中達瑞和基于光譜成像的塑料分類(lèi)應用與研究

隨著(zhù)塑料工業(yè)的迅猛發(fā)展，以及塑料垃圾的不斷增長(cháng)，廢舊塑料再生利用行業(yè)日益興起。但由于塑料品種繁多，應用領(lǐng)域非常廣泛，所以在回收過(guò)程中，很多不同種類(lèi)及顏色的塑料被混合在一起。不同種類(lèi)的塑料性能及加工條件是不同的，混合后對加工和應用的影響非常大，所以在廢舊塑料回收過(guò)程中進(jìn)行分選是必不可少的環(huán)節。

大多數塑料回收廠(chǎng)使用不同的技術(shù)，從條形碼閱讀器和RGB相機到X射線(xiàn)和渦流系統。這些傳統技術(shù)雖然在一定程度上能滿(mǎn)足簡(jiǎn)單、粗放的塑料分選，但識別材料的能力有限，并不是完美的解決方案。例如，如果塑料瓶缺少條形碼，使用條形碼閱讀器則無(wú)法檢測它是PET還是HDPE。電渦流檢測器可以分辨導電金屬，但不能分離塑料或紙漿。RGB相機可以將瓶子分為透明，黑色和彩色，但無(wú)法區分一種塑料類(lèi)型與另一種塑料類(lèi)型。因此，迫切需要新一代人工智能等重大創(chuàng )新添磚加瓦，從而推動(dòng)傳統的機械物理化分選模式向數字化、智能化、精準化的分選模式轉變。

案例背景

某塑料分選自動(dòng)化機械裝備制造商企業(yè)，一直選用普通RGB相機作為其自研裝備的主要分選技術(shù)，現想尋找一種高效、精準的塑料分選手段和方法，能同時(shí)對PETE、PP、PVC、HDPE等塑料進(jìn)行精準分選。

現狀與痛點(diǎn)

因塑料類(lèi)別多、顏色雜、形狀各異，現有方案采用普通RGB相機，只能實(shí)現單一維度檢測，無(wú)法同步、精準識別塑料類(lèi)別。

為解決上述客戶(hù)痛點(diǎn)，本案例主要通過(guò)高光譜成像技術(shù)與設備來(lái)識別各類(lèi)塑料，利用各類(lèi)塑料的光譜特征差異，實(shí)現對各類(lèi)塑料的高效精準分類(lèi)識別。本案例涉及到的高光譜成像技術(shù)，可同時(shí)獲取檢測對象的光譜信息和空間信息，利用檢測對象的光譜特征，實(shí)現對各物質(zhì)的精準識別、分類(lèi)和篩選。

基于“高光譜”機器視覺(jué)技術(shù)的塑料分類(lèi)識別效果

高光譜采集分析設備

本案例中應用的短波紅外推掃式高光譜相機由深圳市中達瑞和科技有限公司自主研發(fā)與生產(chǎn)制造，擁有超高光譜分辨率，覆蓋900-1700nm波段光譜范圍，可快速、精準獲取觀(guān)測目標的高光譜信息，廣泛應用于掛載、便攜、室內等應用場(chǎng)景。該產(chǎn)品可結合目標物的空間圖像信息和光譜信息，利用目標物不同部位或成分的光譜特征，進(jìn)行無(wú)損、無(wú)接觸、快速高效的精準獲取、發(fā)現識別、分類(lèi)篩選和分析應用。 

推掃式高光譜相機VIX-S235G

高光譜數據采集

本案例選用的樣本為PETE、PP、PVC、HDPE塑料板及其切割樣品，如下圖所示。分別對PETE、PP、PVC、HDPE塑料板用VIX-S235G短波紅外推掃式高光譜相機在采集參考白板基礎下再進(jìn)行高光譜數據采集，采集波段900-1700nm,，共采集1000個(gè)波段高光譜圖像。同樣，對PETE、PP、PVC、HDPE塑料板的切割樣品用VIX-S235G短波紅外推掃式高光譜相機進(jìn)行高光譜數據采集，采集波段為900-1700nm，共采集1000個(gè)波段高光譜圖像。

       塑料板                   塑料板切割樣品

高光譜數據分析

分別在PETE、PP、PVC、HDPE四種塑料板樣本各區域內選取高光譜曲線(xiàn)，可以看出四種塑料光譜曲線(xiàn)存在明顯差異，具有可區分性。如下圖：

       塑料板光譜圖               塑料板光譜曲線(xiàn)圖

同樣，分別在PETE、PP、PVC、HDPE四種塑料板切割樣本各區域內選取高光譜曲線(xiàn)，可以看出四種塑料切割板光譜曲線(xiàn)存在明顯差異，具有可區分性。如下圖：

   塑料切割板光譜圖            塑料切割板光譜曲線(xiàn)圖

模型訓練與驗證

通過(guò)中達瑞和光譜云平臺，把采集的各類(lèi)塑料切割板光譜數據放入數據集中，對多個(gè)樣本進(jìn)行標注，分析和模型訓練，最后通過(guò)混合采集的塑料切割板光譜數據進(jìn)行模型匹配，驗證結果如下圖。

         可見(jiàn)光圖                  光譜識別偽彩分類(lèi)圖

如上圖驗證結果表明，基于高光譜成像技術(shù)并結合機器學(xué)習模型訓練方法能夠準確地實(shí)現PETE、PP、PVC、HDPE塑料分類(lèi)識別，為客戶(hù)大幅減少成本投入，且提升了塑料分選效率與準確度。

高效的廢物管理是讓我們更接近真正的循環(huán)經(jīng)濟的一個(gè)基本因素，在任何情況下，縮小當前回收廢物處理工作與行業(yè)目標狀態(tài)之間的差距，都需要技術(shù)創(chuàng )新和應用創(chuàng )新，而高光譜成像正在幫助我們實(shí)現這一目標，并顯示出強大應用效能，這將是塑料分選領(lǐng)域一個(gè)跨時(shí)代的變革。

高光譜成像技術(shù)可捕捉遠大于可見(jiàn)光范圍的光譜信息和圖像信息，能看到普通可見(jiàn)光成像看不到的物質(zhì)信息，是未來(lái)成像技術(shù)主要發(fā)展方向之一。深圳市中達瑞和科技有限公司作為國內光譜成像行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，擁有自主研發(fā)的分光器件、光譜相機、光譜軟件和光譜智能云平臺，產(chǎn)品與技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)檢測、精準農業(yè)、生態(tài)環(huán)境、資源勘探、生物醫學(xué)、食品安全等領(lǐng)域得到廣泛應用。未來(lái)，中達瑞和將持續攻難克堅，推動(dòng)光譜成像技術(shù)從高端科研到工業(yè)應用、并最終到消費級應用，為各行業(yè)實(shí)現光譜數字化、智能化賦能。