計算機技術在茶葉篩選中的應用

趙 杰，楊玉坤，孫 瑞

（河北機電職業技術學院，河北邢臺 054000）

計算機技術在茶葉篩選中的應用

趙 杰，楊玉坤，孫 瑞

（河北機電職業技術學院，河北邢臺 054000）

茶葉的篩選是建立在茶葉色澤選擇的感官評定指標上的一種方式,傳統的茶葉篩選需要大量的人力資源，但是隨著計算機技術的不斷發展，如何實施茶葉篩選的計算機視覺識別成為現階段茶葉產業中的重要研究課題。本文以計算機技術為技術，對于在RGB空間中篩選出不同類型的茶葉展開了聚類分析。通過實驗最終結果發現借助于計算機技術可以有效地實現對不同種類茶葉的篩選。

計算機技術；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行選擇，其中在茶葉篩選中最為重要的就是對茶葉色澤的評審，這是決定茶葉品質最為重要的指標之一。茶葉的色澤取決于茶葉自身內含的微量物質在加工過程中是所發生的一系列的氧化聚合反應，因此我國在對于茶葉的研究中依照茶葉的色澤將茶葉進行了分類以及命名。現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。隨著我國計算機技術的不斷發展以及人們物質生活的不斷完善，人們對于茶葉的篩選進行了很多角度的研究。早在上世紀末就開始有人探究借助于分光光度法或是色差計法等多種理化層面的篩選方式進行茶葉色澤的選擇，并成系統的構建了一系列的品質和色澤中間存在的相關模型。現如今我國已經進入了信息化時代，計算機技術被廣泛的運用到我們的生活和生產中，因此，從理論上來說，將計算機技術運用到茶葉篩選工作中是可行的。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

本次試驗為了更好地進行茶葉顏色的辨別，選擇了保質期內的紅茶、綠茶和烏龍茶三大種類，其中共包含了18個品種,可見其具有極高的代表性。且在試驗進行之前進行了茶梗的剔除工作。

1.2 圖像采集方法

在計算機技術下進行茶葉的篩選其中存在著一定的實驗誤差，其最主要的誤差來源于試驗過程中光線的強弱、取景的現狀等，所以首先我們需要先設計出一套完善的光漫反射的光源系統，從而保證試驗的光線穩定，減少誤差是產生。在采集圖像之前需要對采集系統整體進行調試，以確保鏡頭的光圈處于適當位置,使攝像頭的感光量達到標定值，隨后還需要對鏡頭的景深進行設置，盡可能使物料圖像占據監視器的絕大多面積。對鏡頭的焦距進行調整，使茶葉的圖像可以清晰的顯示在監視器上。只有完成了上述的調整之后確保系統處于最佳狀態，才可以進行數據的采集。

為了提高本次試驗的代表性，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，對于每一種茶葉的選取中隨機抽取20個樣本，其樣本的質量控制在5克左右，因此，對于試驗材料的樣本的選擇就高達60個，提高了試驗的說服力。為了配出其他顏色對于茶葉顏色的干擾，本次試驗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定的樣品臺上面，展開對其圖像的采集工作。每一個樣本的圖片采集都需要進行多次重復，之后選取平均值設置為采集的原始數據。將所有樣品采集的原始數據是以RGB存放的數字圖像。

1.3 數據處理的方法

1.3.1 數據的預處理

在數據處理之前需要濾除所得背景以及統計圖像中包含的所有像素點的RGB值，且需要計算RGB各自分量的平均值，并根據平均值以及標準差公式計算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,需要在進行聚類分析之前先進行標準化處理，且涉及到參與分析的所有樣本數據。

1.3.2 聚類分析

所謂的聚類分析就是在無管理的狀態下進行識別以及分析的一種特殊的方法，其主要依照樣本以及指標之間存在著的關系的親疏程度進行整合，借助于距離以及相似系數等一系列的數據去判定二者的親疏程度。通過聚類分析中的自身變量所設定的點和空間定義距離的遠近對其親密程度進行分析，由此可見距離越遠說明親密程度越低，從而可以有效地將不同的茶葉顏色進行篩選。

2 結果與討論

茶葉的篩選主要是對茶葉顏色的篩選，但是茶葉顏色又是一個籠統的概念，其中包括了茶葉的基本色調、茶葉的光澤、茶葉顏色的飽和度以及均勻性多種指標，在茶葉篩選的時候其表面的顏色是最為直接的參考參數。一般來說不同茶葉種類其所表現出的基本特征在參數值上也具有很大的差異。依照上述試驗中對于綠茶、烏龍茶和紅茶三大類茶葉中18個種類茶葉的圖像取樣，可以相應的進行圖像的RGB各個值的計算與統計。通過對于其數據的分析可知：

（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，根據這些數據的可以準確的將三種茶葉區分開。

（2）從色調均值 H^上分析可發現紅茶的色調均值與綠茶、烏龍茶相比更高，所以根據這一數據也可以將三種茶葉進行區分。

（3）以標準差數據進行分析可知綠茶的三個顏色分量的標準差都要比烏龍茶高，所以雖然根據這一數據難以區分出紅茶，但是可以準確的進行綠茶與烏龍茶之間的區分。

在多整體的60個樣本中最具有代表性的 18個樣本的聚類分析中可發現，因為茶葉的色澤上來看紅茶與綠茶、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別，在紅茶的制作過程中，首先鮮葉需要經歷萎凋這一過程，使得茶葉的內部酶整體的活性有效的增強，之后還需要通過揉念、發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通過氧化還原反應轉化成了茶黃素、茶紅素等有色物質，因此使得茶葉最終的色澤比綠茶、烏龍茶更深。縱使在綠茶的制作中殺青會造成茶葉自身顏色的一定變化，烏龍茶在制作過程中做青工序也會導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，所以茶葉內部的物質所表現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別。

對于綠茶和烏龍茶的對比，首先從加工工序上看是存在著很大的區別的。一般來說綠茶的制作需要經過殺青、造型以及干燥等重要的環節，而烏龍茶則需要先進行萎凋，采用曬青或者是涼青的方式，隨后還需要經過做青、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，因此最終茶葉內部所含有的物質發生的化學變化也就不同，最終就反映在了茶葉制作完成時茶葉顏色的不同。雖然二者的顏色對比不明顯，但是借助于計算機足以進行二者的篩選。

3 結論

綜上所述，將計算機技術運用到茶葉篩選中具有一定的可行性，在計算機技術進行茶葉的篩選過程中主要借助于不同種類茶葉顏色不同為依據，且根據試驗的數據分析可以發現RGB空間中借助計算機技術可以準確的把紅茶、綠茶和烏龍茶通過顏色識別的方式區分出來，且準確率很高，將計算機技術進行茶葉篩選這一技術手段投入到茶葉生產中去，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的時間成本以及人力消耗，對提高茶葉生產的利益以及速度，對于我國茶葉產業的現代化發展都具有積極的意義。

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趙 杰（1984-），女，山東曲阜人，碩士研究生，河北機電職業技術學院計算機信息工程系講師，研究方向：軟件技術。

楊玉坤（1981-），男，河北內丘人，碩士研究生，河北機電職業技術學院教務處工程師，研究方向：計算機應用。

孫 瑞（1986-），女，河北邢臺人，碩士研究生，河北機電職業技術學院計算機信息工程系講師，研究方向：通信技術，信號與信息處理。