基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统技术方案

本发明专利技术公开了基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，涉及茶叶加工领域，该系统包括：杀青锅、拍摄模块、温度控制模块、电子鼻、主处理模块和机械炒手模块，拍摄模块至少包括3D结构光摄像头，机械炒手模块包括电机及其连接的桨叶，主处理模块根据茶叶图像中各个像素点的景深信息计算得到茶叶图像中各个预定区域内的茶叶的褶皱度差异，并根据褶皱度差异控制机械炒手模块中桨叶的转速调节对茶叶的翻炒速率，主处理模块根据采集到的预定种类化学物浓度控制温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度，通过使用本发明专利技术的基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，可以在无需专业炒茶人员的前提下，高效、高质量地进行茶叶杀青自动化生产。

【技术实现步骤摘要】
基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统
本专利技术涉及茶叶加工领域，尤其是基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统。
技术介绍
茶叶是未经发酵制成的茶叶品种，作为中国的主要茶类之一，它保留了鲜叶的天然物质，含有茶多酚、叶绿素、氨基酸、维生素等多种营养成分，这些营养成分对于防衰老、防癌、抗癌、杀菌和消炎具有一定的功效。目前的制茶工艺包括摊放、杀青、揉捻、干燥等多个步骤，其中杀青是重要的高温环节，茶叶经过高温杀青，将茶叶中的各种氧化酶杀灭，从而可以抑制鲜叶中茶多酚等有效成分被酶促氧化，同时蒸发鲜叶中的水分，是茶叶变柔软，以便于后续的揉捻成形。现有杀青技术一般包括蒸汽杀青、锅式杀青、微波杀青和沸水杀青等。名优茶叶的杀青一般使用锅式杀青，锅式杀青装置的主体由加热装置、杀青锅组成，结构简单。茶农将采摘下来的茶叶进行摊青后，放入锅内利用工具进行翻炒，通过触觉，视觉和嗅觉来调节加热装置功率、判别杀青的进程。根据人工主观感官评价来改变杀青操作的流程主要为：若杀青锅内各茶叶叶片的褶皱程度差异较大，则说明各叶片受热不均匀，需要加快翻炒速率来保证受热一致性；杀青前期，若闻到了酶促氧化产物的气味，则提高茶叶叶片温度来加快灭酶，抑制酶促氧化反应，保证茶叶的色泽和有效成分含量；杀青中期，若闻到较浓的茶叶清香味，则需要降低茶叶叶片温度来避免茶叶清香物质大量挥发；杀青后期，若散发的青臭味较淡则需稍许提高茶叶叶片温度来尽量多地除去青臭味，若闻到茶叶焦糊味则需要降低茶叶叶片温度，防止焦糊。然而人工杀青过程中，采用的主观评价易受人为因素以及外界环境的影响，造成不同批次茶叶品质的不均匀性、不确定性。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，本专利技术的技术方案如下：一种基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，包括设置有待杀青的茶叶的杀青锅、拍摄模块、温度控制模块、电子鼻、主处理模块和机械炒手模块，所述拍摄模块至少包括3D结构光摄像头，所述机械炒手模块包括电机及其连接的桨叶，所述杀青锅的上方朝向所述杀青锅安装有所述拍摄模块，所述电子鼻通过气管连通至所述杀青锅内，所述机械炒手模块的桨叶安装在所述杀青锅内，所述拍摄模块和所述电子鼻连接到所述主处理模块，所述主处理模块连接并控制所述温度控制模块和所述机械炒手模块的电机，所述主处理模块通过所述温度控制模块调节所述杀青锅内的温度；所述主处理模块通过所述3D结构光摄像头获取杀青锅内的茶叶图像、通过所述电子鼻采集茶叶的预定种类化学物浓度，所述茶叶图像包括各个像素点的景深信息，像素点的景深信息表示所述像素点与所述3D结构光摄像头之间的距离；所述主处理模块根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算得到所述茶叶图像中各个预定区域内的茶叶的褶皱度差异，并根据所述褶皱度差异控制所述机械炒手模块中桨叶的转速调节对茶叶的翻炒速率；所述主处理模块根据采集到的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度。其进一步的技术方案为，所述根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算得到所述茶叶图像中各个预定区域内的茶叶的褶皱度差异，包括：根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算像素变化梯度，并根据计算得到的像素变化梯度将所述茶叶图像划分为若干个不同的所述预定区域；根据每个所述预定区域内的各个像素点的景深信息计算所述预定区域内的茶叶的褶皱度；根据每个所述预定区域的内的茶叶的褶皱度计算得到所述褶皱度差异，所述褶皱度差异包括各个预定区域内的茶叶的褶皱度的方差和/或标准差。其进一步的技术方案为，所述根据每个所述预定区域内的各个像素点的景深信息计算所述预定区域内的茶叶的褶皱度，包括按照如下公式计算第i个预定区域内的茶叶的褶皱度Bi为：其中，Zj表示所述预定区域内的第j像素点的景深信息，Ni为第i个所述预定区域中的像素点的总个数，M为整个所述茶叶图像内的像素点的总个数，i和j为参数。其进一步的技术方案为，所述褶皱度差异为各个预定区域内的茶叶的褶皱度的方差，则所述根据每个所述预定区域的内的茶叶的褶皱度计算得到所述褶皱度差异，包括按照如下公式计算：其中，M为整个所述茶叶图像内的像素点的总个数，Bi为第i个预定区域内的茶叶的褶皱度，i和j为参数。其进一步的技术方案为，所述根据所述褶皱度差异控制所述机械炒手模块中桨叶的转速调节对茶叶的翻炒速率，包括：所述桨叶的转速的计算公式为：R＝4.72*ln(37.93·S)+19.18，其中，R为所述机械炒手模块中桨叶的转速，S为褶皱度差异。其进一步的技术方案为，茶叶的杀青过程包括至少两个不同的杀青阶段，所述主处理模块根据采集到的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度，包括：所述主处理模块根据杀青过程开始时刻到当前时刻的翻炒时长确定当前所处的杀青阶段；所述主处理模块根据当前所处的杀青阶段对应的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度，不同的杀青阶段对应的预定种类化学物不同。其进一步的技术方案为，茶叶的杀青过程包括第一杀青阶段、第二杀青阶段和第三杀青阶段，所述第一杀青阶段包括杀青过程开始时刻到第一预定时刻之间的杀青过程，所述第二杀青阶段包括所述第一预定时刻到第二预定时刻之间的杀青过程，所述第三杀青阶段包括所述第二预定时刻到第三预定时刻之间的杀青过程；所述第一杀青阶段对应的预定种类化学物为酶促氧化产物，所述第二杀青阶段对应的预定种类化学物包括酯类及芳香烃，所述第三杀青阶段包括青叶醇和有机硫化物。其进一步的技术方案为，当处于所述第一杀青阶段时，所述根据当前所处的杀青阶段对应的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度，包括调节所述翻炒温度为：其中，x3表示酶促氧化产物浓度。其进一步的技术方案为，当处于所述第二杀青阶段时，所述根据当前所处的杀青阶段对应的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度，包括调节所述翻炒温度T为：其中，x9表示酯类及芳香烃浓度。其进一步的技术方案为，当处于所述第三杀青阶段时，所述根据当前所处的杀青阶段对应的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度，包括调节所述翻炒温度T为：其中，x6表示青叶醇浓度，x7表示有机硫化物浓度。本专利技术的有益技术效果是：传统的人工茶叶锅式杀青的基础上，以3D结构光方法代替人眼，来识别杀青过程中各片茶叶褶皱程度差异，并根据此褶皱程度差异调节自动翻炒的转速，提升茶叶在杀青过程中受热的均匀性，通过使用本专利技术所述的基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，可以在无需专业炒茶人员的前提下，高效、高质量地进行茶叶杀青自动化生产。附图说明图1是本申请的茶叶锅式杀青系统的结构示意图。图2是本申请的茶叶锅式杀青系统的流程图。图3是本申请的机械炒手装置转速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，其特征在于，包括设置有待杀青的茶叶的杀青锅、拍摄模块、温度控制模块、电子鼻、主处理模块和机械炒手模块，所述拍摄模块至少包括3D结构光摄像头，所述机械炒手模块包括电机及其连接的桨叶，所述杀青锅的上方朝向所述杀青锅安装有所述拍摄模块，所述电子鼻通过气管连通至所述杀青锅内，所述机械炒手模块的桨叶安装在所述杀青锅内，所述拍摄模块和所述电子鼻连接到所述主处理模块，所述主处理模块连接并控制所述温度控制模块和所述机械炒手模块的电机，所述主处理模块通过所述温度控制模块调节所述杀青锅内的温度；/n所述主处理模块通过所述3D结构光摄像头获取杀青锅内的茶叶图像、通过所述电子鼻采集茶叶的预定种类化学物浓度，所述茶叶图像包括各个像素点的景深信息，像素点的景深信息表示所述像素点与所述3D结构光摄像头之间的距离；/n所述主处理模块根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算得到所述茶叶图像中各个预定区域内的茶叶的褶皱度差异，并根据所述褶皱度差异控制所述机械炒手模块中桨叶的转速调节对茶叶的翻炒速率；/n所述主处理模块根据采集到的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于气味及3D结构光的茶叶锅式杀青系统，其特征在于，包括设置有待杀青的茶叶的杀青锅、拍摄模块、温度控制模块、电子鼻、主处理模块和机械炒手模块，所述拍摄模块至少包括3D结构光摄像头，所述机械炒手模块包括电机及其连接的桨叶，所述杀青锅的上方朝向所述杀青锅安装有所述拍摄模块，所述电子鼻通过气管连通至所述杀青锅内，所述机械炒手模块的桨叶安装在所述杀青锅内，所述拍摄模块和所述电子鼻连接到所述主处理模块，所述主处理模块连接并控制所述温度控制模块和所述机械炒手模块的电机，所述主处理模块通过所述温度控制模块调节所述杀青锅内的温度；
所述主处理模块通过所述3D结构光摄像头获取杀青锅内的茶叶图像、通过所述电子鼻采集茶叶的预定种类化学物浓度，所述茶叶图像包括各个像素点的景深信息，像素点的景深信息表示所述像素点与所述3D结构光摄像头之间的距离；
所述主处理模块根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算得到所述茶叶图像中各个预定区域内的茶叶的褶皱度差异，并根据所述褶皱度差异控制所述机械炒手模块中桨叶的转速调节对茶叶的翻炒速率；
所述主处理模块根据采集到的预定种类化学物浓度控制所述温度控制模块调节对茶叶的翻炒温度。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算得到所述茶叶图像中各个预定区域内的茶叶的褶皱度差异，包括：
根据所述茶叶图像中各个像素点的景深信息计算像素变化梯度，并根据计算得到的像素变化梯度将所述茶叶图像划分为若干个不同的所述预定区域；
根据每个所述预定区域内的各个像素点的景深信息计算所述预定区域内的茶叶的褶皱度；
根据每个所述预定区域的内的茶叶的褶皱度计算得到所述褶皱度差异，所述褶皱度差异包括各个预定区域内的茶叶的褶皱度的方差和/或标准差。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述根据每个所述预定区域内的各个像素点的景深信息计算所述预定区域内的茶叶的褶皱度，包括按照如下公式计算第i个预定区域内的茶叶的褶皱度Bi为：



其中，Zj表示所述预定区域内的第j像素点的景深信息，Ni为第i个所述预定区域中的像素点的总个数，M为整个所述茶叶图像内的像素点的总个数，i和j为参数。


4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述褶皱度差异为各个预定区域内的茶叶的褶皱度的方差，则所述根据每个所述预定区域的内的茶叶的褶皱度计算得到所述褶皱度差异，包括按照如下公式计算：

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【专利技术属性】
技术研发人员：宋飞虎，蒋建军，钟锐锐，陈鸿松，董莹，徐毓辰，戴宁，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32