浅析EM算法在计算机处理茶叶品质视觉分析中的应用

孔丽云

（广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545004）

浅析EM算法在计算机处理茶叶品质视觉分析中的应用

孔丽云

（广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545004）

茶叶对我们来说，一点儿都不陌生。如今茶叶已经融入到人们的日常生活中，成为人们生活中不可或缺的一部分。茶叶需求的增加，为消费者的购买行为造成了一定的困扰。大多数消费者对各类茶叶了解不多，只能凭着主观意识去判定茶叶产品的质量好坏，这种判断标准难免会受人为因素的影响产生一定的偏差。为了科学合理地对茶叶的品质进行鉴别，本文基于EM算法原理下，同计算机视觉系统相结合，对茶叶品质进行高效准确的视觉分析，以期提高评判结果的准确性和科学性，便于消费者合理选择商品。

EM算法；计算机；广西；茶叶品质；视觉分析茶叶是人们饮用频率最高的饮品之一。沁人心脾的香气、清神醒脑的功效，清新脱俗的寓意，使茶叶深受广大群众的喜爱。为紧跟信息时代的前进步伐，进一步提高人们的生活质量和水平，利用电子计算机技术来更深入地了解茶叶的相关品质，既有利于保护人体健康，又有助于优质茶叶品种的研制和开发。文中利用EM算法理论，对计算机视觉处理技术进行改善。另外，尝试从视觉角度，应用该系统对茶叶品质进行合理的鉴定分析。

1 茶叶的品质的一般分析

在以健康养生为目标的社会生活浪潮的影响下，茶叶以其天然、无污染、强身健体、祛暑解渴等多重有利优势条件，在诸多养生产品中脱颖而出。茶叶不仅成为了居家使用的必备品，更是人们拜访亲友、佳节送礼的首选。然而身处种类繁多、花样百出的茶叶销售市场之中，消费者们犹豫不决，无从下手。生活中我们常说“货比三家”，要想挑选出高品质的茶叶，还要从其品质的基本构成要素和分析方法入手，掌握一定的基本理论，付诸实践，抵制假货，拒绝盲目消费。

1.1 茶叶品质的构成要素

“品质”一词很好理解，就是指质量的好坏。那么茶叶的品质，顾名思义，即茶叶质量的好坏，具体指茶叶在颜色、形状、香气以及味道上，所能达到人们满意的程度，也可理解为鉴定茶叶品种质量高低的根本标准。从宏观角度上来说，茶叶品质有内在品质、外形品质、物理品质、化学品质、营养品质、成分品质之分。而从微观角度分析，茶叶的品质要具体到某种成分的含量是否达标或超标，常见评价指标有水分、蛋白质、氨基酸、维生素等成分的含量。正常生长的茶树，其品质高低会受到多种因素的影响。因而，对茶叶品质的评价要综合全面进行。

1.2 视觉角度下茶叶品质的分析

不懂茶的消费者，往往通过茶叶产品外包装是否华美精致而进行判断，这种做法理论上是不可取的。首先，可以以新鲜茶叶的颜色作为评价标准，高品质的新鲜茶叶，叶片嫩绿，植株坚挺，水分充足，脉络清新，充盈有光泽；这第二标准则是茶叶成品的形态和成色，炒过的茶叶，水分快速挥发，叶片萎缩，整体呈海螺状，颜色偏深绿或黑褐色；最后，茶水的颜色也可以成为评价茶叶品质的重要途径，清澈透亮、黄的好似琥珀，绿的宛若翡翠，是高品质茶叶的一个重要表现。

1.3 广西茶叶的特色品质

广西省位于我国偏南部地区，地理位置优越，土壤肥沃，气候湿热，非常有利于茶树的生长。因此，是我国的主要产茶区，且茶叶品种多、质量好。其中比较著名的广西特色茶叶有百色红碎茶、六堡茶、西山茶、漓江银针、开山白毛茶、圣地毛尖、桂林毛尖、横县茉莉花茶等，这些茶叶品质优良、茶香令人回味无穷，不仅在广西当地深受欢迎，在国际上也受到一致好评。每种茶叶都有自己的特色，譬如六堡茶，色泽黑褐光润，汤色红浓似玻泪，滋味醇和甘爽，有槟榔香味；凌云白豪，因其叶披满洁白晶莹的白毫而得名，被称为"白毛茶之王"，该茶香气高而持久，滋味出浓爽回甘，耐冲泡；金花茶在广西也有较大的种植规模，花色金黄，含有丰富的维生素和矿物质，既具有药用价值，还有一定的观赏价值，是广西的特色茶品牌。

2 茶叶品质鉴定中计算机技术的使用——以EM算法为例

计算机技术逐渐被应用在其他领域，以期利用信息技术的科学性和飞速性带动其他领域的发展。关于计算机技术在其他行业的拓展应用，比较典型的一例是其在茶叶品质鉴定中的应用，该创新应用对保障人们的健康生活以及督促茶叶生产商的高品质生产具有一定的积极作用，下面以EM算法为例，详细阐述计算机技术在茶叶品质鉴定中的作用。

2.1 EM算法工作的基本原理

就普通人而言，EM算法这一概念可能比较陌生，实际上，EM的英文全称是Expectation Maximization Algorithm，直译为期望值最大化算法，从性质上来讲，EM算法具有一定的迭代性，适用于含有隐变量的概率参数模型，其目的是通过建立概率模型找出相应参数的最大期望值。EM算法的基本原理来源于数学思想，常被应用于机器学习以及计算机视觉的数据聚类领域，属于学科交叉的产物。EM算法的迭代性主要体现在其具体计算步骤上，基本计算分求期望和最大化两步，二者交叉进行，相互交替，如此循环直到求出满足要求的最大期望值。

2.2 计算机视觉系统的形成及运行

计算机视觉系统的形成是我们在信息领域人工智能水平上的一大突破，标志着信息社会的演变与进化。计算机视觉系统，是指利用高科技设备或仪器对一定的目标进行观察、跟踪、定位和处理，相当于取代了原先人类眼睛地位作用。通过计算机视觉系统的合理处理，使得外界信息和画面更加清晰、明确，让人容易接受和理解，提高工作效率和准确性，计算机视觉系统成为人类的第二双眼睛，为人类的生产生活减轻了不少压力。当然，计算机视觉系统的开发和设计并非一蹴而就，而是融合了计算机技术、物理学、神经生理学、应用数学、统计学等多门基础学科，经过软件工程师的不断鲁努力和尝试，最终形成。最基本的计算机视觉系统是由相机、镜头和照明三大块组成，各体系相互协调配合，共同完成计算机视觉分析任务。

2.3 计算机视觉技术对茶叶图像的调整处理

计算机视觉技术的基本工作是对所采集的画面，进行一定的加工处理。在相应人工智能程序的控制下，代替人眼进行观察、分析、辨析和选择，以便突出观察对象的主要特征，帮助人们快速、准确获取信息。关于计算机视觉技术对茶叶图像的调整处理，主要分为以下几道工序进行:清理图片、截取边缘、增加画面色彩对比强度。应用计算机视觉技术对茶叶图像进行处理调整，需将茶叶以图像的形式，转换成计算机系统内的数字信息形式，在这个过程中会受到外界环境其他因素的干扰作用。从而导致画质较差、画面失真的现象，经过图片清理环节，可以尽量减少画面损失，保持图像的原有状态；增加画面色彩对比强度，有助于丰富图像的色彩，使得画面效果更加逼真、生动，便于茶叶品质鉴定工作的开展；最后截取图片，方便后续分析工作中单株茶叶的分离和观察，使分析结果更加具有科学性和说服力。

3 EM算法在计算机处理茶叶品质视觉分析中的应用

传统的茶叶品质鉴定工作常习惯于通过人工品尝和检定，这种鉴定方式虽然在实践经验上略胜一筹，但是难免会受到人类主观情感或个人喜好的影响。因此，堆茶叶品质的鉴定结果也具有一定的不准确性。EM算法基于数学统计概率原理，通过循环迭代，确保了测量结果的科学性和可信性，具有一定的可行性。基于此，从茶叶颜色、画面光线及茶叶形态三个方面阐述EM算法的应用价值。

3.1 应用EM算法处理茶叶的颜色

就新鲜茶叶而言，越是青翠欲滴的嫩芽越容易给人新鲜、健康、高质量的印象；而对于成茶来说，颜色则越显陈旧越好，针对不同品种的茶叶需具体情况具体分析，因此，如果仅凭人的肉眼对茶叶的品质进行评判，那是相当不可取的。先进的计算机视觉分析系统通过特定的颜色识别装置，例如RGB模型或者HSI模型，从一系列茶叶中捕捉到不同的茶叶颜色，应用EM算法原理，通过循环系统挑选出最适宜的茶叶颜色，然后以该类颜色为主色调，对茶叶图像进行调整处理，营造更好的视觉效果。

3.2 应用EM算法处理画面的光线

对于一组图片来说，光线的强弱及选取角度的不同会对画面质量产生很大的影响，为使茶叶图像看起来更加具有高质量、高品质的效果，可以将计算机视觉分析系统与EM算法理论相结合，不断调整画面的光线效果，借助敏感准确的光线对比装置，确定出最能凸显茶叶品质特色的光亮度。既有利于完善画面整体效果，又可以帮助计算机视觉分析系统完善相关方面的评判标准和方式。

3.3 应用EM算法处理茶叶的形态

人们不能亲自品尝茶叶的味道，所以需要从视觉角度多方面对茶叶的品质进行鉴定评价，以期做出更加合理、准确和科学的茶叶品质鉴定结果。除了从茶叶颜色及画面光线这两个角度进行分析，茶叶的形态特点也是判断茶叶品质高低的重要突破点，以广西六堡茶为例，EM算法体系中可以统计出六堡茶的不同形态，建立概率参数模型，计算出最大概率的茶叶形态，以此作为计算机视觉分析系统处理茶叶图像的基本标准，在一定程度上保证了视觉角度上茶叶的优秀品质。

4 结论

茶在人们心中一直有着不可替代的地位，随着人们对更高生活质量的不断追求，买好茶、品好茶、喝好茶成为人们集体追寻的目标。因此，就需要有一个对各种茶叶品质进行鉴别品质的综合系统。以其为根本原则，帮助人们选择出优质茶叶，不断实现高质量生活水平的目标。EM算法是计算机科学领域中应用比较广泛的基础算法，在计算机视觉系统图像处理方向上，具有一定的借鉴意义和指导价值，文中基于EM算法，浅要谈论了其在计算机处理茶叶品质视觉分析的作用。

[1]邱藤.基于高斯混合模型的EM算法及其应用研究[D].电子科技大学2015

[2]周国清,唐晓芳.计算机视觉及其应用[J].中国计算机用户.2014 (08):87-89

课题项目：2015年度广西职业教育教学改革立项项目“职业竞争力导向的工作过程—支撑平台系统化”高职软件技术专业课程体系研究与设计

孔丽云（1981-），女，广西柳州人，硕士研究生，讲师，研究方向：数据库、大数据。