专利名称：基于特征谱的茶叶品质控制方法
技术领域：
本发明涉及一种针对茶叶品质的控制方法，特别是一种基于特征谱的茶叶品质控
制方法。
背景技术：
中国作为茶的故乡，制茶、饮茶已有几千年历史，品茶、待客是中国个人高雅的娱 乐和社交活动。在进入21世纪以后，人们对茶叶及相关茶制品的品质要求更高，茶叶品质 的提升关键在于对茶叶加工方法的改进及其在茶叶加工中控制方法的选用。
茶业品质固定即"杀青"，是制茶环节中一个非常重要的步骤，在茶业界历来有一 句茶谚叫"看茶做茶"，意即在茶叶制做过程中针对不同茶叶状态所采取的措施是可变的、 并且应具有即时适应性。而在当前茶叶制造领域，通用的过程控制方法无非两类一、经验 判断与人工操控，即由工厂聘用的具备专业资质的技师在茶叶制做过程中通过人目视和体 接触等感观方法感知茶叶态，最后根据经验决定控制方案；二、即时状态量控制，即在制茶 机械上安装传感器实时监控茶叶状态，根据传感器返回的即时状态量决定控制方案。这两 种方法都有各自的利弊，第一种人工控制方法虽然能对茶叶进行整体分析，但茶叶状态量 的获得主要依靠人体感知，因此人为因素对茶叶品质的影响较大，同时操作者的身体情况 和所处环境变化的也会对其产生影响，稳定性性及精度差；第二种控制方法虽然能解决稳 定性和精度的问题，但传感器无法诠释茶叶变化的全过程，只能选取部分点数据，控制过程 连续性差。
因此，无论上述哪种方法都与真正的"看茶做茶"的理想状态之间存在很大差距。
发明内容
本发明所要解决的问题就是针对现有茶叶品质控制方法中所存在的诸多弊端，提
供一种基于特征谱的茶叶品质控制方法，融合现有技术中的优点，将茶叶品质整体变化的
趋势转化为特征谱，并进行匹配搜索找到相应的操作方法进行控制，稳定茶叶品质。 为实现上述目的，本发明提出了基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于包
括如下步骤 (1)利用传感器获取茶叶制作过程中即时的原始状态信息，并将该原始状态信息 输入VMRF变加权预处理滤波器； (2)利用傅里叶变换的方法将步骤(1)中经处理后的原始状态信息由时域数据转 换到频域数据； (3)将步骤(2)中的频域数据输入CSTRF特征谱变换滤波器，通过CSTRF特征谱变 换滤波器使频域数据中的特征部分加强并量化形成特征谱； (4)将步骤(3)所获得的特征谱与特征谱数据库进行匹配搜索，在特征谱数据库
内寻找最相近的条目，并将该条目所对应的操作方法输入反馈装置进行控制。 进一步的，步骤(l)的具体实现是以C语言代码构建为函数VMRF(constdoublearr_raw[] ， char arr_attr[] ， double arr_cooked[] ， int n)。 进一步的，步骤(3)的具体实现是以C语言代码构建为函数CSTRF(constdouble arr_in[] ， double arr_ft[] [] ， double arr_fi [] ， int dta)。 进一步的，步骤(3)中所述的CSTRF特征谱变换滤波器设计为以5秒为一个处理 单元，采样率设定为2sps，使用样条扩展技术将于5 X 2个采样点间插值拟合生成200sps采 样率的数据。 进一步的，步骤(3)中所述的CSTRF特征谱变换滤波器由FFT变换器及滤波器串 联组成，FFT变换器用于将时域数据转换为频域数据，滤波器用于将频域数据中的特征部分 加强。 更进一步的，对FFT变换器变换后的频域数据取模，忽略相位，并对全能量带的 A(0-20% )段、B(40-70% )段、C(90-100% )段进行定加权处理。
优选的，时域数据到频域数据的转换采用成熟开源库。 本发明的优点融合了现有技术中的优点，首先利用传感器感知技术使茶叶状态 量的获取由非精确化变为精确化，进而吸收传统控制方法精华对全过程数据进行整体分 析，最终将传统控制中诸多不精确的自然语言描述如"升温快"、"水汽太大"等用特征谱这 样精确数据代替，完成了由"经验描述"到"数据的模型"的构建，从根本上解决了经验决策 中"太过机械化"或"非精准化"的弊病，对稳定茶叶质量和制茶经验的固定化以及制茶技 艺的全息承传方面，都有本质性的推动作用。
下面结合附图对本发明作进一步的说明
图1为本发明的控制流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明为基于特征谱的茶叶品质控制方法，控制过程如下
1)结合"传感器感知技术"与"整体分析理论"，利用传感器获取茶叶制作过程中 即时的原始状态信息，再将该原始状态信息输入VMRF变加权预处理滤波器。本发明涉及的 VMRF变加权预处理滤波器是适用于茶叶品质固定的，因发现茶叶品质固定过程的主要状态 数据有"单轴向趋势性"和"变化鲁钝性"，基于上述特性本发明的VMRF变加权预处理滤波 器设计了如下功能实时快速处理，无冗余计算负担；对偶然性极性变换有明显反制作用， 同时要对确定性的极性反转能产生可靠反应；对突发性变化有明显反制作用；处理后的数 据与原始状态数据之间的特征变化趋势必须保持一致。 上述功能的具体实现是以C语言代码构建为函数VMRF (const doublearr_raw[]， char arr—attr[] ， double arr—cooked[] ， int n)，其中arr—raw为数组中存放顺序获得的 茶叶状态量数据，称为原始数据；arr_attr为数组中存放对应数据的属性信息，属性信息 由函数根据原始数据之间的关系计算得出，共包括四种类型——N(正常)、B(突发)、M(负 极性)和MB(突发极性反转)；arr—cooked为数组中存放滤波后的数据；n表示顺序数。其 中由arr_raw数据之间的关系计算得到arr_attr这一步骤是VMRF变加权预处理滤波器的 特点所在，通过此过程的计算，使得滤波器在每得到一个新数据后立刻就能判断出该它的属性，从而赋予相应的可变加权，在保证实时性的前提下最大限度排除扰动、同时还能保持 数据特征趋势的逼近性，该函数的代码在此不做详述。 2)利用傅里叶变换的方法将VMRF变加权预处理滤波器处理后的原始状态信息由 时域数据转换到频域数据。 3)将频域数据输入CSTRF特征谱变换滤波器，通过CSTRF特征谱变换滤波器使频 域数据中的特征部分加强并量化形成特征谱。CSTRF特征谱变换滤波器本质为一个FFT变 换器与一个滤波器串联组合，FFT变换器用于将时域数据转换为频域数据，在通过滤波器将 频域数据中的特征部分加强，最终量化形成特征谱。 本发明涉及的CSTRF特征谱变换滤波器也同样适用于茶叶品质的固定，因茶叶品 质固定过程变化的频域数据表达有"相位非应联性"和"三段非均称能量集中特性"。"三 段非均称能量集中特性"是指茶叶在杀青程中的频域表达，能量主要集中在全能量带的 A(0-20% )段、B(40-70% )段、C(90_100% )段；而对其余频段可以忽略不计、或者作为 异变反应的测试区。基于上述特性，本发明的CSTRF特征谱变换滤波器以时间分段变化， 以5秒为一个处理单元，采样率设定为2sps，使用样条扩展技术将于5X2个采样点间插值 拟合生成200sps采样率的数据；时域数据到频域数据的转换采用成熟开源库；对FFT变 换器变换后的频域数据取模，忽略相位，并对全能量带的A(0-20X )段、B(40-70% )段、 C (90-100% )段进行定加权处理。 上述功能的具体实现是以C语言代码构建为函数CSTRF (const doublearr_in []， double arr_ft[][]， double arr_f i [] ， int dta);其中arr_in为数组中存放顺序获得的 茶叶状态量时域数据；arr_ft为数组中存放FFT变换后的原始数据；arr_fi为存放CSTRF 特征谱变换滤波后的数据，即最终的特征数据；dta表示所期望的arr—fi的详细程度。
其中由dta值决定arr_f i详细程度的方法是本滤波器的特点所在，因为函数计算 得到的特征数据在实际控制过程中必要涉及数据库比较操作，因此设定详细度精度可以保 证在不同目标机器上都可获得合理的匹配速度。 4)最后将所获得的特征谱与特征谱数据库进行匹配搜索，在特征谱数据库内寻找 最相近的条目，并将该条目所对应的操作方法输入反馈装置进行控制。
权利要求
基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于包括如下步骤(1)利用传感器获取茶叶制作过程中即时的原始状态信息，并将该原始状态信息输入VMRF变加权预处理滤波器；(2)利用傅里叶变换的方法将步骤(1)中经处理后的原始状态信息由时域数据转换到频域数据；(3)将步骤(2)中的频域数据输入CSTRF特征谱变换滤波器，通过CSTRF特征谱变换滤波器使频域数据中的特征部分加强并量化形成特征谱；(4)将步骤(3)所获得的特征谱与特征谱数据库进行匹配搜索，在特征谱数据库内寻找最相近的条目，并将该条目所对应的操作方法输入反馈装置进行控制。
2. 根据权利要求1所述的基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于步骤(1)的 具体实现是以C语言代码构建为函数VMRF (const double arr_raw[] ， char arr_attr[]， double arr_cooked[]， int n)。
3. 根据权利要求2所述的基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于步骤(3)的 具体实现是以C语言代码构建为函数CSTRF (const double arr」n[] ， double arr_ft[][]， double arr_fi[]，int dta)。
4. 根据权利要求3所述的基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于步骤(3)中 所述的CSTRF特征谱变换滤波器设计为以5秒为一个处理单元，采样率设定为2sps，使用样 条扩展技术将于5X2个采样点间插值拟合生成200sps采样率的数据。
5. 根据权利要求3或4所述的基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于步骤(3) 中所述的CSTRF特征谱变换滤波器由FFT变换器及滤波器串联组成，FFT变换器用于将时 域数据转换为频域数据，滤波器用于将频域数据中的特征部分加强。
6. 根据权利要求5所述的基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于对FFT变 换器变换后的频域数据取模，忽略相位，并对全能量带的A(0-20% )段、B(40-70% )段、 C (90-100% )段进行定加权处理。
7. 根据权利要求3或4所述的基于特征谱的茶叶品质控制方法，其特征在于时域数 据到频域数据的转换采用成熟开源库。
全文摘要
本发明公开了基于特征谱的茶叶品质控制方法，包括如下步骤利用传感器获取茶叶制作过程中即时的原始状态信息，并将该原始状态信息输入VMRF变加权预处理滤波器；利用傅里叶变换的方法将处理后的原始状态信息由时域数据转换到频域数据；将频域数据输入CSTRF特征谱变换滤波器，通过CSTRF特征谱变换滤波器使频域数据中的特征部分加强并量化形成特征谱；将特征谱与特征谱数据库进行匹配搜索，在特征谱数据库内寻找最相近的条目，并将该条目所对应的操作方法输入反馈装置进行控制。通过本发明的应用，从根本上解决了经验决策中“太过机械化”或“非精准化”的弊病，对稳定茶叶质量和制茶经验的固定化以及制茶技艺的全息承传方面，都有本质性的推动作用。
文档编号G01N33/00GK101715846SQ20091015420
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者马瑞 申请人:长兴柒分之壹茶业有限公司