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Specim高光谱相机应用案例:金属和织物上的油污检测

发布时间: 2022-08-22  点击次数: 108次

    油在许多行业中被用作润滑剂,但在有些产品中,油通常被认为是种污染物,需要被探测识别。人眼很难观察到油,传统的RGB相机也很难检测,但是高光谱相机在某些波长下工作时能够捕捉到油存在的信息。

 

    为了测试这点,我们将三种不同类型的油涂抹在铝片和黑色织物上(见图1),包括Weldlite TF2(种常用的润滑剂,例如用于自行车链条)、Würth HSP 1400(种高温润滑剂)和Pentisol(通用合成油),并使用三种不同型号的Specim高光谱相机对其进行扫描:FX17 (900 – 1700 nm)SWIR (1000 – 2500 nm)FX50(2700 – 5300 nm)

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1:本研究中使用三种油涂抹在金属和织物上。金属板上的圆圈和块织物标记了涂油的区域。

绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol

 

实验过程:

 (1) Specim FX17相机 

    Specim FX17相机覆盖9001700 nm光谱范围,广泛用于工业质量检测,适用于检测天然和合成化合物。FX17可用于测量物质的数量,例如烟叶中的尼古丁;也可以检测食品中的异物,例如碎肉中的骨头碎片、杂粮中的碎石等异物。关于机械油,迄今为止几乎没有进行过测试。

 

 根据光谱分析(见图34),Specim FX17相机无法检测到所有油类。可以在定程度上检测到Pentisol油,在织物上可以检测到Würth 油(在1393 nm处有吸收峰),但是检测不到Weltlite油。

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2Specim FX17相机采集的伪彩色图像

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3. Specim FX17相机测量的金属板上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与金属有关,不会被任何类型的油破坏

 

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4. Specim FX17相机测量的织物上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,粉红色表示Würth油,蓝色表示 Pentisol油。橙色光谱可被视为参考,因为它们仅与织物有关,不会被任何类型的油破坏

 

 对光谱数据进行了主成分分析(PCA),得到了基于光谱的检测结果。分析进步表明,Specim FX17近红外高光谱相机可以检测到油,但是比较微弱(图5)。

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5. 基于光谱的检测结果

 (2) Specim SWIR相机 

    Specim SWIR 相机覆盖10002500 nm光谱范围。与FX17样,SWIR也适用于检测不同的化学成分。由于其更宽的光谱范围,SWIRFX17检测到的材料更多。

 

 基于光谱分析(图7和图8),具有2200 nm以上光谱征的SWIR相机适用于检测不同类型的油,尤其是WürthPentisol油。可以部分检测到Weltlite油。

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6Specim SWIR相机采集的伪彩色图像

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7. 使用Specim SWIR相机测量的金属板上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与金属有关,不会被任何类型的油破坏

 

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图 8. 使用 Specim SWIR 相机测量的织物上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,粉红色表示 Würth油,蓝色表示Pentisol油。橙色光谱可被视为参考,因为它们仅与织物有关,不会被任何类型的油破坏

 

 结合PCA,进行PLS-DA分析以评估SWIR 相机的分类性能(见图9)。结果显示,可以从金属和织物表面检测到WürthPentisol油,并使用Specim SWIR相机进行分类。Weltlite油可以在织物上检测到,但不能在金属上可靠的检测到。

 

 值得注意的是,即使所有的油都涂在样品的非常有限的区域,Weltlite油已经在织物上广泛扩散。

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9. SpecimONE分选软件检测的效果

 

(3)Specim FX50相机

     Specim FX50相机覆盖27005300nm光谱范围,即所谓的MWIRFX50非常适合分拣不同类型的聚合物,无论其颜色如何,甚至是黑色的。

 

 结果表明,FX50可以检测金属和织物表面上的所有三种不同类型的油。FX50甚至可以检测到微小的油滴。测试显示在33003500 nm光谱范围之间有很强的吸油性(图1112)。

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图 10. Specim FX50相机采集的伪彩色图像

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图 11. 使用 Specim FX50相机测量的金属板上三种油的光谱。绿色表示Weldlite油,红色表示Würth油,蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与金属有关,不会被任何类型的油破坏

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图 12. 使用 Specim FX50相机测量的织物上三种油的光谱。绿色表示 Weldlite,红色表示 Würth,蓝色表示 Pentisol 油。黄色光谱可被视为参考,因为它们仅与织物有关,不会被任何类型的油破坏

 

 除了PCA之外,研究人员还建立了PLS-DA模型来评估Specim FX50相机的分类性能。如图13所示,三种类型的油都可以从金属和织物表面检测到,并使用Specim FX50相机进行分类。

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13. SpecimONE分选软件检测的效果

 

结论

 根据分析,我们可以得出结论,Specim FX50是检测表面油脂更为合适的高光谱相机。使用FX50,您还可以对不同类型的油品进行分类。

 

词汇表

PC = 主成分

PCA = 主成分分析

SWIR = 短波红外线

MWIR = 中波红外线




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