胡妍, 王玉洁, 张雪晨, 张熠强, 于桦昊, 宋馨蓓, 叶思潭, 周继红, 陈振林, 纵巍伟, 何勇, 李晓丽
【目的/意义】 茯砖茶“金花”发花过程决定了茶叶品质、风味和功能。因而,建立一种快速、无损的茯砖茶发花品质检测方法,对提高质量控制与加工效率具有重要意义。 【方法】 通过采集茯砖茶发花过程中的可见-近红外与近红外范围的高光谱图像,测定发花过程的含水率、游离氨基酸、茶多酚、茶三素等关键品质指标,分析发花过程中的变化趋势。构建支持向量机、卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)和引入Squeeze-And-Excitation(SE)注意力机制的Spectra-SE-CNN模型实现对茯砖茶发花过程中品质指标的定量检测与品质识别。 【结果和讨论】 在茯砖茶品质指标的定量检测中,最佳模型均是Spectra-SE-CNN,含水率、茶三素和茶多酚的测试集决定系数(R⊃2;p)分别为0.859 5、0.852 5和0.838 3,表现出较高的相关性与建模稳定性;而游离氨基酸的R⊃2;p较低(0.670 2),可能因其变化不显著或光谱响应较弱所致。在茯砖茶发花品质识别中,Spectra-SE-CNN模型实现了100%的分类准确率,显著优于传统CNN,展现出更强的光谱特征提取与判别能力。t-分布领域嵌入算法(t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding, t-SNE)可视化显示不同发花品质在低维空间中聚类清晰、边界明确;Grad-CAM进一步揭示模型关注于发花位置与边缘等关键区域,提升了模型的可解释性与实用性。 【结论】 高光谱成像技术可实现茯砖茶发花过程的品质评估与识别,具备快速、无损的优势。引入SE注意力机制的Spectra-SE-CNN模型进一步提升了模型效率,验证了深度学习算法在提取光谱特征方面的有效性。研究为茯砖茶发花过程的智能检测提供了可行方案,并拓展了其在农业智能检测中的应用路径。