在種植、收獲和儲(chǔ)存過程中，水果容易受到機(jī)械損傷、微生物感染等各類損害，不僅降低了果實(shí)品質(zhì)，增加了真菌感染的風(fēng)險(xiǎn)，極大地影響了食品安全，而且經(jīng)濟(jì)效益也急劇降低。因此，及時(shí)識(shí)別受損水果至關(guān)重要，在農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、科研方面對水果進(jìn)行快速無損檢測的需求量很大[1]。

無損檢測果實(shí)損傷包括可見光/近紅外光譜、葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)、計(jì)算機(jī)視覺[2]、多光譜和高光譜成像、結(jié)構(gòu)照明反射成像、激光誘導(dǎo)背散射成像、核磁共振與成像、X射線成像、聲學(xué)方法等。

基于光譜相機(jī)視覺的方法，其精度和穩(wěn)定性高度依賴于圖像處理算法，而僅基于光譜的光學(xué)信號(hào)反射強(qiáng)度來成像識(shí)別，一般只能觀測表面信息，無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)皮層3D成像，而基于高穿透的X射線等方法，一方面價(jià)格昂貴，一方面又會(huì)產(chǎn)生輻射，并不適合水果食品的檢測。而光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是一種基于光學(xué)干涉的技術(shù)，一般采用無害的近紅外光源，可以捕獲樣品組織近表面區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高分辨率任意截面圖像和3D重構(gòu)圖像，是分析水果等樣品的良好無損檢測方法。

OCT成像

光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是一種干涉技術(shù)，可以捕獲樣品組織近表面內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高分辨率截面圖像。基本原理是，低相干寬帶光束被分成兩部分，分別沿著樣品和參考鏡的路徑。當(dāng)光束到達(dá)樣品時(shí)，部分光子穿過組織并被不同深度的組織反射。從樣品中反射的光子和從參考鏡反射的光子產(chǎn)生干涉圖案（基于光學(xué)探測器/光譜儀等），該圖案以電信號(hào)的形式呈現(xiàn)。這種干涉圖案發(fā)生在樣品和參考鏡之間的行進(jìn)路徑長度差小于光的相干長度的條件下。因此，可以通過測量干涉信號(hào)的強(qiáng)度和兩個(gè)光束的到達(dá)時(shí)間來分析組織結(jié)構(gòu)的信息。

通過改變光線穿透樣品的掃描方向和路徑，OCT可以同時(shí)進(jìn)行深度和橫截面成像，并通過一些隨附的軟件實(shí)現(xiàn)三維掃描和圖像處理與重構(gòu)。

OCT特點(diǎn)

OCT能夠以微米級的高分辨率檢測表面附近的皮下病變。OCT收集的信息來源于果皮下的干涉光，消除了果皮顏色、厚度等干擾因素對鑒定的影響。OCT有利于獲得穩(wěn)定的結(jié)果，無論水果品種和來源如何。此外，OCT可以很容易地通過光纖組件實(shí)現(xiàn)，因此可以與其他光學(xué)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行水果損傷檢測。OCT可以提供深度信息并提供檢測早期看不見的瘀傷的可能性，但OCT儀器的高成本限制了其廣泛的應(yīng)用。虹科帶來的高度集成，緊湊式，專利架構(gòu)的SD-OCT成像系統(tǒng)大大降低了應(yīng)用成本，使研究人員，創(chuàng)新研發(fā)人員，工廠測試人員和教育工作者都能夠利用OCT強(qiáng)大的成像能力。

OCT水果檢測應(yīng)用實(shí)例

一、研究OCT檢測枇杷/梨瘀傷的可行性：

周等人進(jìn)行的研究表明[3]，從瘀傷部位深度掃描圖像中提取的衰減系數(shù)是區(qū)分隱性瘀傷的有效指標(biāo)。后來，同一作者提出了一種用于橫截面圖像中瘀傷識(shí)別的OCT圖像自動(dòng)化處理方法，表征了包括總細(xì)胞表面積在內(nèi)的五個(gè)細(xì)胞形態(tài)指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)健康組織和缺陷組織之間的細(xì)胞數(shù)量和總細(xì)胞表面積存在顯著差異。

此外，周等人通過深度掃描OCT圖像評估了果皮下方的細(xì)微梨瘀傷，包括瘀傷后OCT信號(hào)斜率、1/e光穿透深度、形狀和鱗屑均發(fā)生變化可能與組織中水分分布的變化有關(guān)。整形與鱗屑之間的分布關(guān)系被認(rèn)為是識(shí)別早期組織瘀傷的有效參數(shù)。

二、使用OCT技術(shù)自動(dòng)量化儲(chǔ)存期蘋果質(zhì)量：

水分含量是果蔬的重要特征。由于蘋果80%的含量是水分，所以降低水分含量會(huì)降低蘋果的品質(zhì)(甜度、口感)。Vishal Srivastava等人從光學(xué)相干斷層掃描(OCT)圖像中提取蘋果的計(jì)算特征和紋理特征，采用高斯核模型的支持向量機(jī)進(jìn)行自動(dòng)分類[4]。為了評估蠟包膜蘋果在體內(nèi)儲(chǔ)存期間的質(zhì)量，提出的方法為基于蘋果形態(tài)特征的全自動(dòng)定量分析提供了可能。研究結(jié)果表明，分析OCT圖像的計(jì)算和紋理特征是一種很好的無損評估蘋果質(zhì)量的方法。

OCT圖像也可以很好的區(qū)別不同儲(chǔ)藏期蘋果的質(zhì)量，進(jìn)而為自動(dòng)量化評估提供數(shù)據(jù)支持。

虹科OCT水果檢測產(chǎn)品

在傳統(tǒng)的譜域SD-OCT系統(tǒng)中，寬帶光源和光譜儀是最昂貴的元件，虹科提供的lumedica-OQ LabScope系列便攜式小巧緊湊的OCT成像系統(tǒng)采用了獨(dú)創(chuàng)的光路設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)路線，并通過算法克服了由非制冷SLD光源的強(qiáng)度波動(dòng)引起的成像偽影，使用高像素CMOS線陣列設(shè)計(jì)了一個(gè)特制環(huán)形光譜儀。并采用了3D打印制造外殼，整個(gè)系統(tǒng)安裝在一個(gè)金屬板外殼中，外殼大小與鞋盒差不多，還在其中集成了微型PC計(jì)算機(jī)，簡單易用，讓您的檢測更加隨心。

高度集成、專利設(shè)計(jì)、高質(zhì)量、高經(jīng)濟(jì)效益

虹科OCT系統(tǒng)優(yōu)勢

1

高精度：OQ LabScope可生成512x512像素的圖像，與成本高于我們?nèi)兜腛CT系統(tǒng)性能相當(dāng)，深度分辨率可達(dá)2μm

2

小巧緊湊：OQ LabScope大約只有一個(gè)鞋盒大小-413 x 216 x 153 mm3，不會(huì)讓您的實(shí)驗(yàn)臺(tái)顯得很擠，也不需要特殊的推車放置各種電源與控制模塊

3

簡單易用：交鑰匙系統(tǒng)，直接應(yīng)用，讓您專注科學(xué)研究與測試測量，而不是復(fù)雜前期技術(shù)設(shè)置。該軟件使用很簡單，您將可以快速生成圖像-最高可以80kHz-A掃描速度進(jìn)行實(shí)時(shí)3D渲染

虹科OCT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)演示

在家里做OCT成像實(shí)驗(yàn)一定很有趣，虹科邀您參觀Adam教授的廚房，來看看膠帶、藍(lán)莓、樹莓、餅干、手指在SD-OCT系統(tǒng)OQlabscope下的掃描圖像吧！