河北石家莊050061）

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計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶葉感官品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用研究

齊會(huì)娟，李德雄
（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，河北石家莊050061）

摘要：本文主要是以計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為核心，以圖像處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)茶葉感官品質(zhì)檢測(cè)的應(yīng)用進(jìn)行研究。首先詳細(xì)介紹了計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，然后詳解了茶葉的感官品質(zhì)的內(nèi)容，最后以圖像處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分析了茶葉感官品質(zhì)如何使用圖像處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)品質(zhì)檢測(cè)和質(zhì)量鑒定的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：圖像處理；茶葉感官品質(zhì)；圖像采集；圖像分類(lèi)

1 概述

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們對(duì)于物質(zhì)生活的追求越來(lái)越高，尤其是對(duì)于健康的生活方式和生活習(xí)慣越來(lái)越看重，人們迫切希望在日常生活中能夠享受更高品質(zhì)的生活。茶葉作為一種日常保健型飲品，已經(jīng)成為當(dāng)前人們?nèi)粘Ｉ钜环N必需品。喝茶不僅是一種健康的生活方式，也成了一種享受高品質(zhì)生活的日常行為。茶葉的好壞則是享受健康生活和高品質(zhì)生活的關(guān)鍵。對(duì)于茶葉而言，茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣主要從茶葉的外形、顏色、味道等直接感官品質(zhì)來(lái)鑒定，這也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外評(píng)判茶葉品質(zhì)優(yōu)劣與質(zhì)量等級(jí)的主要方法。然而，這種茶葉鑒定的方式傳統(tǒng)上都是人為操作得到，即通過(guò)茶葉鑒定師的直觀觀察，通過(guò)茶葉的外形、香味、形狀、顏色等諸多方面的感官品質(zhì)，來(lái)對(duì)茶葉進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像鑒定技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，通過(guò)圖像鑒定技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，能夠快速自動(dòng)地將圖像中的內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，從而進(jìn)行相關(guān)的處理。對(duì)茶葉感官品質(zhì)的檢測(cè)，能否同樣適用計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行茶葉品質(zhì)的質(zhì)量鑒定呢？如果能夠研究成功，將對(duì)茶葉鑒定工作的質(zhì)量和效率提升，都是非常有幫助的。

2 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)的核心技術(shù)，是在一定的硬件設(shè)備支持下，通過(guò)軟件算法的處理過(guò)程來(lái)得到最終的結(jié)果。隨著行業(yè)的基本需求，圖像處理技術(shù)的應(yīng)用向圖像識(shí)別的方向發(fā)展，即在圖像優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像內(nèi)的特征進(jìn)行提取識(shí)別，從而判斷出圖像內(nèi)部展示的內(nèi)容信息。如圖1所示，為圖像處理技術(shù)的圖像識(shí)別的基本流程。

圖1 圖像處理技術(shù)的圖像識(shí)別過(guò)程

由圖1可知，圖像處理技術(shù)的圖像識(shí)別的主要流程包括原始圖像輸入、圖像增強(qiáng)、復(fù)原的預(yù)處理過(guò)程、圖像特征分割、圖像特征提取、圖像分類(lèi)、識(shí)別或分類(lèi)結(jié)果輸出幾個(gè)過(guò)程，每個(gè)步驟中包含的均為圖像處理技術(shù)的核心技能。

其中，圖像識(shí)別的預(yù)處理過(guò)程即為傳統(tǒng)意義的圖像優(yōu)化技術(shù)，即對(duì)原始輸入圖像數(shù)據(jù)的視覺(jué)增強(qiáng)處理，一般使用的技術(shù)為濾波技術(shù)或圖像灰度直方圖修正技術(shù)。在數(shù)字圖像處理技術(shù)的圖像識(shí)別前端，需要有專門(mén)圖像采集設(shè)備來(lái)完成圖像的輸入工作，一般都是通過(guò)數(shù)碼相機(jī)來(lái)直接攝影拍攝，然而在拍攝過(guò)程中，必不可免的會(huì)在圖像內(nèi)產(chǎn)生鏡頭斑點(diǎn)或者產(chǎn)生一些多余的噪聲數(shù)據(jù)。圖像濾波技術(shù)是將原始輸入圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，將時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實(shí)際的需求采用高通濾波器或低通濾波器或中值濾波器將想要的二進(jìn)制圖像的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，從而實(shí)現(xiàn)圖片的噪音數(shù)據(jù)去除、清晰模糊圖像的目的。圖像灰度直方圖的修正技術(shù)則是利用灰度映射函數(shù)為關(guān)鍵核心，然后通過(guò)每個(gè)圖像中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)值點(diǎn)的在任何一個(gè)頂一頂直方圖內(nèi)都有相同的灰度等級(jí)的一種處理方法，從而有效地實(shí)現(xiàn)了每個(gè)圖片的視覺(jué)效果增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了同一區(qū)域內(nèi)擁有相同灰度值的圖像增強(qiáng)效果，而處在不同區(qū)域之間的圖像之間的輪廓線條表現(xiàn)的更加直觀，銳化度更高，這也為后續(xù)的圖像切割操作的具體算法實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖像特征分割的主要目的是針對(duì)預(yù)處理后的圖像選取其中某個(gè)測(cè)定區(qū)域，按照一定的算法對(duì)其進(jìn)行分割處理，從而將分割后的圖片再次進(jìn)行圖片特征提取的操作，為后續(xù)的分類(lèi)奠定基礎(chǔ)。圖像特征分割的主要思想是按照目標(biāo)測(cè)定區(qū)域內(nèi)的圖像輪廓進(jìn)行分割，一般的，在圖像中，一個(gè)特征物體的輪廓與背景圖像會(huì)產(chǎn)生劇烈的變化，從圖像數(shù)字值方面來(lái)說(shuō)，在灰度值表現(xiàn)方式來(lái)說(shuō)，其值發(fā)生巨變，所以在對(duì)圖像進(jìn)行分割處理時(shí)，可以采用圖像二值化的處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像處理的分割，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)快速處理、低存儲(chǔ)地實(shí)現(xiàn)圖像特征分割的工作。

圖像特征提取技術(shù)主要是對(duì)邊緣檢測(cè)和圖像分割后的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析和比對(duì)，當(dāng)然在特征提取中常見(jiàn)的技術(shù)則是圖片細(xì)化技術(shù)，通過(guò)圖片細(xì)化，可以圖片的表現(xiàn)特種中獲取圖片內(nèi)容的具體形狀特征，同時(shí)也能減少信息的冗余量，簡(jiǎn)化圖片分類(lèi)和數(shù)據(jù)處理的處理量。針對(duì)圖片細(xì)化的技術(shù)非常多，一般常見(jiàn)的是提取圖片骨架的方法，即判斷當(dāng)前點(diǎn)與其附近的八個(gè)相鄰的點(diǎn)之間的數(shù)值關(guān)系，如果這個(gè)點(diǎn)屬于圖像細(xì)化表中的特征點(diǎn)，那么就可以刪除，如果不是，則需要保留，通過(guò)對(duì)整個(gè)圖片中的每個(gè)數(shù)值點(diǎn)進(jìn)行處理之后，即可完整圖片特征內(nèi)容的特征提取。在完成圖片細(xì)化處理之后，即可提取圖片的特征，圖根據(jù)圖片特征區(qū)域內(nèi)的數(shù)值三原色數(shù)值、圖片細(xì)化后的特征區(qū)域表現(xiàn)的特征等基本情況，即可判斷圖片內(nèi)容屬于何種情況，即可對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)處理。

3 茶葉感官品質(zhì)

茶葉的感官品質(zhì)是對(duì)茶葉品質(zhì)好壞的最直觀的表現(xiàn)，一般的，茶葉感官品質(zhì)所表現(xiàn)的內(nèi)容包括茶葉浸出物的色澤、茶葉的外形、香氣等諸多方面。在茶葉感官品質(zhì)在中，外形是一個(gè)重要的指標(biāo)，如在浸泡之后茶葉的形狀表現(xiàn)，是否潔凈、是否有所破損等等，這些都是評(píng)價(jià)一款茶葉的品質(zhì)優(yōu)化、質(zhì)量高低的重要指標(biāo)。在色澤方面，干茶的顏色，茶葉浸出物表現(xiàn)的色澤、透明度、湯色，還有茶葉葉底顏色等，也是對(duì)茶葉從顏色方面重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，在茶葉感官品質(zhì)的測(cè)量方面，茶葉的香味也一個(gè)重要方面，“未飲其茶，先聞其香”就是品茶師對(duì)一個(gè)茶葉品質(zhì)評(píng)定的一個(gè)重要的評(píng)定方向。茶葉的滋味則是通過(guò)人的味覺(jué)感官對(duì)茶葉進(jìn)行評(píng)定的另外一個(gè)方面，茶葉的浸出物中包含了人體日常所需的氨基酸、多酚類(lèi)物質(zhì)、芳香物等諸多影響成分，所以，在對(duì)茶葉品質(zhì)鑒定方面，需要對(duì)其滋味進(jìn)行核心評(píng)價(jià)，這也是體現(xiàn)茶葉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最基本、最核心的一個(gè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

所以，人為地對(duì)茶葉進(jìn)行品質(zhì)鑒定、質(zhì)量評(píng)定的工作，主要方式就是通過(guò)觀其色、觀其狀、嗅其味、品其味等幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定，如通過(guò)觀察干茶葉的外觀形狀的松緊程度、均勻程度、顏色和茶葉光澤度，茶葉浸出物的色澤、茶葉伸展程度、是否破損等多個(gè)方面來(lái)評(píng)定茶葉的外在品質(zhì)，從茶葉的浸出物的顏色、氣味、滋味、茶葉鮮嫩程度等來(lái)判斷茶葉的內(nèi)在品質(zhì)，從內(nèi)在品質(zhì)和外在品質(zhì)的綜合感官評(píng)價(jià)，來(lái)鑒定整個(gè)茶葉的感官品質(zhì)，從而決定該款茶葉的整體質(zhì)量。

4 利用圖像處理技術(shù)來(lái)檢測(cè)茶葉感官品質(zhì)

茶葉的觀感品質(zhì)的鑒定主要是從對(duì)茶葉的形狀、外觀、色澤、老嫩程度等視覺(jué)方面，茶葉以及茶葉浸出物的香味等嗅覺(jué)方面以及茶葉浸出物的滋味等味覺(jué)方面來(lái)綜合評(píng)價(jià)一款茶葉的品質(zhì)優(yōu)劣和質(zhì)量的高低。而利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，則主要是從茶葉的視覺(jué)感官方面，對(duì)茶葉的外形、外觀、顏色以及茶葉浸出物的茶葉條索、湯色、破損程度和潔凈程度來(lái)綜合評(píng)價(jià)茶葉的品質(zhì)。

利用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)茶葉感官品質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的專門(mén)應(yīng)用系統(tǒng)，即將計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)系統(tǒng)對(duì)茶葉的感官品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。如圖2所示，為集中基于CCD圖像采集器的計(jì)算機(jī)圖像采集系統(tǒng)。

圖2 計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)框架圖

如圖2所示，首先在計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)的前端應(yīng)用中，需要有專門(mén)的數(shù)碼攝像機(jī)或者CCD圖像采集裝備，將對(duì)生產(chǎn)的茶葉以及茶葉的浸出物進(jìn)行圖像采集，并作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（圖像）輸入，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行采集。采集圖像的目標(biāo)主要包括干茶葉和茶葉浸出物兩個(gè)內(nèi)容，當(dāng)然，為了能夠采集到清晰的圖像，在采集現(xiàn)場(chǎng)安裝相關(guān)的光源來(lái)輔助采集。

當(dāng)干茶葉和茶葉浸出物的圖像通過(guò)CCD圖像采集設(shè)備采集之后，接口通過(guò)采集卡進(jìn)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并進(jìn)行存儲(chǔ)。此時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即可開(kāi)始對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理和識(shí)別。針對(duì)干茶葉和茶葉浸出物的圖像處理過(guò)程，主要包括圖像增強(qiáng)、復(fù)原的預(yù)處理，圖像特征分割，圖像特征提取，圖像對(duì)比，結(jié)果輸出等過(guò)程。首先在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行之前，相關(guān)人員需要將茶葉品質(zhì)等級(jí)的模型數(shù)據(jù)輸入到整個(gè)計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)中，為茶葉感官品質(zhì)優(yōu)劣和等級(jí)鑒定構(gòu)建映射對(duì)比庫(kù)，而后，計(jì)算機(jī)首先對(duì)采集到的干茶葉和茶葉浸出物的圖片進(jìn)行圖像預(yù)處理，對(duì)圖片內(nèi)的邊緣模糊或影像斑點(diǎn)的地方通過(guò)圖像過(guò)濾的處理方法，進(jìn)行圖像濾波處理，然后對(duì)其進(jìn)行直方圖均衡化處理，除去圖像采集過(guò)程中由于環(huán)境或設(shè)備因素對(duì)茶葉圖像造成的異常結(jié)果的數(shù)據(jù)。再得到清晰的預(yù)處理的干茶葉和茶葉浸出物圖片之后，就可以對(duì)其進(jìn)行圖像邊緣鑒定和圖像分割，主要方法是對(duì)圖像內(nèi)的數(shù)據(jù)值進(jìn)行分析，找到像素發(fā)生突變的地方從而定義為圖像特征的輪廓，然后采用圖像二值圖的方法對(duì)其進(jìn)行圖形分割，從而得到相應(yīng)的特征圖像內(nèi)容，如干茶葉的某個(gè)茶葉的圖像、茶葉浸出物的伸展茶葉的圖像、茶水的圖像等。然后將這些圖像進(jìn)行圖像分析，并與預(yù)置數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如根據(jù)茶葉的伸展情況、完整度或破損度對(duì)該茶葉外形品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比定位，根據(jù)茶葉的顏色值對(duì)茶葉的鮮嫩度進(jìn)行對(duì)比評(píng)定，根據(jù)茶水的色澤對(duì)茶葉的浸出物品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比評(píng)定，從而將各個(gè)圖像特征內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)處理，最后根據(jù)綜合評(píng)價(jià)，對(duì)茶葉的品質(zhì)，從視覺(jué)感官上給出茶葉質(zhì)量高低的評(píng)價(jià)。

當(dāng)然，針對(duì)茶葉的感官品質(zhì)檢測(cè)，不僅僅包含外在的品質(zhì)檢測(cè)，還需要有專門(mén)的茶葉鑒定師，對(duì)茶葉浸出物的氣味、滋味等方面進(jìn)行內(nèi)在的評(píng)定，給定綜合意見(jiàn)才能結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)給定的茶葉等級(jí)評(píng)定，為茶葉綜合品質(zhì)和質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。

5 總結(jié)

利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)茶葉感官品質(zhì)檢測(cè)，主要是采用圖像處理系統(tǒng)，對(duì)茶葉的視覺(jué)感覺(jué)表現(xiàn)的外形、顏色、條索、色澤等多方面的特征進(jìn)行圖像采集，并通過(guò)圖像預(yù)處理、圖像特征分割，圖像特征提取，圖像對(duì)比分類(lèi)來(lái)給定茶葉的品質(zhì)評(píng)定，從而完成茶葉感官品質(zhì)的檢測(cè)，提升茶葉的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

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基金項(xiàng)目：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在傳承及復(fù)原傳統(tǒng)古建筑中的研究。項(xiàng)目編號(hào)：1521014基金項(xiàng)目：互聯(lián)網(wǎng)+BIM工程信息共享平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)。項(xiàng)目編號(hào)：15214519

作者簡(jiǎn)介：齊會(huì)娟（1980-），女，河北元氏人，碩士，講師，從事虛擬現(xiàn)實(shí)等計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面研究。