CN104914105A - 一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种茶叶等级鉴定的方法。包括以下步骤：将不同等级茶叶冲泡，沥掉茶汤，将舒展的茶叶平铺在已知面积的固定透明膜上，通过扫描获取茶叶图像，利用matlab软件编程，将其转换为黑白二值图像，计算图像中的黑白像素的比例，准确得到茶叶的表面积。通过SPSS数据统计分析软件，对不同等级茶叶表面积进行单因素方差分析，显著性差异p值小于0.05，不同等级茶叶区分明显。通过逐步线性判别的方法，建立茶叶等级预测模型。本发明基于扫描-图像识别技术，快速、准确测定不同等级茶叶表面积，提供了一种鉴定茶叶等级的新方法。

Description

一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法

技术领域

本发明属于农产品等级鉴定方法技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术的茶叶 等级鉴定方法。

背景技术

茶叶作为最受欢迎的饮料之一，具有抗氧化、抗癌、抗紫外等功效，而受到人们的欢迎。随着生活水平的提高，人们对茶叶的质量品质要求越来越高。茶叶等级是茶叶质量品质、感官审评判断茶叶优劣的一项重要指标。传统地评价茶叶品质优劣，主要通过感官审评的方法，该方法需要具有丰富茶学知识和审评经验的专业人员。一般的消费者没有经过系统的审评训练和品茶经验积累，很难达到可靠的审评结果。对于专业的感官评审专家而言，往往受到身体状况、外界环境等干扰，造成感觉器官的灵敏度不稳定，从而影响评价的准确性、一致性。感官评审往往具有主观性，为了解决这一问题，以模拟人体感官为基础的电子舌技术结合GC-MS仪器分析方法，逐渐得到发展。然而这一技术需要的仪器昂贵，而不能得到广泛应用。

我国国标规定了茶叶等级分类的方法，以龙井茶为例（GB/T 18650-2008），以鲜叶质量（一芽一叶、一芽二叶等）为依据。不同等级茶叶相同质量下，叶芽比例不同，导致不同等级茶叶表面积不同。因此本发明提出一种以茶叶表面积的差异来鉴定茶叶等级的方法。目前测定叶子表面积的方法包括方格法、纸重法、打孔称重法、系数法、复印称重法、器测法、估计法等。这些方法操作繁琐、费时，测定结果准确性和精确性低(经典的方格法除外),并且测定难易程度受叶片类型影响很大。近年来，数字图像法得到发展，通过统计叶片图象的像素数折算出叶片面积。如中国专利CN 103033151 B，CN102506772 B， CN201811723 U，利用数码相机或手机拍摄得到叶片图象，然而由于数码相机价格昂贵，且相机位置、角度对测定结果都会产生影响，造成操作性低。并且以上方法不适用于成茶茶叶。因此本专利提出一种将成茶冲泡致叶片舒展、利用价格便宜的扫描仪来获取叶片图像，经过图像识别处理技术的方法，实现了对茶叶表面积的快速测定，该方法具有快速、易操作、准确性高等特点。进一步基于不同等级西湖龙井茶叶表面积差异，经统计分析，建立预测模型。提出一种茶叶等级鉴定的新方法，为茶叶质量品质评价提供新思路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中茶叶等级鉴定速度慢、主观性强、价格昂贵等缺点，提供一种新的茶叶等级鉴定方法，该方法具有快速、准确鉴定茶叶等级的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，包括以下步骤:

1）将不同等级的同品种成茶分别在茶水比1:20～1:150、冲泡温度60～100℃、冲泡时间2～8min条件下进行冲泡，沥掉茶汤，将舒展的茶叶平铺在已知面积的固定透明膜上；

2）通过扫描仪进行扫描，获取茶叶图像；

3）将扫描保存的图片进行预处理，除去透明薄膜以外的背景，将图像进行命名保存；再将图像进行灰度化处理，得到二值化图像，即将大于灰度阈值定义成白色，识别为空白区域，小于灰度阈值定义为黑色，识别为茶叶区域；然后将二值化图像中黑色像素点进行统计，得到百分比；茶叶表面积Sa等于已知透明薄膜的面积×百分比×2；

4）利用SPSS统计分析软件将不同等级茶叶表面积Sa进行单因素方差分析，得到显著性差异p值，p值＜0.05，差异显著，通过逐步线性判别方法，建立同品种茶叶等级预测模型；

5）通过进行训练样本的回代判别，计算回代判别率，并将每一个样本逐一从训练集中去掉，再按同样方法判别分析，进行内部交叉验证分析，验证所建模型的稳定性。

6）将未知等级茶叶的比表面积分别代入不同等级预测模型方程式中，比较Y值大小，未知等级茶叶归属于Y值最大的等级。

上述技术方案中，所述的中茶水比为1:50～1:100。

上述技术方案中，所述的冲泡温度为70～90℃。

上述技术方案中，所述的冲泡时间为4～6min。

上述技术方案中，所述的获取图像像素应≥300dpi。

上述技术方案中，所述的灰度阈值>170定义为白色，灰度＜170定义为黑色，识别为茶叶区域。

发明具有如下优点：

1）本发明通过冲泡使茶叶舒展-扫描-图像处理-统计分析的方法，鉴定不同等级茶叶表面积。此方法克服了感官审评、电子舌-GC-MS方法存在的主观性、仪器昂贵等缺点。

2）本发明提出的方法适用范围广，各种类型的绿茶、红茶均适用于本发明的方法。

附图说明

附图1西湖龙井扫描图像及二值化后茶叶图像。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

准确称量1.00 g一级西湖龙井，加入100 mL 100 ^oC沸水，冲泡6 min，将茶汤沥干，茶叶用镊子小心平铺在已知面积的透明膜上，备用；也可以采用加入20 mL 90 ^oC沸水，冲泡2 min，或采用加入150 mL 60 ^oC沸水，冲泡8 min。

实施例2

   将实施例1得到的有茶叶的透明膜放在扫描仪上，进行扫描，得到茶叶图像，此时保存象数300 dpi。

实施例3

将实施例2中得到的茶叶图像文件进行预处理，除去透明薄膜以外的背景，将图像进行命名保存；再将图像进行灰度化处理，得到二值化图像，即将大于灰度阈值170定义成白色，识别为空白区域，小于灰度阈值170定义为黑色，识别为茶叶区域；然后将二值化图像中黑色像素点进行统计，得到百分比；茶叶表面积Sa等于已知透明薄膜的面积×百分比×2。得到茶叶二值化图像和茶叶表面积。见附图1。

实施例4

重复实施例1，2，3的过程10次以上，得到一级西湖龙井的叶表面积。依次更换一级西湖龙井为特级、二级、三级，得到不同等级西湖龙井茶叶表面积。

实施例5

     将实施例4中得到的不同等级茶叶表面积，利用SPSS软件进行单向方差分析，得到显著性差异p值。p＜0.05，差异性显著。通过逐步线性判别方法（LDA），建立不同等级茶叶预测模型如下：

Y(特级)=Sa*3.361-255.515

Y(一级)=Sa*3.472-272.691

Y(二级)=Sa*3.614-295.190

Y(三级)=Sa*3.890-341.863

对不同等级西湖龙井茶叶比表面进行回判，准确率为97.5%。见表1。

表1 不同等级西湖龙井LDA判别结果

Claims (6)

1.一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，包括以下步骤:

1）将不同等级的同品种成茶分别在茶水比1:20～1:150、冲泡温度60～100℃、冲泡时间2～8min条件下进行冲泡，沥掉茶汤，将舒展的茶叶平铺在已知面积的固定透明膜上；

2）通过扫描仪进行扫描，获取茶叶图像；

3）将扫描保存的图片进行预处理，除去透明薄膜以外的背景，将图像进行命名保存；再将图像进行灰度化处理，得到二值化图像，即将大于灰度阈值定义成白色，识别为空白区域，小于灰度阈值定义为黑色，识别为茶叶区域；然后将二值化图像中黑色像素点进行统计，得到百分比；茶叶表面积Sa等于已知透明薄膜的面积×百分比×2；

4）利用SPSS统计分析软件将不同等级茶叶表面积Sa进行单因素方差分析，得到显著性差异p值，p值＜0.05，差异显著，通过逐步线性判别的方法，建立同品种茶叶等级预测模型；通过回代判别和交叉验证的方式对模型进行验证，测试模型的判别效果和稳定性；

5）将未知等级茶叶的比表面积分别代入不同等级预测模型方程式中，比较Y值大小，未知等级茶叶归属于Y值最大的等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，其特征在于所述步骤1）中茶水比为1:50～1:100。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，其特征在于所述的步骤1）中冲泡温度为70～90℃。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，其特征在于所述的步骤1）中冲泡时间为4～6min。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，其特征在于所述的步骤2）中获取图像像素应≥300dpi。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法，其特征在于所述的步骤3）中灰度阈值>170定义为白色，灰度＜170定义为黑色，识别为茶叶区域。