油在许多行业中被用作润滑剂，但在有些产品中，油通常被认为是一种污染物，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。

 

    为了测试这一点，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（一种常用的润滑剂，例如用于自行车链条）、Würth HSP 1400（一种高温润滑剂）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)和FX50(2700 – 5300 nm)。

 

图1：本研究中使用三种油涂抹在金属和织物上。金属板上的圆圈和一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油

 

实验过程：

 （1） Specim FX17相机 

    Specim FX17相机覆盖900–1700 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3和4），Specim FX17相机无法检测到所有油类。可以在一定程度上检测到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。

 

图2：Specim FX17相机采集的伪彩色图像

 

图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

 

 

图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。分析进一步表明，Specim FX17近红外高光谱相机可以检测到油，但是比较微弱（图5）。

 

图5. 基于光谱的检测结果

 （2） Specim SWIR相机 

    Specim SWIR 相机覆盖1000–2500 nm光谱范围。与FX17一样，SWIR也适用于检测不同的化学成分。由于其更宽的光谱范围，SWIR比FX17检测到的材料更多。

 

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

 

图6：Specim SWIR相机采集的伪彩色图像

 

图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

 

 

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Würth和Pentisol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。

 

图9. 用SpecimONE分选软件检测的效果

 

（3）Specim FX50相机

     Specim FX50相机覆盖2700–5300nm光谱范围，即所谓的MWIR。FX50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3300和3500 nm光谱范围之间有很强的吸油性（图11和12）。

 

图 10. Specim FX50相机采集的伪彩色图像

 

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

 

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。

 

图13. 用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

领域：其他

标签：高光谱相机,高光谱成像仪,高光谱,成像光谱仪,SPECIM