專利名稱：基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對茶葉品質(zhì)的控制方法，特別是一種基于特征譜的茶葉品質(zhì)控
制方法。
背景技術(shù)：
中國作為茶的故鄉(xiāng)，制茶、飲茶已有幾千年歷史，品茶、待客是中國個(gè)人高雅的娛 樂和社交活動(dòng)。在進(jìn)入21世紀(jì)以后，人們對茶葉及相關(guān)茶制品的品質(zhì)要求更高，茶葉品質(zhì) 的提升關(guān)鍵在于對茶葉加工方法的改進(jìn)及其在茶葉加工中控制方法的選用。
茶業(yè)品質(zhì)固定即"殺青"，是制茶環(huán)節(jié)中一個(gè)非常重要的步驟，在茶業(yè)界歷來有一 句茶諺叫"看茶做茶"，意即在茶葉制做過程中針對不同茶葉狀態(tài)所采取的措施是可變的、 并且應(yīng)具有即時(shí)適應(yīng)性。而在當(dāng)前茶葉制造領(lǐng)域，通用的過程控制方法無非兩類一、經(jīng)驗(yàn) 判斷與人工操控，即由工廠聘用的具備專業(yè)資質(zhì)的技師在茶葉制做過程中通過人目視和體 接觸等感觀方法感知茶葉態(tài)，最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定控制方案；二、即時(shí)狀態(tài)量控制，即在制茶 機(jī)械上安裝傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控茶葉狀態(tài)，根據(jù)傳感器返回的即時(shí)狀態(tài)量決定控制方案。這兩 種方法都有各自的利弊，第一種人工控制方法雖然能對茶葉進(jìn)行整體分析，但茶葉狀態(tài)量 的獲得主要依靠人體感知，因此人為因素對茶葉品質(zhì)的影響較大，同時(shí)操作者的身體情況 和所處環(huán)境變化的也會對其產(chǎn)生影響，穩(wěn)定性性及精度差；第二種控制方法雖然能解決穩(wěn) 定性和精度的問題，但傳感器無法詮釋茶葉變化的全過程，只能選取部分點(diǎn)數(shù)據(jù)，控制過程 連續(xù)性差。
因此，無論上述哪種方法都與真正的"看茶做茶"的理想狀態(tài)之間存在很大差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題就是針對現(xiàn)有茶葉品質(zhì)控制方法中所存在的諸多弊端，提
供一種基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，融合現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)點(diǎn)，將茶葉品質(zhì)整體變化的
趨勢轉(zhuǎn)化為特征譜，并進(jìn)行匹配搜索找到相應(yīng)的操作方法進(jìn)行控制，穩(wěn)定茶葉品質(zhì)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于包
括如下步驟 (1)利用傳感器獲取茶葉制作過程中即時(shí)的原始狀態(tài)信息，并將該原始狀態(tài)信息 輸入VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器； (2)利用傅里葉變換的方法將步驟(1)中經(jīng)處理后的原始狀態(tài)信息由時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換到頻域數(shù)據(jù)； (3)將步驟(2)中的頻域數(shù)據(jù)輸入CSTRF特征譜變換濾波器，通過CSTRF特征譜變 換濾波器使頻域數(shù)據(jù)中的特征部分加強(qiáng)并量化形成特征譜； (4)將步驟(3)所獲得的特征譜與特征譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配搜索，在特征譜數(shù)據(jù)庫
內(nèi)尋找最相近的條目，并將該條目所對應(yīng)的操作方法輸入反饋裝置進(jìn)行控制。 進(jìn)一步的，步驟(l)的具體實(shí)現(xiàn)是以C語言代碼構(gòu)建為函數(shù)VMRF(constdoublearr_raw[] ， char arr_attr[] ， double arr_cooked[] ， int n)。 進(jìn)一步的，步驟(3)的具體實(shí)現(xiàn)是以C語言代碼構(gòu)建為函數(shù)CSTRF(constdouble arr_in[] ， double arr_ft[] [] ， double arr_fi [] ， int dta)。 進(jìn)一步的，步驟(3)中所述的CSTRF特征譜變換濾波器設(shè)計(jì)為以5秒為一個(gè)處理 單元，采樣率設(shè)定為2sps，使用樣條擴(kuò)展技術(shù)將于5 X 2個(gè)采樣點(diǎn)間插值擬合生成200sps采 樣率的數(shù)據(jù)。 進(jìn)一步的，步驟(3)中所述的CSTRF特征譜變換濾波器由FFT變換器及濾波器串 聯(lián)組成，F(xiàn)FT變換器用于將時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，濾波器用于將頻域數(shù)據(jù)中的特征部分 加強(qiáng)。 更進(jìn)一步的，對FFT變換器變換后的頻域數(shù)據(jù)取模，忽略相位，并對全能量帶的 A(0-20% )段、B(40-70% )段、C(90-100% )段進(jìn)行定加權(quán)處理。
優(yōu)選的，時(shí)域數(shù)據(jù)到頻域數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采用成熟開源庫。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)融合了現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)點(diǎn)，首先利用傳感器感知技術(shù)使茶葉狀態(tài) 量的獲取由非精確化變?yōu)榫_化，進(jìn)而吸收傳統(tǒng)控制方法精華對全過程數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分 析，最終將傳統(tǒng)控制中諸多不精確的自然語言描述如"升溫快"、"水汽太大"等用特征譜這 樣精確數(shù)據(jù)代替，完成了由"經(jīng)驗(yàn)描述"到"數(shù)據(jù)的模型"的構(gòu)建，從根本上解決了經(jīng)驗(yàn)決策 中"太過機(jī)械化"或"非精準(zhǔn)化"的弊病，對穩(wěn)定茶葉質(zhì)量和制茶經(jīng)驗(yàn)的固定化以及制茶技 藝的全息承傳方面，都有本質(zhì)性的推動(dòng)作用。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
圖1為本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明為基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，控制過程如下
1)結(jié)合"傳感器感知技術(shù)"與"整體分析理論"，利用傳感器獲取茶葉制作過程中 即時(shí)的原始狀態(tài)信息，再將該原始狀態(tài)信息輸入VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器。本發(fā)明涉及的 VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器是適用于茶葉品質(zhì)固定的，因發(fā)現(xiàn)茶葉品質(zhì)固定過程的主要狀態(tài) 數(shù)據(jù)有"單軸向趨勢性"和"變化魯鈍性"，基于上述特性本發(fā)明的VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波 器設(shè)計(jì)了如下功能實(shí)時(shí)快速處理，無冗余計(jì)算負(fù)擔(dān)；對偶然性極性變換有明顯反制作用， 同時(shí)要對確定性的極性反轉(zhuǎn)能產(chǎn)生可靠反應(yīng)；對突發(fā)性變化有明顯反制作用；處理后的數(shù) 據(jù)與原始狀態(tài)數(shù)據(jù)之間的特征變化趨勢必須保持一致。 上述功能的具體實(shí)現(xiàn)是以C語言代碼構(gòu)建為函數(shù)VMRF (const doublearr_raw[]， char arr—attr[] ， double arr—cooked[] ， int n)，其中arr—raw為數(shù)組中存放順序獲得的 茶葉狀態(tài)量數(shù)據(jù)，稱為原始數(shù)據(jù)；arr_attr為數(shù)組中存放對應(yīng)數(shù)據(jù)的屬性信息，屬性信息 由函數(shù)根據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系計(jì)算得出，共包括四種類型——N(正常)、B(突發(fā))、M(負(fù) 極性)和MB(突發(fā)極性反轉(zhuǎn))；arr—cooked為數(shù)組中存放濾波后的數(shù)據(jù)；n表示順序數(shù)。其 中由arr_raw數(shù)據(jù)之間的關(guān)系計(jì)算得到arr_attr這一步驟是VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器的 特點(diǎn)所在，通過此過程的計(jì)算，使得濾波器在每得到一個(gè)新數(shù)據(jù)后立刻就能判斷出該它的屬性，從而賦予相應(yīng)的可變加權(quán)，在保證實(shí)時(shí)性的前提下最大限度排除擾動(dòng)、同時(shí)還能保持 數(shù)據(jù)特征趨勢的逼近性，該函數(shù)的代碼在此不做詳述。 2)利用傅里葉變換的方法將VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器處理后的原始狀態(tài)信息由 時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域數(shù)據(jù)。 3)將頻域數(shù)據(jù)輸入CSTRF特征譜變換濾波器，通過CSTRF特征譜變換濾波器使頻 域數(shù)據(jù)中的特征部分加強(qiáng)并量化形成特征譜。CSTRF特征譜變換濾波器本質(zhì)為一個(gè)FFT變 換器與一個(gè)濾波器串聯(lián)組合，F(xiàn)FT變換器用于將時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，在通過濾波器將 頻域數(shù)據(jù)中的特征部分加強(qiáng)，最終量化形成特征譜。 本發(fā)明涉及的CSTRF特征譜變換濾波器也同樣適用于茶葉品質(zhì)的固定，因茶葉品 質(zhì)固定過程變化的頻域數(shù)據(jù)表達(dá)有"相位非應(yīng)聯(lián)性"和"三段非均稱能量集中特性"。"三 段非均稱能量集中特性"是指茶葉在殺青程中的頻域表達(dá)，能量主要集中在全能量帶的 A(0-20% )段、B(40-70% )段、C(90_100% )段；而對其余頻段可以忽略不計(jì)、或者作為 異變反應(yīng)的測試區(qū)?；谏鲜鎏匦裕景l(fā)明的CSTRF特征譜變換濾波器以時(shí)間分段變化， 以5秒為一個(gè)處理單元，采樣率設(shè)定為2sps，使用樣條擴(kuò)展技術(shù)將于5X2個(gè)采樣點(diǎn)間插值 擬合生成200sps采樣率的數(shù)據(jù)；時(shí)域數(shù)據(jù)到頻域數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采用成熟開源庫；對FFT變 換器變換后的頻域數(shù)據(jù)取模，忽略相位，并對全能量帶的A(0-20X )段、B(40-70% )段、 C (90-100% )段進(jìn)行定加權(quán)處理。 上述功能的具體實(shí)現(xiàn)是以C語言代碼構(gòu)建為函數(shù)CSTRF (const doublearr_in []， double arr_ft[][]， double arr_f i [] ， int dta);其中arr_in為數(shù)組中存放順序獲得的 茶葉狀態(tài)量時(shí)域數(shù)據(jù)；arr_ft為數(shù)組中存放FFT變換后的原始數(shù)據(jù)；arr_fi為存放CSTRF 特征譜變換濾波后的數(shù)據(jù)，即最終的特征數(shù)據(jù)；dta表示所期望的arr—fi的詳細(xì)程度。
其中由dta值決定arr_f i詳細(xì)程度的方法是本濾波器的特點(diǎn)所在，因?yàn)楹瘮?shù)計(jì)算 得到的特征數(shù)據(jù)在實(shí)際控制過程中必要涉及數(shù)據(jù)庫比較操作，因此設(shè)定詳細(xì)度精度可以保 證在不同目標(biāo)機(jī)器上都可獲得合理的匹配速度。 4)最后將所獲得的特征譜與特征譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配搜索，在特征譜數(shù)據(jù)庫內(nèi)尋找 最相近的條目，并將該條目所對應(yīng)的操作方法輸入反饋裝置進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)利用傳感器獲取茶葉制作過程中即時(shí)的原始狀態(tài)信息，并將該原始狀態(tài)信息輸入VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器；(2)利用傅里葉變換的方法將步驟(1)中經(jīng)處理后的原始狀態(tài)信息由時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域數(shù)據(jù)；(3)將步驟(2)中的頻域數(shù)據(jù)輸入CSTRF特征譜變換濾波器，通過CSTRF特征譜變換濾波器使頻域數(shù)據(jù)中的特征部分加強(qiáng)并量化形成特征譜；(4)將步驟(3)所獲得的特征譜與特征譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配搜索，在特征譜數(shù)據(jù)庫內(nèi)尋找最相近的條目，并將該條目所對應(yīng)的操作方法輸入反饋裝置進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于步驟(1)的 具體實(shí)現(xiàn)是以C語言代碼構(gòu)建為函數(shù)VMRF (const double arr_raw[] ， char arr_attr[]， double arr_cooked[]， int n)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于步驟(3)的 具體實(shí)現(xiàn)是以C語言代碼構(gòu)建為函數(shù)CSTRF (const double arr」n[] ， double arr_ft[][]， double arr_fi[]，int dta)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于步驟(3)中 所述的CSTRF特征譜變換濾波器設(shè)計(jì)為以5秒為一個(gè)處理單元，采樣率設(shè)定為2sps，使用樣 條擴(kuò)展技術(shù)將于5X2個(gè)采樣點(diǎn)間插值擬合生成200sps采樣率的數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于步驟(3) 中所述的CSTRF特征譜變換濾波器由FFT變換器及濾波器串聯(lián)組成，F(xiàn)FT變換器用于將時(shí) 域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，濾波器用于將頻域數(shù)據(jù)中的特征部分加強(qiáng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于對FFT變 換器變換后的頻域數(shù)據(jù)取模，忽略相位，并對全能量帶的A(0-20% )段、B(40-70% )段、 C (90-100% )段進(jìn)行定加權(quán)處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，其特征在于時(shí)域數(shù) 據(jù)到頻域數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采用成熟開源庫。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于特征譜的茶葉品質(zhì)控制方法，包括如下步驟利用傳感器獲取茶葉制作過程中即時(shí)的原始狀態(tài)信息，并將該原始狀態(tài)信息輸入VMRF變加權(quán)預(yù)處理濾波器；利用傅里葉變換的方法將處理后的原始狀態(tài)信息由時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域數(shù)據(jù)；將頻域數(shù)據(jù)輸入CSTRF特征譜變換濾波器，通過CSTRF特征譜變換濾波器使頻域數(shù)據(jù)中的特征部分加強(qiáng)并量化形成特征譜；將特征譜與特征譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配搜索，在特征譜數(shù)據(jù)庫內(nèi)尋找最相近的條目，并將該條目所對應(yīng)的操作方法輸入反饋裝置進(jìn)行控制。通過本發(fā)明的應(yīng)用，從根本上解決了經(jīng)驗(yàn)決策中“太過機(jī)械化”或“非精準(zhǔn)化”的弊病，對穩(wěn)定茶葉質(zhì)量和制茶經(jīng)驗(yàn)的固定化以及制茶技藝的全息承傳方面，都有本質(zhì)性的推動(dòng)作用。
文檔編號G01N33/00GK101715846SQ20091015420
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者馬瑞 申請人:長興柒分之壹茶業(yè)有限公司