牛青（貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽550022）

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計(jì)算機(jī)圖像在茶鮮葉色澤及其萎凋程度測定中的應(yīng)用

牛青
（貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽550022）

摘要：隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更是發(fā)揮了重要作用。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品自動分級以及實(shí)時監(jiān)測農(nóng)作物生長過程，這將會給農(nóng)業(yè)科研帶來極大便利。本文就計(jì)算機(jī)圖像在茶鮮葉色澤及其萎凋程度測定中的應(yīng)用進(jìn)行探討，并結(jié)合研究結(jié)果闡述了該技術(shù)的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)；茶葉；茶鮮葉；色澤；萎凋程度

1　引言

從茶鮮葉色澤上可以判斷出茶葉的嫩度，茶葉色澤與葉綠素含量有關(guān)，茶葉中葉綠素的含量在茶新梢發(fā)育過程中發(fā)生很大變化，幼嫩期的含量較少，茶葉的色澤較淺，隨著茶葉的生長和不斷成熟，其葉綠素含量升高，茶葉色澤呈深綠色。采摘后的茶葉色澤也會隨著葉綠素含量的變化而發(fā)生變化。茶鮮葉色澤的測定以往都是進(jìn)行感官測評和理化檢驗(yàn)，如今隨著科技的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以對鮮葉進(jìn)行量化測定，通過對鮮葉色澤參數(shù)的量化可以更準(zhǔn)確、更方便地判斷出茶鮮葉的色澤，并實(shí)時測定茶鮮葉的萎凋程度。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶葉生產(chǎn)加工中的應(yīng)用對保證茶的一致性、茶葉品質(zhì)的穩(wěn)定性以及科學(xué)制茶有著重要指導(dǎo)意義。本研究利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對茶鮮葉色澤的量化處理，檢測、分析茶鮮葉20h內(nèi)的含水量變化和色澤參數(shù)變化。

2　研究設(shè)備和材料

相機(jī)設(shè)備采用Nikon coolpix P3數(shù)碼相機(jī)，可穩(wěn)定內(nèi)部光源的暗箱，圖像處理軟件采用Photoshop CS；從四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場茶樹品種園采取的福鼎大白茶鮮葉為研究材料。

3　茶鮮葉的色澤的測定

3.1采集茶鮮葉圖像資料

圖像背景色采用藍(lán)色，將茶鮮葉鋪散于暗箱內(nèi)，避免鮮葉間發(fā)生重疊。將Nikon coolpix P3數(shù)碼相機(jī)像素調(diào)整為810萬，并置于暗箱上方的觀測孔上，關(guān)閉閃光燈，將相機(jī)拍攝方式調(diào)整為自動近拍，燈源打開，快速采集茶鮮葉圖像并輸入計(jì)算機(jī)。

3.2圖像處理

用Photoshop CS軟件打開相機(jī)采集的茶鮮葉圖像資料，首先利用選擇工具選中圖像中茶鮮葉的輪廓，然后執(zhí)行濾鏡工具中的模糊平均命令，對所選圖像的像素參數(shù)值進(jìn)行平均化處理。RGB顏色系統(tǒng)是基于紅色、藍(lán)色、綠色三基色學(xué)說建立起來的，其屬于CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)和數(shù)碼設(shè)備主要采用的顏色系統(tǒng)。相關(guān)研究證明，RGB顏色系統(tǒng)在研究玉米生長圖像時可以有效克服光照變化造成影響。Lab色系的顏色空間較全面、均勻，是國際照明委員會推薦的色系，相比其他色系，Lab色系與人的視覺一致性最高。HSB來源于RGB的彩色空間，其中H代表色相，S代表飽和度，B代表亮度。RGB、Lab和HSB是計(jì)算機(jī)視覺研究中的應(yīng)用都比較廣泛。

3.3背景色處理

要測定目標(biāo)物首先要對圖像進(jìn)行處理，將目標(biāo)物從背景中分割出來，然后進(jìn)行信息提取操作。本研究中需要將茶鮮葉從背景中分離出來，常用的選擇工具是魔術(shù)棒。利用魔術(shù)棒準(zhǔn)確選取茶鮮葉輪廓時，為了避免其它顏色的影響，圖像采用的背景色與茶鮮葉的色澤要有明顯的反差，這樣才能保證魔術(shù)棒選取工具能夠完整、準(zhǔn)確的選中茶鮮葉的不規(guī)則輪廓。魔術(shù)棒工具是Photoshop CS圖像處理軟件中重要的圖像區(qū)域選取工具，主要應(yīng)用于與背景色的處理，可以自動選取圖像中顏色相似的區(qū)域。在顏色的選取處理中，所選取顏色誤差范圍可以通過容差值來控制，選擇區(qū)域的大小隨著容差值的改變而改變，容差值越大，選擇的區(qū)域就越大。采用魔術(shù)棒工具分離茶鮮葉和背景色時，為了保證隔離效果，保證茶鮮葉圖像的完整性，一定要控制好容差值的大小，容差值不能過大也不可過小，以免導(dǎo)致茶鮮葉圖像被減去或者將圖像陰影部分選中，最終會對圖像處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成極大影響。因此在背景色的選擇過程中，為了最大程度去除陰影等其他顏色的干擾，需要在保證茶鮮葉完整性的條件下盡量增大容差值。軟件系統(tǒng)度容差值的默認(rèn)值一般為32，將容差值調(diào)整至150時且背景色為藍(lán)色或者白色的情況下可以比較準(zhǔn)確地從圖像中選中茶鮮葉輪廓，其中藍(lán)色效果最佳。

4　測定茶鮮葉萎凋過程中色澤變化

采摘后的茶鮮葉可隨著時間的推移而發(fā)生理化性變化。通常情況下，為了保證茶葉品質(zhì)，采摘后的綠茶都要進(jìn)行攤晾處理，例如青茶、白茶以及紅茶等茶鮮葉的萎凋是茶葉加工過程必須要經(jīng)過的程序。在攤晾過程中，茶鮮葉的水分含量以及其他內(nèi)含物都會隨著時間的推移而發(fā)生變化，茶鮮葉的色澤也會發(fā)生變化，從嫩綠色逐漸變?yōu)榘稻G色。利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)檢測茶鮮葉色澤變化的相關(guān)研究，可以對茶鮮葉萎凋程度變化能否進(jìn)行自動在線檢測提供有利的理論依據(jù)和技術(shù)參考。

將現(xiàn)采下的福鼎大白茶的一芽二葉標(biāo)準(zhǔn)茶鮮葉攤晾在溫度適中的室內(nèi)，茶鮮葉攤晾時間為20小時，茶葉攤晾過程中每小時對茶鮮葉的水分含量和色澤參數(shù)測量一次。

從茶鮮葉萎凋過程水分含量變化以及各顏色模式變化情況中可以看出，在茶鮮葉萎凋過程中，RGB模式中的R和G色澤參數(shù)值隨著茶鮮葉萎凋程度的加深而呈明顯減小趨勢；Lab模式中的L、a、b參數(shù)值以及HSB模式中的B參數(shù)值也成下降趨勢，但不明顯。在茶鮮葉萎凋6小時內(nèi)，HSB模式中的H色澤參數(shù)值呈明顯增長趨勢，但在茶鮮葉萎凋6小時后，HSB顏色模式中H色澤參數(shù)值增長趨勢變緩，并逐漸趨于穩(wěn)定。

一般情況下，各種茶鮮葉的萎凋程度都是以茶鮮葉中水分流失多少作為判斷指標(biāo)，本研究中將茶鮮葉攤晾萎凋過程水分含量變化與茶鮮葉色澤參數(shù)變化之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，對比結(jié)果：RGB模式（R：0.9516，G：0.9717，B：0.7396）、Lab模式（L：0.9650，a：0.7958，b：0.8946）、HSB模式（H：-0.8069，S：0.1877，B：0.9550）。

水分含量變化與茶鮮葉色澤參數(shù)變化之間相關(guān)性分析結(jié)果顯示，茶鮮葉萎凋過程中RGB模式中的G色澤參數(shù)值的變化與水分含量變化的相關(guān)性較高，這一情況說明茶鮮葉水分的散失對茶鮮葉的色澤造成的影響較為明顯，通過人的視覺就可以明顯看出茶鮮葉萎凋過程中葉色由原來的鮮綠色變化為暗綠色。各種茶葉在加工過程中對茶葉的水分含量的控制要求較高，例如紅茶的水分含量需控制在60%左右，青茶的水分含量需控制在68%到70%，如果茶鮮葉的萎凋程度利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來檢測，就需要各個色澤參數(shù)設(shè)置盡可能多的數(shù)據(jù)變化，以便對茶鮮葉的萎凋程度，即茶鮮葉的水分含量進(jìn)行精確控制。分析各個色澤參數(shù)在茶鮮葉萎凋過程中的變化情況，相比G色澤參數(shù)值的變化，R色澤參數(shù)在此過程中的變化較大，基本上是G色澤參數(shù)值的兩倍；另外比較各色澤與茶鮮葉萎凋過程中水分含量變化的相關(guān)性，R色澤參數(shù)值的相關(guān)系數(shù)大于0.95，表現(xiàn)效果較好，所以綜合考慮多方面因素，茶鮮葉萎凋程度的判斷最好尋找R色澤參數(shù)值為依據(jù)。

5　結(jié)論

本研究通過計(jì)算機(jī)量化測定方法來鑒定茶鮮葉萎凋過程中的色澤變化，并簡單探討了計(jì)算機(jī)圖像處理及時實(shí)現(xiàn)對茶鮮葉萎凋程度自動在線監(jiān)測的可行性。本次研究結(jié)果顯示，G和R色澤參數(shù)值可以有效地反映出茶鮮葉萎凋程度，而且茶鮮葉萎凋過程中的R色澤參數(shù)值變化與水分含量變化相關(guān)性較高，綜合多種因素確定R色澤比較適合應(yīng)用于檢測茶鮮葉萎凋程度變化。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在茶鮮葉萎凋過程中，色澤變化的檢測為計(jì)算機(jī)處理技術(shù)在茶葉加工過程的在線監(jiān)測提供了有利依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖像處理發(fā)展成熟，在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用作用越來越明顯。目前已經(jīng)出現(xiàn)的可以對黃瓜、草莓等經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物進(jìn)行自動采收的收割機(jī)器人，就是對色澤差異特征的有效應(yīng)用。利用新老茶葉之間存在色澤差異，通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)控制機(jī)器人代替人工采茶是下一步需要研究的問題。

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作者簡介：牛青（1980-），女，山西隰縣人，研究生，教師，副教授。研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。