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用specim高光譜相機檢測金屬和織物上的油污及對比實驗

瀏覽次數:1639 發布日期:2022-9-15  來源:昊量光電

油在許多行業被用作潤滑劑。在最終產品中,油卻通常被認為是一種污染物,這對檢測是至關重要的。然而,油劑用人眼是很難觀察的,同理傳統的RGB相機也很難檢測它。不過,當工作在合適的波長上時,高光譜相機卻能輕易的捕捉到這些信息。
 

為了驗證這一點,我們將三種不同類型的油涂抹在鋁片和黑色織物上(見圖1),并用三種不同型號的specim高光譜相機來掃描:FX17、SWIR和FX50。在測試中,我們使用了Weldlite TF2,這是一種非常常見的潤滑劑,例如用于自行車鏈條,Würth HSP 1400,這是一種高溫潤滑劑,以及Pentisol,這是一種通用的合成油。

  • specim FX17 (900 - 1700 nm)

  • Specim SWIR (1000 - 2500nm)

  • Specim FX50 (2700 - 5300 nm)

     

圖1:本實驗中使用的三種油劑,涂抹在金屬和織物上。金屬板和織物上的圓圈標記了涂有油劑的區域。綠色表示Weldlite,紅色表示Würth,藍色表示Pentisol

 

Specim FX17相機
 

specim FX17相機覆蓋900 - 1700 nm光譜范圍,廣泛應用于工業質量控制。它適用于檢測各種基于其天然和合成化合物的化學物質。例如,用于測量物質的數量,如煙葉中的尼古丁,并用于檢測污染物和不需要的物體,如肉末中的骨頭碎片。到目前為止,對機械油的檢測還很少。

基于光譜分析(見圖3圖4.),specim FX17相機不能檢測到所有的油劑。Pentisol油可以檢測到一些,Würth油主要可以檢測到織物上的(吸收峰在1393 nm.), Weltlite油根本檢測不到。


圖2:樣品的偽彩圖

 

圖3,用specim FX17高光譜相機測量的金屬光譜曲線。綠色表示Weldlite油,紅色表示Würth油,藍色表示Pentisol油。黃色曲線可以看作是參考光譜,因為它是金屬的光譜曲線,沒有被油劑污染

 

圖4,用specim FX17高光譜相機測量的布料光譜曲線。綠色表示Weldlite,粉色表示Würth,藍色表示Pentisol油。橙色光譜可以被認為是參考曲線,因為它是織物的光譜曲線,沒有被油劑污染


基于對光譜的觀察,對數據進行了主要成分分析(PCA)。分析表明,specim FX17能夠對油脂進行非常輕微的分類(圖5)。


圖5:通過將PC1分配給紅色,PC2分配給綠色,PC3分配給藍色帶,對PCA的偽彩表示

 

Specim SWIR相機
 

specim SWIR相機覆蓋1000 - 2500nm光譜范圍。與FX17一樣,SWIR也適用于檢測不同的化學成分。由于光譜范圍更廣,SWIR探測的材料比FX17更多。

基于光譜分析(圖7,和圖8.),具有2200 nm以上光譜特征的SWIR相機,適合檢測不同類型的油,特別是Würth和Pentisol油。而Weltlite油可以部分檢測到。 


圖6: 樣品的偽彩圖

 

圖7。用specim SWIR相機測量的金屬光譜曲線。綠色表示Weldlite,紅色表示Würth,藍色表示Pentisol油。黃色光譜可以被認為是參考曲線,因為它們是金屬的光譜曲線,沒有被油劑污染

 

圖8。用specim SWIR相機測量的織物光譜曲線。綠色表示Weldlite,粉色表示Würth,藍色表示Pentisol油。橙色光譜可以被認為是參考曲線,因為它們是織物的光譜曲線,沒有被油劑污染


結合PCA,進行偏最小二乘法(PLS-DA)來評估SWIR相機的分揀性能(見圖9)。得到結果,使用specim SWIR相機可以從金屬和織物表面檢測Würth和Pentisol油,并能做出區分。Weltlite油可以在織物上檢測到,但在金屬上無法可靠地檢測到。

需要提到的是,盡管所有的油都滴在非常有限的區域里,但Weltlite油已經廣泛地在織物上擴散開來了。


圖9:左:將PC1賦值為紅色,PC2賦值為綠色,PC3賦值為藍色,對PCA的偽彩表示;右:PLS-DA模型預測

 

Specim FX50相機
 

specim FX50相機覆蓋2700 - 5300 nm光譜范圍。這些波長都是在紅外波段,也就是所謂的MWIR。FX50非常適合對不同類型的聚合物進行分類,不管它們是什么顏色——甚至是黑色的。

結果表明,FX50可以檢測所有三種不同類型的油在金屬和織物表面。FX50甚至可以檢測到微小的油滴。測試結果顯示,在3300 ~ 3500 nm光譜范圍內具有很強的吸收能力(圖11。和12)。


圖10:樣本的偽彩圖

 

圖11:用specim FX50相機測量的金屬光譜曲線。綠色表示Weldlite,紅色表示Würth,藍色表示Pentisol油。黃色光譜可以被認為是參考曲線,因為它們只與金屬有關,而沒有被任何類型的油污染

 

圖12:用specim FX50相機測量的織物光譜曲線。綠色表示Weldlite,紅色表示Würth,藍色表示Pentisol油。黃色光譜可以被認為是參考曲線,因為它們只與織物有關,沒有被任何類型的油污染


除了PCA,還建立了PLS-DA模型來評估specim FX50相機的分選性能。如圖13所示。,這三種類型的油都可以從金屬和織物表面檢測到,并通過specim FX50相機進行分類。


圖13:左:將PC1賦值為紅色,PC2賦值為綠色,PC3賦值為藍色,對PCA進行偽彩表示;右:PLS-DA模型預測

 

結論

根據分析,我們可以得出這樣的結論:specim FX50是檢測表面油脂的最佳相機。有了FX50,你還可以對不同的油類進行分類。
 

上海昊量光電提供芬蘭公司SPECIM不同波長范圍的高光譜相機,波長涵蓋400-12000nm為廣大客戶提供不同波長范圍的相機,作為世界上成立早的高光譜相機公司之一,產品不僅僅覆蓋在科研領域,更是設計和量產了第yi款市場上專業為工業應用和機器視覺設計的光譜相機,快速、小巧、靈敏,穩定,一致性,可配置開發等特點滿足各種在線質量控制要求。應用可覆蓋植被病害、脅迫檢測、表型分析,食品果蔬種子檢測分選,法醫刑偵、犯罪現場檢測,皮膚異常檢測、生物科學,分類回收、異物檢測,藥品食品原料分析檢測,地質監測,環保衛生,精準農業等領域。

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