一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品等級鑒定方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像識別技術(shù)的茶 葉等級鑒定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 茶葉作為最受歡迎的飲料之一，具有抗氧化、抗癌、抗紫外等功效，而受到人們的 歡迎。隨著生活水平的提高，人們對茶葉的質(zhì)量品質(zhì)要求越來越高。茶葉等級是茶葉質(zhì)量品 質(zhì)、感官審評判斷茶葉優(yōu)劣的一項重要指標。傳統(tǒng)地評價茶葉品質(zhì)優(yōu)劣，主要通過感官審評 的方法，該方法需要具有豐富茶學(xué)知識和審評經(jīng)驗的專業(yè)人員。一般的消費者沒有經(jīng)過系 統(tǒng)的審評訓(xùn)練和品茶經(jīng)驗積累，很難達到可靠的審評結(jié)果。對于專業(yè)的感官評審專家而言， 往往受到身體狀況、外界環(huán)境等干擾，造成感覺器官的靈敏度不穩(wěn)定，從而影響評價的準確 性、一致性。感官評審?fù)哂兄饔^性，為了解決這一問題，以模擬人體感官為基礎(chǔ)的電子 舌技術(shù)結(jié)合GC-MS儀器分析方法，逐漸得到發(fā)展。然而這一技術(shù)需要的儀器昂貴，而不能得 到廣泛應(yīng)用。
[0003] 我國國標規(guī)定了茶葉等級分類的方法，以龍井茶為例（GB/T 18650-2008)，以鮮 葉質(zhì)量(一芽一葉、一芽二葉等）為依據(jù)。不同等級茶葉相同質(zhì)量下，葉芽比例不同，導(dǎo)致 不同等級茶葉表面積不同。因此本發(fā)明提出一種以茶葉表面積的差異來鑒定茶葉等級的 方法。目前測定葉子表面積的方法包括方格法、紙重法、打孔稱重法、系數(shù)法、復(fù)印稱重法、 器測法、估計法等。這些方法操作繁瑣、費時，測定結(jié)果準確性和精確性低（經(jīng)典的方格 法除外），并且測定難易程度受葉片類型影響很大。近年來，數(shù)字圖像法得到發(fā)展，通過 統(tǒng)計葉片圖象的像素數(shù)折算出葉片面積。如中國專利CN 103033151 B，CN102506772 B， CN201811723 U，利用數(shù)碼相機或手機拍攝得到葉片圖象，然而由于數(shù)碼相機價格昂貴，且 相機位置、角度對測定結(jié)果都會產(chǎn)生影響，造成操作性低。并且以上方法不適用于成茶茶 葉。因此本專利提出一種將成茶沖泡致葉片舒展、利用價格便宜的掃描儀來獲取葉片圖像， 經(jīng)過圖像識別處理技術(shù)的方法，實現(xiàn)了對茶葉表面積的快速測定，該方法具有快速、易操 作、準確性高等特點。進一步基于不同等級西湖龍井茶葉表面積差異，經(jīng)統(tǒng)計分析，建立預(yù) 測模型。提出一種茶葉等級鑒定的新方法，為茶葉質(zhì)量品質(zhì)評價提供新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中茶葉等級鑒定速度慢、主觀性強、價格 昂貴等缺點，提供一種新的茶葉等級鑒定方法，該方法具有快速、準確鑒定茶葉等級的特 點。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于圖像識別技術(shù)的茶 葉等級鑒定方法，包括以下步驟： 1)將不同等級的同品種成茶分別在茶水比1:20~1:150、沖泡溫度60~100°C、沖 泡時間2~Smin條件下進行沖泡，瀝掉茶湯，將舒展的茶葉平鋪在已知面積的固定透明膜 上； 2) 通過掃描儀進行掃描，獲取茶葉圖像； 3) 將掃描保存的圖片進行預(yù)處理，除去透明薄膜以外的背景，將圖像進行命名保存； 再將圖像進行灰度化處理，得到二值化圖像，即將大于灰度閾值定義成白色，識別為空白區(qū) 域，小于灰度閾值定義為黑色，識別為茶葉區(qū)域；然后將二值化圖像中黑色像素點進行統(tǒng) 計，得到百分比；茶葉表面積Sa等于已知透明薄膜的面積X百分比X2 ; 4) 利用SPSS統(tǒng)計分析軟件將不同等級茶葉表面積Sa進行單因素方差分析，得到顯著 性差異P值，P值< 〇. 05,差異顯著，通過逐步線性判別方法，建立同品種茶葉等級預(yù)測模 型； 5) 通過進行訓(xùn)練樣本的回代判別，計算回代判別率，并將每一個樣本逐一從訓(xùn)練集中 去掉，再按同樣方法判別分析，進行內(nèi)部交叉驗證分析，驗證所建模型的穩(wěn)定性。
[0006] 6)將未知等級茶葉的比表面積分別代入不同等級預(yù)測模型方程式中，比較Y值大 小，未知等級茶葉歸屬于Y值最大的等級。
[0007] 上述技術(shù)方案中，所述的中茶水比為1:50~1:100。
[0008] 上述技術(shù)方案中，所述的沖泡溫度為70~90 °C。
[0009] 上述技術(shù)方案中，所述的沖泡時間為4~6min。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述的獲取圖像像素應(yīng)彡300dpi。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述的灰度閾值>170定義為白色，灰度<170定義為黑色，識別 為茶葉區(qū)域。
[0012] 發(fā)明具有如下優(yōu)點： 1)本發(fā)明通過沖泡使茶葉舒展-掃描-圖像處理-統(tǒng)計分析的方法，鑒定不同等級茶 葉表面積。此方法克服了感官審評、電子舌-GC-MS方法存在的主觀性、儀器昂貴等缺點。
[0013] 2)本發(fā)明提出的方法適用范圍廣，各種類型的綠茶、紅茶均適用于本發(fā)明的方法。
【附圖說明】
[0014] 附圖1西湖龍井掃描圖像及二值化后茶葉圖像。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0016] 實施例1 準確稱量1.00 g-級西湖龍井，加入100 HiL 100 °C沸水，沖泡6 min，將茶湯瀝干，茶 葉用鑷子小心平鋪在已知面積的透明膜上，備用；也可以采用加入20 mL 90 °C沸水，沖泡2 min，或采用加入150 mL 60 °C沸水，沖泡8 min。
[0017] 實施例2 將實施例1得到的有茶葉的透明膜放在掃描儀上，進行掃描，得到茶葉圖像，此時保存 象數(shù) 300 dpi。
[0018] 實施例3 將實施例2中得到的茶葉圖像文件進行預(yù)處理，除去透明薄膜以外的背景，將圖像進 行命名保存；再將圖像進行灰度化處理，得到二值化圖像，即將大于灰度閾值170定義成 白色，識別為空白區(qū)域，小于灰度閾值170定義為黑色，識別為茶葉區(qū)域；然后將二值化圖 像中黑色像素點進行統(tǒng)計，得到百分比；茶葉表面積Sa等于已知透明薄膜的面積X百分 比X2。得到茶葉二值化圖像和茶葉表面積。見附圖1。
[0019] 實施例4 重復(fù)實施例1，2, 3的過程10次以上，得到一級西湖龍井的葉表面積。依次更換一級西 湖龍井為特級、二級、三級，得到不同等級西湖龍井茶葉表面積。
[0020] 實施例5 將實施例4中得到的不同等級茶葉表面積，利用SPSS軟件進行單向方差分析，得到顯 著性差異/?{直。/7< 0.05,差異性顯著。通過逐步線性判別方法（LDA)，建立不同等級茶葉 預(yù)測模型如下： Y (特級）=Sa*3. 361-255. 515 Y (-級）=Sa*3. 472-272. 691 Y (二級）=Sa*3. 614-295. 190 Y (三級）=Sa*3. 890-341. 863 對不同等級西湖龍井茶葉比表面進行回判，準確率為97. 5%。見表1。
[0021] 表1不同等級西湖龍井LDA判別結(jié)果
【主權(quán)項】
1. 一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法，包括以下步驟： 1) 將不同等級的同品種成茶分別在茶水比1:20~1:150、沖泡溫度60~100°C、沖 泡時間2~Smin條件下進行沖泡，瀝掉茶湯，將舒展的茶葉平鋪在已知面積的固定透明膜 上； 2) 通過掃描儀進行掃描，獲取茶葉圖像； 3) 將掃描保存的圖片進行預(yù)處理，除去透明薄膜以外的背景，將圖像進行命名保存； 再將圖像進行灰度化處理，得到二值化圖像，即將大于灰度閾值定義成白色，識別為空白區(qū) 域，小于灰度閾值定義為黑色，識別為茶葉區(qū)域；然后將二值化圖像中黑色像素點進行統(tǒng) 計，得到百分比；茶葉表面積Sa等于已知透明薄膜的面積X百分比X2 ; 4) 利用SPSS統(tǒng)計分析軟件將不同等級茶葉表面積Sa進行單因素方差分析，得到顯著 性差異P值，P值<0.05,差異顯著，通過逐步線性判別的方法，建立同品種茶葉等級預(yù)測模 型；通過回代判別和交叉驗證的方式對模型進行驗證，測試模型的判別效果和穩(wěn)定性； 5) 將未知等級茶葉的比表面積分別代入不同等級預(yù)測模型方程式中，比較Y值大小， 未知等級茶葉歸屬于Y值最大的等級。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法，其特征在于所 述步驟1)中茶水比為1:50~1:100。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法，其特征在于所 述的步驟1)中沖泡溫度為70~90°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法，其特征在于所 述的步驟1)中沖泡時間為4~6min。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法，其特征在于所 述的步驟2)中獲取圖像像素應(yīng)多300dpi。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像識別技術(shù)的茶葉等級鑒定方法，其特征在于所 述的步驟3)中灰度閾值>170定義為白色，灰度< 170定義為黑色，識別為茶葉區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種茶葉等級鑒定的方法。包括以下步驟：將不同等級茶葉沖泡，瀝掉茶湯，將舒展的茶葉平鋪在已知面積的固定透明膜上，通過掃描獲取茶葉圖像，利用matlab軟件編程，將其轉(zhuǎn)換為黑白二值圖像，計算圖像中的黑白像素的比例，準確得到茶葉的表面積。通過SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，對不同等級茶葉表面積進行單因素方差分析，顯著性差異p值小于0.05，不同等級茶葉區(qū)分明顯。通過逐步線性判別的方法，建立茶葉等級預(yù)測模型。本發(fā)明基于掃描-圖像識別技術(shù)，快速、準確測定不同等級茶葉表面積，提供了一種鑒定茶葉等級的新方法。
【IPC分類】G01N21/84
【公開號】CN104914105
【申請?zhí)枴緾N201510311566
【發(fā)明人】馬桂岑, 魯成銀, 劉新, 劉平香, 張明露
【申請人】中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月9日