高光譜成像技術(shù)（HSI）可以區(qū)分天然纖維（如棉）、動(dòng)物纖維（如羊毛）和人造纖維（如聚酯）。 芬蘭Specim高光譜在幫助解決將紡織品廢料轉(zhuǎn)化為可再生材料這一全球性挑戰(zhàn)上顯示出了巨大潛力。
作為芬蘭Specim公司在中國的官方代理商，Quantum Design中國子公司（www.qd-china.com）將為您詳細(xì)介紹芬蘭SPECIM FX17高光譜相機(jī)在紡織品回收行業(yè)的解決方案，更多有關(guān)高光譜的技術(shù)原理和運(yùn)用案例，請參閱：https://qd-china.com/zh/pro/detail/3/1912091743351。
背景
2018年，歐盟正式通過了解決紡織品浪費(fèi)問題的新法案，目標(biāo)是從 2025 年起在全球范圍內(nèi)回收再利用所有紡織品。芬蘭Specim 公司的高光譜成像為成功實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。
紡織業(yè)對環(huán)境造成的污染是人類在范圍內(nèi)日益遭受污染的重要一部分。造成污染的原因有多方面：一是面料和服裝的生產(chǎn)需消耗大量資源，特別是棉花的使用需消耗大量的水；二是盡管部分紡織品可以回收再利用，但每年大約仍有1600萬噸的紡織品被填埋。此外，微塑料作為合成纖維的殘留物越來越多地進(jìn)入到土壤和水資源中，通過食物鏈危及整個(gè)動(dòng)物界和人類的生存，越來越頻繁地更換新衣服也是加劇污染的部分原因。
為了減少對環(huán)境日益嚴(yán)重的污染，有必要顯著提高紡織品的回收率。 當(dāng)前，人工普遍對不同類型的紡織品缺乏專業(yè)知識(shí)，以及無法以所需的速度和耐力分選不同的物質(zhì)，故無法基于外觀來可靠識(shí)別和分離不同類型的纖維和混紡紡織品；此外，由于待分揀的紡織品中可能含有有毒成分，工作場所通常環(huán)境惡劣，甚至存在潛在危險(xiǎn)，從長遠(yuǎn)來看，利用人工對紡織品分類的成本是非常高昂的。
解決方案
1. 歐盟應(yīng)對紡織品廢棄物的新法案
歐盟在 2018 年通過了紡織廢物處理新法案，并為其成員國設(shè)定了后期限：到 2025 年，各成員國應(yīng)完全回收所有紡織品。根據(jù)目前的技術(shù)水平，這一鼓舞人心的目標(biāo)僅能通過少有的幾種方法來實(shí)現(xiàn)。芬蘭Specim公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼高應(yīng)用專家Esko Herrala表示，高光譜成像是其中一項(xiàng)技術(shù)。Esko Herrala多年來一直致力于解決如何經(jīng)濟(jì)、安全地分離和回收不同材料的問題。他在由“Committee for the Future”組織為芬蘭議會(huì)撰寫的報(bào)告中對材料回收主題做出了詳細(xì)闡述。該報(bào)告旨在闡明芬蘭如何從機(jī)器視覺工業(yè)中受益，以及機(jī)器視覺技術(shù)可用于哪些應(yīng)用領(lǐng)域。
“我負(fù)責(zé)該報(bào)告的循環(huán)經(jīng)濟(jì)部分，我闡明了光電系統(tǒng)在廢物分類領(lǐng)域的各種用途，”Herrala 說。在 2019 年赫爾辛基議會(huì)的報(bào)告中，芬蘭政府隨后將紡織品分類作為優(yōu)先應(yīng)用領(lǐng)域，并設(shè)定了到 2023 年回收該國所有紡織品廢棄物的目標(biāo)。Herrala說：“芬蘭是塑料和建筑垃圾分類領(lǐng)域的之一，希望通過創(chuàng)新解決方案來利用紡織品回收的巨大經(jīng)濟(jì)潛力?！?/p>
2. 高光譜成像紡織品回收方案
從2019年底開始，Specim集中精力為紡織品回收制定可行性方案，并在該領(lǐng)域?qū)ふ液线m的合作伙伴。Specim作為 NIR 近紅外高光譜相機(jī)的制造商，深知這項(xiàng)技術(shù)將被視為紡織品分類回收的有效解決方案?！跋?，我們必須知道不同的紡織品各自的光譜特征，基于各自的光譜特征對其進(jìn)行識(shí)別分類。紡織品通常由天然纖維（如棉）、動(dòng)物纖維（如羊毛）或合成纖維（如聚酯）組成，混紡紡織品通常也由不同類型的纖維制成，”Herrala 解釋說，“不同材料在化學(xué)和分子結(jié)構(gòu)上有所不同，對不同波長的光譜（電磁波）的吸收、反射或讓它們通過的方式不同，使它們有各自的光譜特征?！?/p>
不同的紡織品具有各自的光譜特征，可用于對紡織品進(jìn)行分類
高光譜成像系統(tǒng)可基于紡織品的反射光譜對其進(jìn)行光譜分析。 SPECIM FX17近紅外高光譜相機(jī)，可地識(shí)別被測材料的化學(xué)成分。
“高光譜近紅外圖像處理系統(tǒng)結(jié)合相應(yīng)的分類算法，可以識(shí)別不同材質(zhì)和顏色的紡織品，包括對天然、動(dòng)物和合成纖維的識(shí)別分類，”Herrala 說，“高光譜成像技術(shù)甚至可以提供混紡紡織品中合成纖維和天然纖維比例的定量信息?！?/p>
實(shí)際樣品圖 測試結(jié)果圖
高光譜技術(shù)可以區(qū)分合成纖維、植物纖維和動(dòng)物纖維
3. 高光譜成像面對的特殊情況
Herrala 回憶說：“在分揀塑料時(shí)，由于黑色材料吸收了大量的光，這使得識(shí)別不同類型的黑色塑料變得更加困難。黑色紡織品也面臨同樣的問題。我們能夠通過使用中紅外光譜范圍（MWIR、中波紅外）的高光譜相機(jī)來解決這個(gè)問題，但由于此類相機(jī)的成本較高，因此必須針對每個(gè)案例來評(píng)估成本效益 ?！?/p>
另一個(gè)困難是對潮濕紡織品的識(shí)別分類?！拔覀兺瑫r(shí)使用干和濕的紡織品來訓(xùn)練分類模型，然后用干和濕的紡織品來測試分類算法。這種訓(xùn)練方法得到了可用的分類模型，但我們更愿意對相對干燥的紡織品進(jìn)行分類。”
4. SPECIM FX17高光譜相機(jī)
憑借SPECIM FX17（InGaAs）高光譜相機(jī), Specim為紡織品分類回收提供了的解決方案。FX17相機(jī)的光譜范圍為900 -1700 nm，除了黑色聚酯或黑色尼龍等少數(shù)合成黑色紡織品外，可以完全涵蓋不同傳統(tǒng)紡織品的光譜特征，對它們進(jìn)行識(shí)別和分類。
得益于強(qiáng)大的波段選擇功能，SPECIM FX17高光譜相機(jī)具有前所未有的數(shù)據(jù)采集速度（快可達(dá)15000Hz）。波段選擇(MROI) 功能，波段數(shù)量越少，采集速度越高，意味著FX17 采集 224 個(gè)波段時(shí)，采集速度可達(dá)670 Hz，當(dāng)波段選擇為4 個(gè)波段時(shí)，采集速度可達(dá)15000Hz，。
FX17 的另一個(gè)特點(diǎn)是，具有像素合并功能，即可以調(diào)整相機(jī)的配置，通過設(shè)置不同的像素分辨率來提高對不同類型紡織品的識(shí)別可靠性，從而能夠?qū)ο鄼C(jī)的測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均值。Herrala 解釋說： “特別是在紡織品識(shí)別上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)反射或陰影的問題，這可能是紡織品在傳送帶上運(yùn)輸和識(shí)別時(shí)由紐扣、鉚釘或污泥土引起的。如果不使用單個(gè)測量值的結(jié)果進(jìn)行分類，而是使用檢測區(qū)域的統(tǒng)計(jì)平均值，能夠獲得更準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果。FX17 提供了這種可能性。
5.Prizztech用戶應(yīng)用案例---紡織品自動(dòng)識(shí)別與回收系統(tǒng)
為了開發(fā)高光譜成像技術(shù)在紡織品分類中的潛在應(yīng)用，Specim公司與非盈利組織Prizztech和Robocoast Digital InnovationHUB機(jī)構(gòu)合作，開展了一項(xiàng)名為“利用高光譜成像進(jìn)行紡織品識(shí)別與分類”的研究。Prizztech 是一家非營利組織，負(fù)責(zé)管理位于芬蘭西部的Robocoast 數(shù)字創(chuàng)新中心，該中心是機(jī)器人、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、物聯(lián)網(wǎng)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)中心。
Prizztech公司顧問Essi Vanha-Viitakoski表示，“Specim 開發(fā)的SPECIM FX17高光譜相機(jī)讓我相信它將在不同的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 我們與Specim做過一次交流后，針對食品行業(yè)的檢測任務(wù)進(jìn)行了聯(lián)合應(yīng)用測試，自此，我完全相信 Specim 的專業(yè)精神，我們決定聯(lián)手推動(dòng)紡織品自動(dòng)識(shí)別與回收系統(tǒng)的開發(fā)。”
開發(fā)完成的系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際使用、驗(yàn)證，結(jié)果表明該系統(tǒng)對大多數(shù)常見的可回收紡織品，如棉、毛、聚酯纖維以及它們的混紡材質(zhì)等，可以很容易地識(shí)別分類。
相關(guān)產(chǎn)品：
芬蘭SPECIM 工業(yè)高光譜相機(jī)FX系列：http://www.zgdxszj.com/product/20190614145.shtml
高光譜工業(yè)在線分選系統(tǒng)-SpecimONE：http://www.zgdxszj.com/product/2020111769.shtml
