Op zoek naar rotte appels

Ons FleX-ray Lab herbergt een uniek röntgenapparaat dat 3D-scans maakt van de meest uiteenlopende voorwerpen. Hierdoor worden details onthuld die bij normale scans verborgen blijven. In deze serie tonen we voorbeelden van wat er in het lab gebeurt. Deel 1: de geheimen van appels.

Publicatiedatum
17 augustus 2023

“Goudreinetten, Kanzi’s, Braeburns, alles bij elkaar opgeteld heb ik wel vijfhonderd appels één voor één gescand”, vertelt promovendus Dirk Schut alsof het de normaalste zaak van de wereld is. Doel van zijn onderzoek: nagaan of je kunt zien of een appel goed is of al bruine plekjes vertoont van binnen. Bedrijven die de kwaliteit van voedsel controleren voordat het naar de supermarkt gaat, zijn erg geïnteresseerd in dit soort technieken.

Zoals GREEFA, industriële partner in het onderzoek van Schut. Dit bedrijf maakt sorteermachines voor groeten en fruit. Dat sorteren gebeurt door het fruit op verschillende manieren te beoordelen, bijvoorbeeld door het te wegen en/of met verschillende golflengtes te fotograferen, zoals infrarood licht. Met behulp van beeldanalyse worden vervolgens de slechte exemplaren eruit gefilterd. “Nadeel daarvan is dat je de binnenkant van een appel alleen in zijn geheel kunt bekijken”, zegt Schut, die verbonden is aan de Computational Imaging groep van CWI. “Op de CT-scans die de FleX-ray maakt, zie je elk stukje van de appel in 3D. Je kunt op elke gewenste plek inzoomen – bijvoorbeeld op een afwijkend plekje – en dat stukje van alle kanten bestuderen om te zien waar de verkleuring precies stopt.”

Dirk Schut
Dirk Schut

1400 röntgenfoto’s

Gedurende de CT-scan maakt de FleX-ray vanuit verschillende hoeken 1400 röntgenfoto’s van één appel. Die beelden worden met behulp van een wiskundig algoritme gecombineerd tot een 3D model van de binnenkant. Maar dan ben je er nog niet, legt Schut uit. “We weten niet waar we naar kijken: hoe zien de verschillende deuken en plekjes er uit op een röntgenfoto of CT-scan? Hoe onderscheid je een rotte plek van een lichte verkleuring?”

Om die vraag te beantwoorden, sneed de promovendus meer dan honderd appels na het scannen in plakken, en die plakken fotografeerde hij. Met behulp van een door hem ontwikkelde methode kan hij bij iedere foto van een stuk appel het juiste gebied op de 3D CT-scan vinden, zodat je beide beelden naast elkaar kan leggen. (zie foto). Blijkt de plak een rotte of bruine plek te hebben, dan is meteen duidelijk hoe dat er op de scan uitziet.

Te traag

Ook wilde Schut weten hoe rotte of bruine plekjes zich ontwikkelen bij appels die in de opslag liggen. Voor dit onderzoek werkt hij samen met de Universiteit Wageningen. Om te kijken hoe de CT-beelden na verloop van tijd veranderen, scande hij met tussenposen dezelfde exemplaren meerdere keren. “Voordat ze naar de supermarkt gaan, worden appels opgeslagen in een omgeving met een laag zuurstofgehalte”, vertelt Schut. “Want dan blijven ze langer goed. De meeste exemplaren zien er dan prima uit. Maar in de eerste week nadat ze uit de opslag komen, ontwikkelen bruine plekken zich het snelst. Ik hoop dat een neuraal netwerk met behulp van de data die ik verzamel, kan voorspellen welke appels bruin zullen worden, zodat je die er alvast uit kunt halen.”

Hoewel je met een CT-scan veel meer kunt zien, moet het scannen nog wel een stuk sneller gaan voor de techniek geschikt is voor de voedselindustrie, waar zo’n acht appels per seconde voorbijkomen op een lopende band. “Elke appel ligt hier vijf minuten in de scanner, dat is veel te traag. Daarom kijken we of je diezelfde bruine plekken ook op de losse röntgenfoto’s kunt zien. Die zijn weliswaar wat vager omdat röntgenbeeld een lager contrast heeft, maar slechts in een tiende van een seconde gemaakt.”

Contact

Ben je geïnteresseerd in ons onderzoek, het FleX-ray Lab, of wil je met ons samenwerken? CWI's Computational Imaging groep kan je alles over het Lab vertellen. Neem contact op via seewhatsinside@cwi.nl

Timelapse van het scannen van een appel