高光譜成像技術（HSI）可以區分天然纖維（如棉）、動物纖維（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化為可再生材料這一全球性挑戰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）將為您詳細介紹芬蘭SPECIM FX17高光譜相機在紡織品回收行業的解決方案，更多有關高光譜的技術原理和運用案例，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問題的新法案，目標是從 2025 年起在全球范圍內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現這一宏偉目標提供了技術支撐。
紡織業對環境造成的污染是人類在范圍內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入到土壤和水資源中，通過食物鏈危及整個動物界和人類的生存，越來越頻繁地更換新衣服也是加劇污染的部分原因。
為了減少對環境日益嚴重的污染，有必要顯著提高紡織品的回收率。 當前，人工普遍對不同類型的紡織品缺乏專業知識，以及無法以所需的速度和耐力分選不同的物質，故無法基于外觀來可靠識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，工作場所通常環境惡劣，甚至存在潛在危險，從長遠來看，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，并為其成員國設定了后期限：到 2025 年，各成員國應完全回收所有紡織品。根據目前的技術水平，這一鼓舞人心的目標僅能通過少有的幾種方法來實現。芬蘭Specim公司的聯合創始人兼高應用專家Esko Herrala表示，高光譜成像是其中一項技術。Esko Herrala多年來一直致力于解決如何經濟、安全地分離和回收不同材料的問題。他在由“Committee for the Future”組織為芬蘭議會撰寫的報告中對材料回收主題做出了詳細闡述。該報告旨在闡明芬蘭如何從機器視覺工業中受益，以及機器視覺技術可用于哪些應用領域。
“我負責該報告的循環經濟部分，我闡明了光電系統在廢物分類領域的各種用途，”Herrala 說。在 2019 年赫爾辛基議會的報告中，芬蘭政府隨后將紡織品分類作為優先應用領域，并設定了到 2023 年回收該國所有紡織品廢棄物的目標。Herrala說：“芬蘭是塑料和建筑垃圾分類領域的之一，希望通過創新解決方案來利用紡織品回收的巨大經濟潛力?！?/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，并在該領域尋找合適的合作伙伴。Specim作為 NIR 近紅外高光譜相機的制造商，深知這項技術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行識別分類。紡織品通常由天然纖維（如棉）、動物纖維（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，“不同材料在化學和分子結構上有所不同，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，可用于對紡織品進行分類
高光譜成像系統可基于紡織品的反射光譜對其進行光譜分析。 SPECIM FX17近紅外高光譜相機，可地識別被測材料的化學成分。
“高光譜近紅外圖像處理系統結合相應的分類算法，可以識別不同材質和顏色的紡織品，包括對天然、動物和合成纖維的識別分類，”Herrala 說，“高光譜成像技術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>
實際樣品圖 測試結果圖
高光譜技術可以區分合成纖維、植物纖維和動物纖維
3. 高光譜成像面對的特殊情況
Herrala 回憶說：“在分揀塑料時，由于黑色材料吸收了大量的光，這使得識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）的高光譜相機來解決這個問題，但由于此類相機的成本較高，因此必須針對每個案例來評估成本效益 ?！?/p>
另一個困難是對潮濕紡織品的識別分類?！拔覀兺瑫r使用干和濕的紡織品來訓練分類模型，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行分類?！?/p>
4. SPECIM FX17高光譜相機
憑借SPECIM FX17（InGaAs）高光譜相機, Specim為紡織品分類回收提供了的解決方案。FX17相機的光譜范圍為900 -1700 nm，除了黑色聚酯或黑色尼龍等少數合成黑色紡織品外，可以完全涵蓋不同傳統紡織品的光譜特征，對它們進行識別和分類。
得益于強大的波段選擇功能，SPECIM FX17高光譜相機具有前所未有的數據采集速度（快可達15000Hz）。波段選擇(MROI) 功能，波段數量越少，采集速度越高，意味著FX17 采集 224 個波段時，采集速度可達670 Hz，當波段選擇為4 個波段時，采集速度可達15000Hz，。
FX17 的另一個特點是，具有像素合并功能，即可以調整相機的配置，通過設置不同的像素分辨率來提高對不同類型紡織品的識別可靠性，從而能夠對相機的測量結果進行統計平均值。Herrala 解釋說： “特別是在紡織品識別上，經常會出現反射或陰影的問題，這可能是紡織品在傳送帶上運輸和識別時由紐扣、鉚釘或污泥土引起的。如果不使用單個測量值的結果進行分類，而是使用檢測區域的統計平均值，能夠獲得更準確的識別結果。FX17 提供了這種可能性。
5.Prizztech用戶應用案例---紡織品自動識別與回收系統
為了開發高光譜成像技術在紡織品分類中的潛在應用，Specim公司與非盈利組織Prizztech和Robocoast Digital InnovationHUB機構合作，開展了一項名為“利用高光譜成像進行紡織品識別與分類”的研究。Prizztech 是一家非營利組織，負責管理位于芬蘭西部的Robocoast 數字創新中心，該中心是機器人、人工智能、網絡安全、物聯網和循環經濟等技術領域的研發中心。
Prizztech公司顧問Essi Vanha-Viitakoski表示，“Specim 開發的SPECIM FX17高光譜相機讓我相信它將在不同的領域發揮重要作用。 我們與Specim做過一次交流后，針對食品行業的檢測任務進行了聯合應用測試，自此，我完全相信 Specim 的專業精神，我們決定聯手推動紡織品自動識別與回收系統的開發?！?/p>
開發完成的系統，經過實際使用、驗證，結果表明該系統對大多數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等，可以很容易地識別分類。
相關產品：
芬蘭SPECIM 工業高光譜相機FX系列：http://www.dongsenyule.com/product/20190614145.shtml
高光譜工業在線分選系統-SpecimONE：http://www.dongsenyule.com/product/2020111769.shtml
