【高光譜成像】高光譜相機(jī)檢測金屬和織物上的油污

油在許多行業(yè)中用作潤滑劑。在最終產(chǎn)品中，油通常被視為污染物，因此檢測油至關(guān)重要。然而，油用肉眼很難看到，因此傳統(tǒng)的 RGB 相機(jī)無法檢測到它。另一方面，高光譜相機(jī)在正確的波長下工作時應(yīng)該能夠捕捉到這些信息。

為了測試這一點，我們在鋁片和黑色織物上涂抹了三種不同類型的油（見圖 1），并使用三種不同的 Specim 高光譜相機(jī)對其進(jìn)行掃描：FX17、SWIR 和 FX50。在測試中，我們使用了 Weldlite TF2（一種非常常見的潤滑劑，例如用于自行車鏈條）、Würth HSP 1400（一種高溫潤滑劑）和 Pentisol（通用合成油）。

Specim FX17 (900 – 1700 納米)

光譜短波紅外 (1000 – 2500 nm)

Specim FX50（2700 – 5300 納米）

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。它適用于檢測各種化學(xué)物質(zhì)（基于其天然和合成化合物）。例如，它用于測量物質(zhì)的含量（例如煙葉中的尼古丁），以及檢測污染物和不需要的物體（例如碎肉中的骨頭碎片）。至于機(jī)油，到目前為止測試的很少。

根據(jù)光譜分析（見圖 3 和 4），Specim FX17 相機(jī)無法檢測所有油。Pentisol油可以檢測到一點，Würth 油可以在織物上檢測到大部分（吸收峰在 1393 nm），而 Weltlite 油根本檢測不到。

圖 2：帶有選擇的樣本的偽 RGB 圖像

圖 3. 使用 Specim FX17 相機(jī)測量的與所選材料相關(guān)的光譜，取平均值。綠色表示 Weldlite，紅色表示 Würth，藍(lán)色表示 Pentisol 油。黃色光譜可視為參考，因為它們僅與金屬相關(guān)，不受任何類型的油的影響。

圖 4. 使用 Specim FX17 相機(jī)測量的與所選材料相關(guān)的光譜，并進(jìn)行平均。綠色表示 Weldlite，粉色表示 Würth，藍(lán)色表示 Pentisol 油。橙色光譜可視為參考，因為它們僅與織物相關(guān)，且不受任何類型的油的影響。

Specim SWIR 相機(jī)的光譜范圍為 1000 – 2500 nm。與 FX17 一樣，SWIR 也適用于檢測不同的化學(xué)成分。由于其光譜范圍更廣，SWIR 比 FX17 能檢測更多的材料。

根據(jù)光譜分析（圖 7 和 8），SWIR 相機(jī)的光譜特征高于 2200 nm，適合檢測不同類型的油，尤其是 Würth 油和 Pentisol 油。Weltlite 油可部分檢測到。

圖 6：帶有選擇的樣本的假 RGB 圖像

圖 7. 使用 Specim SWIR 相機(jī)測量的與所選材料相關(guān)的光譜平均值。綠色表示 Weldlite，紅色表示 Würth，藍(lán)色表示 Pentisol 油。黃色光譜可視為參考，因為它們僅與金屬相關(guān)，不受任何類型的油的影響。

圖 8. 使用 Specim SWIR 相機(jī)測量的與所選材料相關(guān)的光譜平均值。綠色表示 Weldlite，粉色表示 Würth，藍(lán)色表示 Pentisol 油。橙色光譜可視為參考，因為它們僅與織物相關(guān)，且不受任何類型的油的影響。

結(jié)合 PCA，我們進(jìn)行了偏最小二乘判別分析 (PLS-DA)，以評估 SWIR 相機(jī)的分類性能（見圖 9）。根據(jù)結(jié)果，可以使用 Specim SWIR 相機(jī)從金屬和織物表面檢測出 Würth 和 Pentisol 油，并將它們相互分類。Weltlite 油可以在織物上檢測到，但無法在金屬上可靠地檢測到。

值得注意的是，盡管所有的油都被應(yīng)用于樣品的非常有限的區(qū)域，但 Weltlite 油已經(jīng)廣泛擴(kuò)散到織物上。

圖 9：左：通過將 PC1 分配給紅色波段、將 PC2 分配給綠色波段、將 PC3 分配給藍(lán)色波段，對 PCA 進(jìn)行了表示；右：PLS-DA 模型預(yù)測。

Specim FX50 相機(jī)覆蓋 2700 – 5300 nm 的光譜范圍。這些波長屬于熱范圍，即所謂的 MWIR。FX50 非常適合對不同類型的聚合物進(jìn)行分類，無論其顏色如何 - 甚至是黑色的。

結(jié)果表明，F(xiàn)X50 可以檢測金屬和織物表面的所有三種不同類型的油。FX50 甚至可以檢測到微小的油滴。測試表明，在 3300 至 3500 nm 光譜范圍內(nèi)具有強(qiáng)大的吸油性（圖 11 和 12）。

圖 10：帶有選擇的樣本的偽 RGB 圖像

圖 11. 使用 Specim FX50 相機(jī)測量的與所選材料相關(guān)的光譜，取平均值。綠色表示 Weldlite，紅色表示 Würth，藍(lán)色表示 Pentisol 油。黃色光譜可視為參考，因為它們僅與金屬相關(guān)，不受任何類型的油的影響。

圖 12. 使用 Specim FX50 相機(jī)測量的與所選材料相關(guān)的光譜，并進(jìn)行平均。綠色表示 Weldlite，紅色表示 Würth，藍(lán)色表示 Pentisol 油。黃色光譜可視為參考，因為它們僅與織物相關(guān)，且不受任何類型的油的影響。

圖 13：左：通過將 PC1 分配給紅色波段、將 PC2 分配給綠色波段、將 PC3 分配給藍(lán)色波段，對 PCA 進(jìn)行了錯誤表示；右：PLS-DA 模型預(yù)測。

根據(jù)分析，我們可以得出結(jié)論，Specim FX50 是檢測油表面的最佳相機(jī)。使用 FX50，您還可以對不同類型的油進(jìn)行分類。

詞匯表
PC = 主成分
PCA = 主成分分析
SWIR = 短波紅外
MWIR = 中波紅外
PLS-DA = 偏最小二乘 - 判別分析