茶葉內(nèi)部品質(zhì)對(duì)于茶葉的滋味及香氣起決定作用，而鑒定茶葉內(nèi)部品質(zhì)常用的方法是進(jìn)行理化測(cè)量，此方法繁瑣耗時(shí)且昂貴，且對(duì)受測(cè)試樣有損，嚴(yán)重浪費(fèi)資源。因此，為了快速且無(wú)損的對(duì)茶葉的內(nèi)外品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，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內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。
茶葉內(nèi)外品質(zhì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法：
茶與可口可樂(lè)、咖啡并稱(chēng)世界三大無(wú)酒精飲料。茶因其清香淡雅的口感及其獨(dú)特生理功效而越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。茶起源于中國(guó)，有著幾千年的歷史，經(jīng)過(guò)幾千年的沉淀，茶本身已經(jīng)具備了深厚的茶文化，隨著人們對(duì)于美好生活需要的日益增長(zhǎng)，人們對(duì)于茶的質(zhì)量要求也逐漸提高。此外茶作為一種經(jīng)濟(jì)作物，提升茶葉的品質(zhì)，不僅可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還可以改善人民的生活品質(zhì)。
目前，在我國(guó)對(duì)于茶葉的品質(zhì)等級(jí)評(píng)審主要采取感官評(píng)審結(jié)合理化指標(biāo)測(cè)定的模式進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。在感官評(píng)審中主要由評(píng)審專(zhuān)家依據(jù)外形、湯色、香氣、滋味、葉底這五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判；在理化指標(biāo)測(cè)定的過(guò)程中主要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定茶葉的水分、茶氨酸、茶多酚等指標(biāo)是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。這種感官評(píng)審和理化指標(biāo)的評(píng)審模式都有其不可避免的缺陷，主要表現(xiàn)在感官評(píng)審具有較大的主觀性，理化指標(biāo)測(cè)定需要多樣品進(jìn)行破壞，由此產(chǎn)生資源的浪費(fèi)；此外理化測(cè)定過(guò)程繁瑣、耗時(shí)，由此產(chǎn)生較多的人為誤差，致使測(cè)定結(jié)果可信度不高；同時(shí)由于測(cè)定耗時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)制茶過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)意義不大；還有一個(gè)不可忽視的缺陷是理化指標(biāo)測(cè)定昂貴，也限制了理化方法對(duì)于茶葉內(nèi)含成分的測(cè)定的應(yīng)用。
近年來(lái)，隨著高光譜技術(shù)由遙感探測(cè)領(lǐng)域逐漸拓展到更為寬廣的領(lǐng)域，高光譜成像技術(shù)由于其獨(dú)有的“快速、無(wú)損、圖譜合一”等特點(diǎn)，在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，逐漸成為農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)研究的熱點(diǎn)。高光譜圖像技術(shù)是高光譜技術(shù)和圖像處理技術(shù)的融合，兼具光譜分析能力和圖像分辨能力，同時(shí)對(duì)茶葉內(nèi)外部品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各種品質(zhì)特征進(jìn)行全面的可視化分析，增強(qiáng)茶葉品質(zhì)評(píng)定結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性，達(dá)到科學(xué)計(jì)量化的品質(zhì)評(píng)定要求。
高光譜成像儀在茶葉內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用：
傳統(tǒng)茶葉內(nèi)外品質(zhì)的檢測(cè)方法主要采用感官審評(píng)和化學(xué)檢測(cè)進(jìn)行品質(zhì)評(píng)定。茶葉感官審評(píng)依賴(lài)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的感官和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)評(píng)茶人員以及審評(píng)環(huán)境要求嚴(yán)格，受限條件較多，較難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，審評(píng)結(jié)果易引起爭(zhēng)議。作為感官審評(píng)的重要補(bǔ)充，茶葉主要理化成分相關(guān)檢測(cè)方法的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。但茶葉理化檢測(cè)普遍存在步驟煩瑣、成本高、效率低、耗時(shí)費(fèi)工、產(chǎn)品破壞大等問(wèn)題，而光譜技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、無(wú)損的快速檢測(cè)方法，不但可以解決上述問(wèn)題，還可應(yīng)用到茶葉的其他定量及定性分析上。
使用高光譜成像儀檢測(cè)茶葉內(nèi)外品質(zhì)的具體方法如下：
1.高光譜圖像采集
選取具有代表性的茶葉樣本，將茶葉均勻地平鋪在一定規(guī)格的培養(yǎng)皿中，然后進(jìn)行高光譜圖像采集。在高光譜圖像數(shù)據(jù)采集前，預(yù)先確定好高光譜攝像頭的曝光時(shí)間以保證圖像的清晰；確定好輸送裝置的速度以避免圖像尺寸和空間分辨率失真。數(shù)據(jù)采集時(shí)，線陣的探測(cè)器在光學(xué)焦面的垂直方向作橫向掃描（x軸方向），獲取條狀空間中每個(gè)像素在各個(gè)波長(zhǎng)處的光譜信息；同時(shí)隨著樣本的縱向前進(jìn)（y軸方向），線陣探測(cè)器掃出整個(gè)平面完成整幅茶葉樣本圖像數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)而就可以得到茶葉的高光譜圖像數(shù)據(jù)塊。
2.高光譜圖像定標(biāo)
由于光源的強(qiáng)度在各波段下分布不均勻以及攝像頭中暗電流噪音的存在，造成在光源強(qiáng)度分布較弱的波段下，所獲得的圖像含有較大的噪音。因此，需要對(duì)所獲得的高光譜圖像進(jìn)行黑白標(biāo)定，在與樣品采集相同的系統(tǒng)條件下，掃描標(biāo)準(zhǔn)白色校正板得到全白的標(biāo)定圖像，關(guān)閉相機(jī)快門(mén)進(jìn)行圖像采集得到全黑的標(biāo)定圖像，完成高光譜圖像的標(biāo)定，使采集得到的絕對(duì)圖像變成相對(duì)圖像。
3.特征波長(zhǎng)提取
由于茶葉樣本的全波段光譜數(shù)據(jù)量大、信息混雜，且大量的光譜數(shù)據(jù)會(huì)造成模型復(fù)雜、計(jì)算量大等問(wèn)題。因此，有必要對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理以尋找最能表征茶葉品質(zhì)指標(biāo)的特征圖像，這樣即可以提高后期數(shù)據(jù)處理的速度，又可以去除數(shù)據(jù)中的冗余信息。
4.建立預(yù)測(cè)模型與評(píng)價(jià)
利用分析軟件采用不同的方法對(duì)原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，并使用該數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，分析不同的預(yù)處理方法對(duì)預(yù)測(cè)模型的作用。應(yīng)用偏最小二乘回歸（PLSR）建立茶葉品質(zhì)的預(yù)測(cè)模型，并對(duì)模型的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行驗(yàn)證和精度評(píng)價(jià)。
綜上所述，高光譜成像儀是集成光譜檢測(cè)和圖像檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的滿足茶葉內(nèi)外品質(zhì)同時(shí)檢測(cè)的需求，它是光譜分析技術(shù)和圖像技術(shù)在的完美融合，可以對(duì)樣本的內(nèi)外品質(zhì)特征進(jìn)行可視化的分析。
