用specim高光譜相機檢測金屬和織物上的油污及對比實驗

油在許多行業(yè)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(tǒng)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(qū)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(yè)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(qū)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(qū)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，F(xiàn)X50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*佳相機。有了FX50，你還可以對不同的油類進行分類。

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