本發(fā)明屬于紅茶生產設備技術領域，具體涉及一種工夫紅茶發(fā)酵適度的判別方法及其裝置。

背景技術：
發(fā)酵是工夫紅茶加工的關鍵工序，直接決定成品茶的品質和風味特征。在整個紅茶發(fā)酵過程中在制品（發(fā)酵葉）呈現(xiàn)出一系列的感官變化,如色澤的變化：青綠色—青黃色—黃色—黃紅色—紅色—紅銅色—逐漸暗褐色?，F(xiàn)有國內外紅茶發(fā)酵中品質適度的檢測方法上，均依據此變化現(xiàn)象，通過制茶師傅“一看二聞”的人工感官判別，即先觀察發(fā)酵葉的視覺顏色變化，再嗅覺分辨揮發(fā)的氣味特征與濃郁程度，最終憑借人的生產經驗判斷發(fā)酵是否適度。此方法易受制茶師傅的經驗和人為的主觀因素影響，容易造成紅茶發(fā)酵偏輕或過度,造成產品質量、風格的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性差，質量安全風險因素極大增加。公告號為CN101319990B的中國發(fā)明專利公開了一種確定工夫紅茶加工過程中發(fā)酵適度的新方法，該方法是：檢測不同發(fā)酵時間發(fā)酵物浸泡后的茶湯的吸光度值(s)，吸光度變化是內含茶黃素變化引起，當吸光度值上升幅度變平緩(Δs＜0.005)，或開始下降時，此時即為發(fā)酵適度時間。然而茶黃素是由多酚類物質轉化而來，受茶樹品種及發(fā)酵條件的影響，茶黃素的生成量會有很大不同。此外，在發(fā)酵進程中生成的茶黃素還在向茶紅素等多個途徑進行轉化，進一步影響了利用茶黃素相對含量判定紅茶發(fā)酵適度的準確性,此方法亦存在應用的局限性。公告號為CN103134795的中國發(fā)明專利公開了一種紅茶發(fā)酵適度點的識別方法及裝置，該發(fā)明為紅茶發(fā)酵適度點的識別方法，發(fā)酵葉反光中紅綠藍光分別為RGB，方法為先獲得某紅茶品種的發(fā)酵適度點的發(fā)酵指數F1=R/G，F(xiàn)2=R/(R+G+B)參數值維持時間T1、T2；再采集計算發(fā)酵葉的F1、F2，當平臺維持時間達到T1或T2，即達到發(fā)酵適度點。該發(fā)明理論上解決了發(fā)酵適度點識別的一致性，但是實際上紅茶發(fā)酵過程中，主要是紅變的過程，在發(fā)酵后期顏色變化很緩慢，而顏色傳感器的靈敏度很難做到精確識別R\G\B值。公告號為CN103424520A中國發(fā)明專利公開了一種紅茶發(fā)酵適度的判定方法,即在紅茶發(fā)酵過程開始0h時，取發(fā)酵葉樣品測定并記錄EGCG含量,再利用色差儀每0.5h取發(fā)酵葉樣品進行色相Hab值的檢測,該方法存在色差儀光斑小,取樣代表性不夠準確引起較大采集誤差,同時EGCG含量檢測時間慢,難以滿足生產中在線快速無損檢測的要求。公告號為CN103777524A中國發(fā)明專利公開了一種基于可見光譜技術的紅茶適度發(fā)酵控制的方法和裝置。其通過計算機控制光纖計采集發(fā)酵物可見光的反射光譜，計算發(fā)酵物的色度值與目標色度值見色差；當色差小于設定的閾值時，認為發(fā)酵適度。由于光纖的光斑僅有3-5mm，條形紅茶受揉捻破損影響，即便同一片茶葉表面的顏色亦不均勻，故測點取樣的代表性不高勢必造成誤差較大，僅適用于國外紅碎茶的發(fā)酵檢測，不適用于我國特有的條形工夫紅茶。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對上述檢測方法的缺陷，提供一種可視化的基于計算機圖像處理技術的發(fā)酵適度判別方法。為此，本發(fā)明采用以下技術方案：一種基于色相直方圖的紅茶發(fā)酵適度判別方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一，自紅茶發(fā)酵開始0h時，實時采集紅茶發(fā)酵過程中在制品的圖像，計算機同步分析圖像，形成色相直方圖(也即H直方圖)；步驟二，觀察色相直方圖主峰遷移規(guī)律，主峰隨發(fā)酵進行由右向左遷移,主峰對應色相角達最小時,為最佳輕發(fā)酵適度點，發(fā)酵葉為黃紅色，有花香；步驟三，當色相直方圖主峰到達最左端后30min～90min，為最佳發(fā)酵適度點，此時發(fā)酵葉為紅銅色，青草氣消失，帶熟香和果香；或色相直方圖主峰反向右移趨于穩(wěn)定,且主峰頻度增加值△H大于等于0.3%時，為最佳發(fā)酵適度點。進一步地，發(fā)酵溫度30～35℃時，色相直方圖主峰到達最左端后30～60min，發(fā)酵溫度在25～30℃時，色相直方圖主峰到達最左端后60～90min，為最佳發(fā)酵適度點。本發(fā)明另一個所要解決的技術問題是提供一種實現(xiàn)上述方法的紅茶發(fā)酵適度判別裝置，為此本發(fā)明采用以下技術方案：紅茶發(fā)酵適度判別裝置，它包括攝像頭支架、采集箱、樣品座、攝像頭、計算機；所述采集箱包括罩、采集隧道、底座、設置在所述罩中的光源；所述罩被罩在底座上，采集隧道設置在罩的頂部，所述攝像頭的頭部處在采集隧道內；所述罩的內壁有漫反射涂層，所述底座上有吸光涂層；所述計算機與攝像頭連接，能實時獲取攝像頭采集的圖像信息，計算機內置有采集與圖像分析模塊，能實時輸出在制品圖像、對攝像頭所拍攝的照片或視頻提取、生成色相直方圖數據、將每次的色相直方圖重疊及使其能被半透明顯示。進一步地，所述光源為環(huán)形光源，圍繞所述拍攝隧道。進一步地，所述支架包括配重座、電機、絲桿、支撐臂、立臂和聯(lián)接扣；電機固定在配重座上，絲桿為直立，絲桿通過聯(lián)軸器與電機的主軸聯(lián)接；所述支撐臂包括懸臂梁、滑塊、攝像頭套、螺旋副；懸臂梁通過螺旋副安裝在絲桿上，懸臂梁的前端安裝鏡頭套，用于放置及卡緊以固定攝像頭；立臂設置在絲桿旁，所述滑塊嵌套在立臂的槽軌內，用于抑制支撐臂水平擺動；聯(lián)接扣與固定立臂和絲桿連接，用于固定立臂和絲桿保持平行，及防止滑塊滑出槽軌。再進一步地，計算機內還設有控制模塊，用于控制電機、攝像頭的工作。進一步地，所述采集與圖像分析模塊還能對色相直方圖數據進行平滑預處理，平滑階數可設置。本發(fā)明方法和裝置的優(yōu)點和積極效果是：1、通過基于色相直方圖的紅茶發(fā)酵適度判別方法及裝置，實現(xiàn)將人眼觀察的“紅變”現(xiàn)象，通過科學計量手段進行量化以及可視化處理，從科學的角度詮釋人眼判斷的內質。其方法簡單、新穎、可靠有效，且H色相更符合人的視覺經驗判斷。2、整機結構簡單、控制調節(jié)方便，對茶葉發(fā)酵品質的在線、實時、無損快速檢測實現(xiàn)，提供了新的思路和理論數據。附圖說明圖1為紅茶發(fā)酵適度判別裝置實施例的軸測圖。圖2為圖1所示實施例的主視圖。圖3為圖2的B-B剖面圖。圖4為圖2的C-C剖面圖。圖5為典型H直方圖特征圖。圖6為H直方圖向左“紅變”遷移變化圖。圖7為H直方圖向右遷移變化圖。圖8為平滑預處理前后的H直方圖輪廓對比圖。圖9為采集與圖像分析模塊的工作界面。具體實施方式下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。下述實施例中，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。實施例1。參見圖1～圖4，本發(fā)明所提供的紅茶發(fā)酵適度判別裝置，包括攝像頭支架1、采集箱2、樣品座3、攝像頭4和計算機5。支架包括配重座11、電機12、絲桿13、支撐臂14、立臂15和聯(lián)接扣16。電機12固定在配重座11上，絲桿13為直立，絲桿13通過聯(lián)軸器與電機12的主軸聯(lián)接。支撐臂14的懸臂梁141通過螺旋副144安裝在絲桿13上，懸臂梁141的前端安裝鏡頭套144，用于放置及卡緊以固定攝像頭4，攝像頭4及電機12受計算機5控制。立臂15設置在絲桿13旁，支撐臂14中的滑塊143嵌套在立臂15的槽軌151內，用于抑制支撐臂14水平擺動。聯(lián)接扣16用于固定立臂15和絲桿13保持平行，及防止滑塊143滑出槽軌151。攝像頭4可以是拍攝射頻的裝置或拍攝照片的裝置，計算機內設有采集與圖像分析模塊，可實時輸出在制品圖像、對攝像頭所拍攝的照片或視頻提取、生成色相直方圖數據、將每次的色相直方圖重疊及使其能被半透明顯示；計算機內還可設有控制模塊，用于控制電機、攝像頭的工作。電機主軸旋轉時，帶動絲桿13轉動，則支撐臂14通過螺旋副144的旋轉力作用，同時在滑塊143及槽軌151組合的限位（限制平面轉動自由度）下，僅在垂直方向產生升降運動，則可調節(jié)攝像頭的位置，結合攝像頭的變焦功能使成像清晰，取樣面積合理。采集箱2包括罩21、拍攝隧道22、底座23、光源24。罩21可呈大體呈錐面形、球面形、拋物線形等形狀，內側表面涂有漫反光涂層211，罩21罩在底座23上，避免外部環(huán)境光進入罩21內部。光源24為普通RGB三基色光源，可采用環(huán)形光源，采用環(huán)形燈管或布置成環(huán)形，光源24安裝在罩21的內部頂層，拍攝隧道22設在罩21頂部，攝像頭4的部分長度探入拍攝隧道22內，光源24圍繞拍攝隧道22。底座23在采集箱2底部，底座23設有穿過底部23中心的槽25，槽25用于樣品座3的插入，底座23的上表面設有吸光涂層231，避免除樣品池區(qū)域外的反射光線干擾攝像頭成像。罩21與漫反射涂層211可將環(huán)形光源24的光線均勻反射至底座23上，保證光強分布的均勻性和采集環(huán)境一致性。吸光涂層231避免底座23反射光干擾攝像頭鏡頭，拍攝隧道22凸或凹于罩21頂部上，避免環(huán)形光源24直射攝像頭4，以及避免罩21外部環(huán)境光進入攝像頭4和罩21內部。樣品座3包括樣品池31、插板32。插板32與底座23的槽25配套，樣品池31設置在插板32上，用于儲放待采集的茶葉樣品，插板32的外側可設置拉環(huán)33，用于插拔樣品座3以將樣品放在攝像頭正下方和拉出更換樣品。啟動計算機，打開環(huán)形光源，將樣品攤平放在樣品座3的樣品池31內，放入槽25內。操控電機12升降將攝像頭4，使攝像頭4置于成像工位，微調攝像頭焦距使樣品成像清晰，根據需要手動或自動采集發(fā)酵樣品的圖像信息，采集與圖像分析模塊實時輸出在制品（發(fā)酵樣品）圖像，使顯示器顯示該圖像，對攝像頭所拍攝的照片或視頻提取、生成色相直方圖數據、將每次的色相直方圖重疊及使其能在顯示器上半透明顯示，以便于觀察區(qū)分發(fā)酵色澤的時序變化。實施例2基于實例1中所述設備，開展發(fā)酵實驗。發(fā)酵條件：保持鮮葉原料、萎凋、揉捻、干燥等實驗條件一致，按照工夫紅茶發(fā)酵工藝并結合研究目的，發(fā)酵工藝設計為：溫度為發(fā)酵溫度分別為25℃、30℃、35℃，濕度大于90%、發(fā)酵時間4h。發(fā)酵開始至結束，每隔30min取樣一次，同時取樣200g，然后干燥、冷卻、保存，審評備用。干燥工藝為毛火120℃，烘至含水量20%左右；攤涼30min；足火90℃，烘至含水量4%~5%用于感官評審。將發(fā)酵葉樣本均勻平鋪在Φ10cm×1cm的樣品池31中，在環(huán)形光源24（70Lux光源強度）下進行圖像采集，每個樣本分別采集3次，取平均值作為采集的原始數據。利用采集與圖像分析模塊的ROI功能，截取所采集圖像中心的400×400像素點區(qū)域用于色相直方圖分析，分析前圖像分析模塊自動進行白平衡標定，以及消除圖像背景中光線造成的陰影斑點。色相直方圖又叫H分量灰度直方圖(H直方圖)。在面向視覺感知的彩色圖像模型（HSV）中，色相（Hue）表示光譜顏色的位置，該參數用一角度量表示（即：色相角），紅綠藍三種顏色分別相隔120°，故色相角區(qū)間為[0-360]。H直方圖是對圖像中不同顏色分布的統(tǒng)計，即圖像中所有像素點按照色相角的大小，統(tǒng)計其所出現(xiàn)的像素點頻度（0-360°的色相角內任一角度所對應的像素點數占總像素點數的比例），其橫坐標是360個色相角度值，縱坐標是像素點頻度值。采集與圖像分析模塊還能對色相直方圖數據平滑預處理，平滑階數可設置，以消除色相直方圖中的隨機噪聲，提高圖像的可靠性。如圖8所示，利用medfilt1函數對色相直方圖進行平滑降噪處理，平滑階數為20，對比處理前與處理后的色相直方圖，可發(fā)現(xiàn)色相直方圖的輪廓及主峰更加清晰，噪音明顯降低及消除。如圖9所示，為采集與圖像分析模塊的工作界面。以25℃發(fā)酵溫度處理為例，在4小時發(fā)酵進程中每隔半小時對在制品取樣，將樣品實時放入采集箱，實時采集其圖像，生成H直方圖信息；得到變化規(guī)律（如圖5、圖6所示）。不同發(fā)酵程度的H直方圖形態(tài)具有差異，隨發(fā)酵時間主體像素色澤由綠-黃-紅-黃褐遷移趨勢明顯，H直方圖主峰呈由右—左—右的遷移趨勢，有效色相角度區(qū)間范圍在0°至90°之間，主峰對應區(qū)域在30-60°間。對照感官評分（表1）發(fā)現(xiàn)，主峰對應色相角達最小時（處于最左端）,為最佳輕發(fā)酵適度點。當主峰到達最左端后開始反向右移，此時計時，在發(fā)酵環(huán)境的溫度30～35℃時，30～60min；或者發(fā)酵環(huán)境的溫度在25～30℃時，60～90min，即達到最佳發(fā)酵適度點，發(fā)酵葉的色澤呈現(xiàn)為紅銅色，青草氣完全消失，香氣中帶有熟香和果香。最佳發(fā)酵適度點的另一種確定方法，還可以依據H直方圖主峰反向右移的遷移規(guī)律確定，其主峰向右移動并趨于穩(wěn)定,且主峰頻度增加值△H大于等于0.3%以上時，可認為達到最佳發(fā)酵適度點，如果繼續(xù)發(fā)酵則會出現(xiàn)過度，顏色呈現(xiàn)黃褐色。表1發(fā)酵中在制品成茶感官審評得分。