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高光谱成像仪在茶叶品质无损鉴别中的应用

发布时间:2024-04-26
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茶作为世界三大饮料之一,茶叶的种类与等级对茶口感的影响巨大。传统的茶叶品质判别主要依靠感官评审与理化分析相结合的方法,这种方法耗时耗力且对茶叶损害较大。为了快速的对茶叶品质进行鉴别,就可以使用高光谱成像仪。本文介绍了高光谱成像仪​在茶叶品质无损鉴别中的应用。

茶作为世界三大饮料之一,茶叶的种类与等级对茶口感的影响巨大。传统的茶叶品质判别主要依靠感官评审与理化分析相结合的方法,这种方法耗时耗力且对茶叶损害较大。为了快速的对茶叶品质进行鉴别,就可以使用高光谱成像仪。本文介绍了高光谱成像仪在茶叶品质无损鉴别中的应用。

茶叶

茶叶品质鉴别方法:

众所周知,茶是世界上最受欢迎的饮料之一,历史悠久,不同茶产地根据其独特的气候条件,形成了各自独特的茶文化。根据发酵程度,茶叶的种类可以分为未发酵的绿茶和完全发酵的黑茶,5~10%发酵的白茶,60~70%发酵的乌龙茶,85%发酵的黄茶等。茶叶中含有的抵抗各种疾病的生物活性物质,比如儿茶素,黄酮醇,花青素等,使得近年来消费者对茶叶的质量以及营养的关注程度都明显增加。茶叶的种类、等级直接影响茶的口感与市场价值,而目前的茶叶市场中依然存在以次充好,以假乱真的现象,这些现象不仅对于茶叶品牌的建立有着消极的影响,而且对于消费者的权益来说,也是极大的损害。因此,研究一种快速鉴别茶叶品质的方法意义重大。

传统的茶叶品质鉴别方法主要以感官评定方法和理化方法结合的方式为主。其中,感官评审方法是指由专家对茶叶进行感官评审而对茶叶等级做出判断,这种方法受评审专家的个人经历以及外部因素的影响,不同的专家可能对同一等级的茶做出不同的评价。而理化方法是指将茶叶经过实验室程序,对茶叶内部物质含量进行化学方法测量,并根据内部成分的差异对茶叶的等级做出判断,这种方法得到的结果往往十分准确,但是成本高,耗费时间长,而且需要破坏茶叶的原有结构,对于大批量的茶叶进行等级判别时,往往不是一个好的方法。

高光谱技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术,其最大的特点是能够同时检测样品的内部以及外部品质,克服了运用机器视觉只利用图形外部特征的问题,又能够反映样本内部物质的差异。

高光谱成像仪008

高光谱成像仪在茶叶品质无损鉴别中的应用:

近年来随着计算机技术、图像处理技术以及光谱分析方法的快速发展与融合,基于高光谱技术的茶叶品质检测方法已经得到了国内外学者的广泛关注。通过高光谱成像系统获取的高光谱图像具有“图谱合一”的特点,即同时含有图像信息和光谱信息。利用图像信息可以用来检测样本的外部品质,而光谱信息则可以用来检测他们的内部品质和安全性。目前基于高光谱成像的快速无损检测方法正在蔬菜水果质量检验、医学检测、禽肉类品质检测等多方面开展研究应用。

高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上,在紫外到近红外(200-2500nm)的光谱范围内,利用成像光谱仪在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。按照光谱顺序在不同的光谱波长点都有一张二维空间图像,即整个高光谱图像其实是一个数据“立方体”。在获得物体空间特征成像的同时,也获得了被测物体的光谱信息。某些物体在光谱中留下独特的“指纹”。这些“指纹”被称为光谱特征,可用于识别被扫描物体的物质组成。高光谱成像仪在茶叶品质无损鉴别中的具体应用,主要体现在以下两个方法面:

1.茶叶外部品质检测

茶叶的外部品质主要包括颜色、纹理、形状、大小、表面污染和表面缺陷等特征,外部品质是茶叶品质的最直接体现。传统的检测方法已经可以实现针对较为明显的外观特征的自动检测,但是对于茶叶轻微损伤、腐败、冻伤等大部分特征不明显的外部特征则需要结合图像技术进行检测。区别于传统的二维成像技术,高光谱成像技术可以获得不同光谱维度上的图像信息,更有利于果蔬外部品质的检测分析。

2.茶叶内部品质检测

茶叶内部品质主要包括糖度、硬度、酸度、水分、pH、可溶性固形物、淀粉含量等指标。可溶性固形物含量是指茶叶中所有溶于水的化合物的总称,包括可溶性糖类、酸、维生素、矿物质等,它是茶叶重要的内部品质之一,因此,利用高光谱成像技术检测茶叶中可溶性固形物含量成为国内外学者的研究热点。例如,研究人员利用高光谱成像技术(400~1000nm)无损检测茶叶的含水量、可溶性固形物和酸度等品质指标,利用偏最小二乘和多元线性回归对测定指标进行建模,模型结果较优,相关系数为0.92。同时利用灰度共生矩阵进行纹理分析,结果表明,分类精度达到89.61%。

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