虹科案例 | OCT光学相干断层扫描在水果检测中的应用

在种植、收获和储存过程中，水果容易受到机械损伤、微生物感染等各类损害，不仅降低了果实品质，增加了真菌感染的风险，极大地影响了食品安全，而且经济效益也急剧降低。因此，及时识别受损水果至关重要，在农业、食品工业、科研方面对水果进行快速无损检测的需求量很大[1]。

无损检测果实损伤包括可见光/近红外光谱、叶绿素荧光技术、计算机视觉[2]、多光谱和高光谱成像、结构照明反射成像、激光诱导背散射成像、核磁共振与成像、X射线成像、声学方法等。

基于光谱相机视觉的方法，其精度和稳定性高度依赖于图像处理算法，而仅基于光谱的光学信号反射强度来成像识别，一般只能观测表面信息，无法实现内皮层3D成像，而基于高穿透的X射线等方法，一方面价格昂贵，一方面又会产生辐射，并不适合水果食品的检测。而光学相干断层扫描（OCT）是一种基于光学干涉的技术，一般采用无害的近红外光源，可以捕获样品组织近表面区域内部结构的高分辨率任意截面图像和3D重构图像，是分析水果等样品的良好无损检测方法。

OCT成像

光学相干断层扫描（OCT）是一种干涉技术，可以捕获样品组织近表面内部结构的高分辨率截面图像。基本原理是，低相干宽带光束被分成两部分，分别沿着样品和参考镜的路径。当光束到达样品时，部分光子穿过组织并被不同深度的组织反射。从样品中反射的光子和从参考镜反射的光子产生干涉图案（基于光学探测器/光谱仪等），该图案以电信号的形式呈现。这种干涉图案发生在样品和参考镜之间的行进路径长度差小于光的相干长度的条件下。因此，可以通过测量干涉信号的强度和两个光束的到达时间来分析组织结构的信息。

通过改变光线穿透样品的扫描方向和路径，OCT可以同时进行深度和横截面成像，并通过一些随附的软件实现三维扫描和图像处理与重构。

OCT特点

OCT能够以微米级的高分辨率检测表面附近的皮下病变。OCT收集的信息来源于果皮下的干涉光，消除了果皮颜色、厚度等干扰因素对鉴定的影响。OCT有利于获得稳定的结果，无论水果品种和来源如何。此外，OCT可以很容易地通过光纤组件实现，因此可以与其他光学技术相结合进行水果损伤检测。OCT可以提供深度信息并提供检测早期看不见的瘀伤的可能性，但OCT仪器的高成本限制了其广泛的应用。虹科带来的高度集成，紧凑式，专利架构的SD-OCT成像系统大大降低了应用成本，使研究人员，创新研发人员，工厂测试人员和教育工作者都能够利用OCT强大的成像能力。

OCT水果检测应用实例

一、研究OCT检测枇杷/梨瘀伤的可行性：

周等人进行的研究表明[3]，从瘀伤部位深度扫描图像中提取的衰减系数是区分隐性瘀伤的有效指标。后来，同一作者提出了一种用于横截面图像中瘀伤识别的OCT图像自动化处理方法，表征了包括总细胞表面积在内的五个细胞形态指标。发现健康组织和缺陷组织之间的细胞数量和总细胞表面积存在显着差异。

此外，周等人通过深度扫描OCT图像评估了果皮下方的细微梨瘀伤，包括瘀伤后OCT信号斜率、1/e光穿透深度、形状和鳞屑均发生变化可能与组织中水分分布的变化有关。整形与鳞屑之间的分布关系被认为是识别早期组织瘀伤的有效参数。

二、使用OCT技术自动量化储存期苹果质量：

水分含量是果蔬的重要特征。由于苹果80%的含量是水分，所以降低水分含量会降低苹果的品质(甜度、口感)。Vishal Srivastava等人从光学相干断层扫描(OCT)图像中提取苹果的计算特征和纹理特征，采用高斯核模型的支持向量机进行自动分类[4]。为了评估蜡包膜苹果在体内储存期间的质量，提出的方法为基于苹果形态特征的全自动定量分析提供了可能。研究结果表明，分析OCT图像的计算和纹理特征是一种很好的无损评估苹果质量的方法。

OCT图像也可以很好的区别不同储藏期苹果的质量，进而为自动量化评估提供数据支持。

虹科OCT水果检测产品

在传统的谱域SD-OCT系统中，宽带光源和光谱仪是最昂贵的元件，虹科提供的lumedica-OQ LabScope系列便携式小巧紧凑的OCT成像系统采用了独创的光路设计与工艺技术路线，并通过算法克服了由非制冷SLD光源的强度波动引起的成像伪影，使用高像素CMOS线阵列设计了一个特制环形光谱仪。并采用了3D打印制造外壳，整个系统安装在一个金属板外壳中，外壳大小与鞋盒差不多，还在其中集成了微型PC计算机，简单易用，让您的检测更加随心。

高度集成、专利设计、高质量、高经济效益

虹科OCT系统优势

1

高精度：OQ LabScope可生成512x512像素的图像，与成本高于我们三倍的OCT系统性能相当，深度分辨率可达2μm

2

小巧紧凑：OQ LabScope大约只有一个鞋盒大小-413 x 216 x 153 mm3，不会让您的实验台显得很挤，也不需要特殊的推车放置各种电源与控制模块

3

简单易用：交钥匙系统，直接应用，让您专注科学研究与测试测量，而不是复杂前期技术设置。该软件使用很简单，您将可以快速生成图像-最高可以80kHz-A扫描速度进行实时3D渲染

虹科OCT系统实验演示

在家里做OCT成像实验一定很有趣，虹科邀您参观Adam教授的厨房，来看看胶带、蓝莓、树莓、饼干、手指在SD-OCT系统OQlabscope下的扫描图像吧！