一种基于图像识别技术的茶叶等级鉴定方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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°C、冲 泡时间2~Smin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X百分比X2 ; 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< 〇. 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。
[0006] 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。
[0007] 上述技术方案中，所述的中茶水比为1:50~1:100。
[0008] 上述技术方案中，所述的冲泡温度为70~90 °C。
[0009] 上述技术方案中，所述的冲泡时间为4~6min。
[0010] 上述技术方案中，所述的获取图像像素应彡300dpi。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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】
[0014] 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】
[0015] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0016] 实施例1 准确称量1.00 g-级西湖龙井，加入100 HiL 100 °C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 °C沸水，冲泡2 min，或采用加入150 mL 60 °C沸水，冲泡8 min。
[0017] 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。
[0018] 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X百分 比X2。得到茶叶二值化图像和茶叶表面积。见附图1。
[0019] 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。
[0020] 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/?{直。/7< 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 (-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。
[0021] 表1不同等级西湖龙井LDA判别结果
【主权项】
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°C、冲 泡时间2~Smin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X百分比X2 ; 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°C。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)中获取图像像素应多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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01N21/84
【公开号】CN104914105
【申请号】CN201510311566
【发明人】马桂岑, 鲁成银, 刘新, 刘平香, 张明露
【申请人】中国农业科学院茶叶研究所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月9日