茶作為世界三大飲料之一，茶葉的種類(lèi)與等級(jí)對(duì)茶口感的影響巨大。傳統(tǒng)的茶葉品質(zhì)判別主要依靠感官評(píng)審與理化分析相結(jié)合的方法，這種方法耗時(shí)耗力且對(duì)茶葉損害較大。為了快速的對(duì)茶葉品質(zhì)進(jìn)行鑒別，就可以使用高光譜成像儀。本文介紹了高光譜成像儀在茶葉品質(zhì)無(wú)損鑒別中的應(yīng)用。
茶葉品質(zhì)鑒別方法：
眾所周知，茶是世界上最受歡迎的飲料之一，歷史悠久，不同茶產(chǎn)地根據(jù)其獨(dú)特的氣候條件，形成了各自獨(dú)特的茶文化。根據(jù)發(fā)酵程度，茶葉的種類(lèi)可以分為未發(fā)酵的綠茶和完全發(fā)酵的黑茶，5～10%發(fā)酵的白茶，60～70%發(fā)酵的烏龍茶，85%發(fā)酵的黃茶等。茶葉中含有的抵抗各種疾病的生物活性物質(zhì)，比如兒茶素，黃酮醇，花青素等，使得近年來(lái)消費(fèi)者對(duì)茶葉的質(zhì)量以及營(yíng)養(yǎng)的關(guān)注程度都明顯增加。茶葉的種類(lèi)、等級(jí)直接影響茶的口感與市場(chǎng)價(jià)值，而目前的茶葉市場(chǎng)中依然存在以次充好，以假亂真的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象不僅對(duì)于茶葉品牌的建立有著消極的影響，而且對(duì)于消費(fèi)者的權(quán)益來(lái)說(shuō)，也是極大的損害。因此，研究一種快速鑒別茶葉品質(zhì)的方法意義重大。
傳統(tǒng)的茶葉品質(zhì)鑒別方法主要以感官評(píng)定方法和理化方法結(jié)合的方式為主。其中，感官評(píng)審方法是指由專(zhuān)家對(duì)茶葉進(jìn)行感官評(píng)審而對(duì)茶葉等級(jí)做出判斷，這種方法受評(píng)審專(zhuān)家的個(gè)人經(jīng)歷以及外部因素的影響，不同的專(zhuān)家可能對(duì)同一等級(jí)的茶做出不同的評(píng)價(jià)。而理化方法是指將茶葉經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室程序，對(duì)茶葉內(nèi)部物質(zhì)含量進(jìn)行化學(xué)方法測(cè)量，并根據(jù)內(nèi)部成分的差異對(duì)茶葉的等級(jí)做出判斷，這種方法得到的結(jié)果往往十分準(zhǔn)確，但是成本高，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，而且需要破壞茶葉的原有結(jié)構(gòu)，對(duì)于大批量的茶葉進(jìn)行等級(jí)判別時(shí)，往往不是一個(gè)好的方法。
高光譜技術(shù)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是能夠同時(shí)檢測(cè)樣品的內(nèi)部以及外部品質(zhì)，克服了運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)只利用圖形外部特征的問(wèn)題，又能夠反映樣本內(nèi)部物質(zhì)的差異。
高光譜成像儀在茶葉品質(zhì)無(wú)損鑒別中的應(yīng)用：
近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)以及光譜分析方法的快速發(fā)展與融合，基于高光譜技術(shù)的茶葉品質(zhì)檢測(cè)方法已經(jīng)得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。通過(guò)高光譜成像系統(tǒng)獲取的高光譜圖像具有“圖譜合一”的特點(diǎn)，即同時(shí)含有圖像信息和光譜信息。利用圖像信息可以用來(lái)檢測(cè)樣本的外部品質(zhì)，而光譜信息則可以用來(lái)檢測(cè)他們的內(nèi)部品質(zhì)和安全性。目前基于高光譜成像的快速無(wú)損檢測(cè)方法正在蔬菜水果質(zhì)量檢驗(yàn)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、禽肉類(lèi)品質(zhì)檢測(cè)等多方面開(kāi)展研究應(yīng)用。
高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上，在紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內(nèi)，利用成像光譜儀在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像。按照光譜順序在不同的光譜波長(zhǎng)點(diǎn)都有一張二維空間圖像，即整個(gè)高光譜圖像其實(shí)是一個(gè)數(shù)據(jù)“立方體”。在獲得物體空間特征成像的同時(shí)，也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。某些物體在光譜中留下獨(dú)特的“指紋”。這些“指紋”被稱(chēng)為光譜特征，可用于識(shí)別被掃描物體的物質(zhì)組成。高光譜成像儀在茶葉品質(zhì)無(wú)損鑒別中的具體應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方法面：
1.茶葉外部品質(zhì)檢測(cè)
茶葉的外部品質(zhì)主要包括顏色、紋理、形狀、大小、表面污染和表面缺陷等特征，外部品質(zhì)是茶葉品質(zhì)的最直接體現(xiàn)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)較為明顯的外觀(guān)特征的自動(dòng)檢測(cè)，但是對(duì)于茶葉輕微損傷、腐敗、凍傷等大部分特征不明顯的外部特征則需要結(jié)合圖像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。區(qū)別于傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)，高光譜成像技術(shù)可以獲得不同光譜維度上的圖像信息，更有利于果蔬外部品質(zhì)的檢測(cè)分析。
2.茶葉內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)
茶葉內(nèi)部品質(zhì)主要包括糖度、硬度、酸度、水分、pH、可溶性固形物、淀粉含量等指標(biāo)?？扇苄怨绦挝锖渴侵覆枞~中所有溶于水的化合物的總稱(chēng)，包括可溶性糖類(lèi)、酸、維生素、礦物質(zhì)等，它是茶葉重要的內(nèi)部品質(zhì)之一，因此，利用高光譜成像技術(shù)檢測(cè)茶葉中可溶性固形物含量成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。例如，研究人員利用高光譜成像技術(shù)（400～1000nm）無(wú)損檢測(cè)茶葉的含水量、可溶性固形物和酸度等品質(zhì)指標(biāo)，利用偏最小二乘和多元線(xiàn)性回歸對(duì)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行建模，模型結(jié)果較優(yōu)，相關(guān)系數(shù)為0.92。同時(shí)利用灰度共生矩陣進(jìn)行紋理分析，結(jié)果表明，分類(lèi)精度達(dá)到89.61%。
