一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法技术

本发明专利技术公开了一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法，本方法应用高光谱图像技术结合支持向量机算法建立定性分析模型，实现茶叶贮藏期的快速准确判别，本方法具有分析速度快、效率高、成本低、测试重现性好、样品无需预处理且便于在线无损检测的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法
本专利技术涉及一种茶叶贮藏期的判别方法，尤其涉及的是一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法。
技术介绍
我国茶园的种植面积和茶叶产量均居世界第一，茶叶是我国传统的大宗出口产品。但是随着国际茶叶贸易中供求状况的变化，我国茶叶出口量和贸易额增长趋势有所回落，同时国内市场的需求量也近于饱和，茶叶的生产总量远远超出市场需求，出现茶叶滞销现象。饮茶的过程中，新茶的品质要优于陈茶，这是因为随着储藏时间的增加，茶叶的外观品质及滋味物质都发生了不可逆的变化。新茶品质好，价格高，而新茶上市之际，也正是陈茶退市之时。为了牟利，部分商贩利用陈茶冒充新茶，或是将陈茶与新茶掺杂销售。这些以次充好的不良竞争手段，不仅影响了市场秩序，危害了茶叶品牌，在加工中使用的染色剂等添加剂更是威胁到了食品安全。在选购过程中，消费者通常只能通过感官（观色泽、闻香气、品茶汤）对新茶与陈茶进行评判，很难实现有效判别。由于针对茶叶贮藏期检测缺乏相关方法和标准，因此，研究一种既科学、准确又简便快捷的茶叶贮藏期判别方法就显得尤为迫切。目前茶叶品质评判主要从外形和内质两方面进行感官评价，审评结果易受评茶员的主观因素影响。而气相色谱-质谱连用、电子鼻、电子舌等化学分析方法，其仪器价格昂贵、操作方法复杂，并不能实现茶叶贮藏期的快速便捷判别。因此，光谱技术和图像分析技术等无损检测手段逐渐受到关注，但单一的检测手段对茶叶品质评价的能力十分有限。高光谱图像技术（Hyperspectralimaging,HSI）在电磁波谱的可见光、近红外光区域，以大量细分的光谱波段对目标材料进行成像，能够同时提取到图像特征参数和更多的光谱特征参数，更准确、全面地表征被测物质。作为一种绿色、快速、高效的无损检测技术，高光谱图像技术是光谱技术和图像处理技术的融合，兼具光谱分析能力和图像分辨能力，同时对茶叶内外部品质进行检测，有效提高茶叶品质评定结果的可靠性和稳定性，能够满足科学计量化的品质评定要求。近年来，高光谱图像技术被广泛应用于农业生产上，在茶叶生产上的应用则主要集中于茶树栽培管理监测、茶叶等级划分和茶类识别。将高光谱图像技术应用于茶叶贮藏期的判别中，对待测茶样图像和模型调用，与化学检测方法相比具有简便、便捷、准确等优点，可以达到科学准确地判别茶叶贮藏期的目标，弥补相关研究领域的空缺，对打击茶叶市场陈茶假冒新茶现象，规范市场秩序有积极作用。
技术实现思路
针对目前部分企业在茶叶销售中利用陈茶冒充新茶，而传统鉴别方法不易对茶叶贮藏期进行判别的现状，本专利技术的目的在于提供一种茶叶贮藏期的判别方法，该方法利用可见/近红外高光谱仪对不同贮藏期的茶叶进行图像采集，以获取茶叶贮藏期的高光谱判别模型，使用该模型可以判别出茶叶的贮藏期，其判别方法简单，判别结果准确，能够进行批量鉴定。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）陈化茶样的制备：购置的茶叶在测定初始含水率后，分装于铝箔袋中并封口，分为两个条件贮藏；一部分茶样在冷库中贮藏，作为保鲜茶样，陈化时间设定为一年，在0、90、180、270、360d分别取样，共取五组茶样，每组茶样取30个样本，每个样本30g，取得150个样本；另一部分茶样在常温下贮藏，作为贮藏茶样，陈化时间设定为一年，在0、90、180、270、360d分别取样，共取五组茶样，每组茶样取30个样本，每个样本30g，取得150个样本；（2）高光谱图像的采集和样品校正集、检验集的选择：使用基于可见/近红外光谱仪的高光谱图像系统及配套采集和分析软件，对样品的高光谱图像进行采集，可见/近红外相机扫描范围为370.38-1036.54nm，采样间隔为0.55nm，每条光谱有1232个变量，对高光谱摄像头曝光时间和输送装置进行设定后，对步骤（1）中制得的不同贮藏期的茶样进行扫描，采集样品图像前，先扫描标准白色校正板和黑色校正图像，并利用黑白校正图像对样品图像进行校正，得到该不同贮藏期茶样的高光谱图像，每隔两个样品选择一个样品作为测试样品，即150个样品中50个样品作为检验集，其余100个样品作为校正集；（3）降维处理及特征值提取：利用主成分分析对原始高光谱数据进行降维处理，基于前三个主成分图像的权重系数提取得到五个特征波长，选取图像中心的100×100像素区域的中心作为感兴趣的区域（Rangeofinterest，ROI），提取并保存5个特征波长图像ROI区域的光谱数据作为光谱特征信息，根据茶叶图像的特点，基于灰度共生矩阵（Gray-levelco-occurrencematrix，GLCM）计算平铺茶叶的整体图像的纹理，提取特征波长下的纹理特征变量作为纹理特征信息；（4）建立两个模型：选择最优参数，分别建立基于支持向量机（Supportvectormachine，SVM）的贮藏茶样和保鲜茶样贮藏期判别模型；（5）模型的检验：用步骤（2）中的检验集作为未知样品对校正集模型进行检验；（6）取未知贮藏期茶叶样品，按步骤（2）进行高光谱采集，利用所建立的SVM模型，通过对未知贮藏期茶叶样品高光谱图像进行分析，可快速定性判别出茶叶贮藏期。所述步骤（2）中进行高光谱图像采集时，称取11.5-12.5g的茶叶均匀地平铺在规格为Ф9cm的培养皿中进行。所述步骤（2）中进行高光谱图像数据采集前，可见/近红外相机采集参数设置为曝光时间8.5ms，输送装置速度为1.15mm/s。所述步骤（3）中采用主成分分析筛选出的五条特征波长为670.74nm、720.08nm、836.14nm、886.09nm和936.05nm。所述步骤（4）中基于SVM算法建立模型，其核函数为径向基核函数（Radialbasisfunction，RBF），通过选取适当的惩罚因子和核参数计算得到最优解。所述的应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法适用于除部分黑茶和紧压茶以外的各类茶叶。基于高光谱图像技术的茶叶贮藏期判别方法建立的分析模型用于判别茶叶贮藏期的用途。本专利技术的有益效果为：本专利技术茶叶贮藏期判别方法直接采用样品原样检测，省去繁琐的前处理，数学模型建立后，只需用待测样品通过仪器进行图像采集即可分析出茶叶贮藏期，能够满足茶叶在线检测的需求。具有无需称样、无需计算、无需样品前处理、无需任何化学试剂、无样品损坏、稳定快速、绿色环保、易于操作、准确率高、重复性好的特点。附图说明图1所示为本专利技术中不同贮藏期茶样的高光谱原始光谱图（a）六安瓜片保鲜茶（b）六安瓜片贮藏茶（c）黄山毛峰保鲜茶（d）黄山毛峰贮藏茶。图2所示为本专利技术中前三个主成分图像的权重系数图。图3所示为本专利技术中5个特征波长下六安光片保鲜茶样的图像。图4所示为本专利技术中5个特征波长下六安光片贮藏茶样的图像。图5所示为本专利技术中5个特征波长下黄山毛峰保鲜茶样的图像。图6所示为本专利技术中5个特征波长下黄山毛峰贮藏茶样的图像。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1本实施例应用可见/近红外高光谱图像分析技术结合支持向量机算法建立的定性分析模型判别茶叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）陈化茶样的制备：购置的茶叶在测定初始含水率后，分装于铝箔袋中并封口，分为两个条件贮藏；一部分茶样在常温下贮藏，作为贮藏茶样，陈化时间设定为一年，在0、90、180、270、360 d分别取样，共取五组茶样，每组茶样取30个样本，每个样本30 g，取得150个样本；另一部分茶样在冷库中贮藏，作为保鲜茶样，陈化时间设定为一年，在0、90、180、270、360 d分别取样，共取五组茶样，每组茶样取30个样本，每个样本30 g，取得150个样本；（2）高光谱图像的采集和样品校正集、检验集的选择：使用基于可见/近红外光谱仪的高光谱图像系统及配套采集和分析软件，对样品的高光谱图像进行采集，可见/近红外相机扫描范围为370.38‑1036.54 nm，采样间隔为0.55 nm，每条光谱有1232个变量，对高光谱摄像头曝光时间和输送装置进行设定后，对步骤（1）中制得的不同贮藏期的茶样进行扫描，采集样品图像前，先扫描标准白色校正板和黑色校正图像，并利用黑白校正图像对样品图像进行校正，得到该不同贮藏期茶样的高光谱图像，每隔两个样品选择一个样品作为测试样品，即150个样品中50个样品作为检验集，其余100个样品作为校正集；（3）降维处理及特征值提取：利用主成分分析对原始高光谱数据进行降维处理，基于前三个主成分图像的权重系数提取得到五个特征波长，选取图像中心的100×100像素区域的中心作为感兴趣的区域，提取并保存5个特征波长图像ROI区域的光谱数据作为光谱特征信息，根据茶叶图像的特点，基于灰度共生矩阵计算平铺茶叶的整体图像的纹理，提取特征波长下的纹理特征变量作为纹理特征信息；（4）建立两个模型：选择最优参数，分别建立基于支持向量机的贮藏茶样和保鲜茶样贮藏期判别模型；（5）模型的检验：用步骤（2）中的检验集作为未知样品对校正集模型进行检验；（6）取未知贮藏期茶叶样品，按步骤（2）进行高光谱采集，利用所建立的SVM模型，通过对未知贮藏期茶叶样品高光谱图像进行分析，可快速定性判别出茶叶贮藏期。...

【技术特征摘要】
1.一种应用高光谱图像技术判别茶叶贮藏期的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）陈化茶样的制备：购置的茶叶在测定初始含水率后，分装于铝箔袋中并封口，分为两个条件贮藏；一部分茶样在常温下贮藏，作为贮藏茶样，陈化时间设定为一年，在0、90、180、270、360d分别取样，共取五组茶样，每组茶样取30个样本，每个样本30g，取得150个样本；另一部分茶样在冷库中贮藏，作为保鲜茶样，陈化时间设定为一年，在0、90、180、270、360d分别取样，共取五组茶样，每组茶样取30个样本，每个样本30g，取得150个样本；（2）高光谱图像的采集和样品校正集、检验集的选择：使用基于可见/近红外光谱仪的高光谱图像系统及配套采集和分析软件，对样品的高光谱图像进行采集，可见/近红外相机扫描范围为370.38-1036.54nm，采样间隔为0.55nm，每条光谱有1232个变量，对高光谱摄像头曝光时间和输送装置进行设定后，对步骤（1）中制得的不同贮藏期的茶样进行扫描，采集样品图像前，先扫描标准白色校正板和黑色校正图像，并利用黑白校正图像对样品图像进行校正，得到该不同贮藏期茶样的高光谱图像，每隔两个样品选择一个样品作为测试样品，即150个样品中50个样品作为检验集，其余100个样品作为校正集；（3）降维处理及特征值提取：利用主成分分析对原始高光谱数据进行降维处理，基于前三个主成分图像的权重系数提取得到五个特征波长，选取图像中心的100×100像素区域的中心作为感兴趣的区域，提取并保存5个特征波长图像ROI区域的光谱数据作为光谱特征信息，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正竹，李露青，宁井铭，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34