用specim高光譜相機(jī)檢測(cè)金屬和織物上的油污及對(duì)比實(shí)驗(yàn)

油在許多行業(yè)被用作潤(rùn)滑劑。在最終產(chǎn)品中，油卻通常被認(rèn)為是一種污染物，這對(duì)檢測(cè)是至關(guān)重要的。然而，油劑用人眼是很難觀察的，同理傳統(tǒng)的RGB相機(jī)也很難檢測(cè)它。不過(guò)，當(dāng)工作在合適的波長(zhǎng)上時(shí)，高光譜相機(jī)卻能輕易的捕捉到這些信息。
 

為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們將三種不同類(lèi)型的油涂抹在鋁片和黑色織物上(見(jiàn)圖1)，并用三種不同型號(hào)的specim高光譜相機(jī)來(lái)掃描:FX17、SWIR和FX50。在測(cè)試中，我們使用了Weldlite TF2，這是一種非常常見(jiàn)的潤(rùn)滑劑，例如用于自行車(chē)鏈條，Würth HSP 1400，這是一種高溫潤(rùn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)記了涂有油劑的區(qū)域。綠色表示W(wǎng)eldlite，紅色表示W(wǎng)ürth，藍(lán)色表示Pentisol

 

Specim FX17相機(jī)
 

specim FX17相機(jī)覆蓋900 - 1700 nm光譜范圍，廣泛應(yīng)用于工業(yè)質(zhì)量控制。它適用于檢測(cè)各種基于其天然和合成化合物的化學(xué)物質(zhì)。例如，用于測(cè)量物質(zhì)的數(shù)量，如煙葉中的尼古丁，并用于檢測(cè)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(duì)機(jī)械油的檢測(cè)還很少。

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

圖2:樣品的偽彩圖

 

圖3，用specim FX17高光譜相機(jī)測(cè)量的金屬光譜曲線。綠色表示W(wǎng)eldlite油，紅色表示W(wǎng)ürth油，藍(lán)色表示Pentisol油。黃色曲線可以看作是參考光譜，因?yàn)樗�是金屬的光譜曲線，沒(méi)有被油劑污染

 

圖4，用specim FX17高光譜相機(jī)測(cè)量的布料光譜曲線。綠色表示W(wǎng)eldlite，粉色表示W(wǎng)ürth，藍(lán)色表示Pentisol油。橙色光譜可以被認(rèn)為是參考曲線，因?yàn)樗�是織物的光譜曲線，沒(méi)有被油劑污染

基于對(duì)光譜的觀察，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了主要成分分析(PCA)。分析表明，specim FX17能夠?qū)τ椭�進(jìn)行非常輕微的分類(lèi)(圖5)。

圖5:通過(guò)將PC1分配給紅色，PC2分配給綠色，PC3分配給藍(lán)色帶，對(duì)PCA的偽彩表示

 

Specim SWIR相機(jī)
 

specim SWIR相機(jī)覆蓋1000 - 2500nm光譜范圍。與FX17一樣，SWIR也適用于檢測(cè)不同的化學(xué)成分。由于光譜范圍更廣，SWIR探測(cè)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(jī)，適合檢測(cè)不同類(lèi)型的油，特別是Würth和Pentisol油。而Weltlite油可以部分檢測(cè)到。 

圖6: 樣品的偽彩圖

 

圖7。用specim SWIR相機(jī)測(cè)量的金屬光譜曲線。綠色表示W(wǎng)eldlite，紅色表示W(wǎng)ürth，藍(lán)色表示Pentisol油。黃色光譜可以被認(rèn)為是參考曲線，因?yàn)樗鼈兪墙饘俚墓庾V曲線，沒(méi)有被油劑污染

 

圖8。用specim SWIR相機(jī)測(cè)量的織物光譜曲線。綠色表示W(wǎng)eldlite，粉色表示W(wǎng)ürth，藍(lán)色表示Pentisol油。橙色光譜可以被認(rèn)為是參考曲線，因?yàn)樗鼈兪强椢锏墓庾V曲線，沒(méi)有被油劑污染

結(jié)合PCA，進(jìn)行偏最小二乘法(PLS-DA)來(lái)評(píng)估SWIR相機(jī)的分揀性能(見(jiàn)圖9)。得到結(jié)果，使用specim SWIR相機(jī)可以從金屬和織物表面檢測(cè)Würth和Pentisol油，并能做出區(qū)分。Weltlite油可以在織物上檢測(cè)到，但在金屬上無(wú)法可靠地檢測(cè)到。

需要提到的是，盡管所有的油都滴在非常有限的區(qū)域里，但Weltlite油已經(jīng)廣泛地在織物上擴(kuò)散開(kāi)來(lái)了。

圖9:左:將PC1賦值為紅色，PC2賦值為綠色，PC3賦值為藍(lán)色，對(duì)PCA的偽彩表示;右:PLS-DA模型預(yù)測(cè)

 

Specim FX50相機(jī)
 

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

結(jié)果表明，F(xiàn)X50可以檢測(cè)所有三種不同類(lèi)型的油在金屬和織物表面。FX50甚至可以檢測(cè)到微小的油滴。測(cè)試結(jié)果顯示，在3300 ~ 3500 nm光譜范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的吸收能力(圖11。和12)。

圖10:樣本的偽彩圖

 

圖11：用specim FX50相機(jī)測(cè)量的金屬光譜曲線。綠色表示W(wǎng)eldlite，紅色表示W(wǎng)ürth，藍(lán)色表示Pentisol油。黃色光譜可以被認(rèn)為是參考曲線，因?yàn)樗鼈冎慌c金屬有關(guān)，而沒(méi)有被任何類(lèi)型的油污染

 

圖12：用specim FX50相機(jī)測(cè)量的織物光譜曲線。綠色表示W(wǎng)eldlite，紅色表示W(wǎng)ürth，藍(lán)色表示Pentisol油。黃色光譜可以被認(rèn)為是參考曲線，因?yàn)樗鼈冎慌c織物有關(guān)，沒(méi)有被任何類(lèi)型的油污染

除了PCA，還建立了PLS-DA模型來(lái)評(píng)估specim FX50相機(jī)的分選性能。如圖13所示。，這三種類(lèi)型的油都可以從金屬和織物表面檢測(cè)到，并通過(guò)specim FX50相機(jī)進(jìn)行分類(lèi)。

圖13:左:將PC1賦值為紅色，PC2賦值為綠色，PC3賦值為藍(lán)色，對(duì)PCA進(jìn)行偽彩表示;右:PLS-DA模型預(yù)測(cè)

 

結(jié)論

根據(jù)分析，我們可以得出這樣的結(jié)論:specim FX50是檢測(cè)表面油脂的最佳相機(jī)。有了FX50，你還可以對(duì)不同的油類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)。
 

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