用specim高光谱相机检测金属和织物上的油污及对比实验

油在许多行业被用作润滑剂。

在最终产品中，油却通常被认为是一种污染物，这对检测是至关重要的。

然而，油剂用人眼是很难观察的，同理传统的RGB相机也很难检测它。不过，当工作在合适的波长上时，高光谱相机却能轻易地捕捉到这些信息。

为了验证这一点，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)，并用三种不同型号的specim高光谱相机来扫描:FX17、SWIR和FX50。在测试中，我们使用了Weldlite TF2，这是一种非常常见的润滑剂，例如用于自行车链条；Würth HSP 1400，这是一种高温润滑剂；以及Pentisol，这是一种通用的合成油。

specim FX17 (900 - 1700 nm)

Specim SWIR (1000 - 2500nm)

Specim FX50 (2700 - 5300 nm)

图1:本实验中使用的三种油剂，涂抹在金属和织物上。金属板和织物上的圆圈标记了涂有油剂的区域。绿色表示Weldlite，红色表示Würth，蓝色表示Pentisol。

Specim FX17相机

覆盖900 - 1700nm光谱范围

specim FX17相机覆盖900 - 1700 nm光谱范围，广泛应用于工业质量控制。它适用于检测各种基于其天然和合成化合物的化学物质。例如，用于测量物质的数量，如烟叶中的尼古丁，并用于检测污染物和不需要的物体，如肉末中的骨头碎片。到目前为止，对机械油的检测还很少。

基于光谱分析(见图3图4.)，specim FX17相机不能检测到所有的油剂。Pentisol油可以检测到一些，Würth油主要可以检测到织物上的(吸收峰在1393 nm.)， Weltlite油根本检测不到。

图2:样品的伪彩图

图3，用specim FX17高光谱相机测量的金属光谱曲线。绿色表示Weldlite油，红色表示Würth油，蓝色表示Pentisol油。黄色曲线可以看作是参考光谱，因为它是金属的光谱曲线，没有被油剂污染。

图4，用specim FX17高光谱相机测量的布料光谱曲线。绿色表示Weldlite，粉色表示Würth，蓝色表示Pentisol油。橙色光谱可以被认为是参考曲线，因为它是织物的光谱曲线，没有被油剂污染
 

基于对光谱的观察，对数据进行了主要成分分析(PCA)。分析表明，specim FX17能够对油脂进行非常轻微的分类(图5)。

图5:通过将PC1分配给红色，PC2分配给绿色，PC3分配给蓝色带，对PCA的伪彩表示。

Specim SWIR相机

覆盖1000 - 2500nm光谱范围

specim SWIR相机覆盖1000 - 2500nm光谱范围。与FX17一样，SWIR也适用于检测不同的化学成分。由于光谱范围更广，SWIR探测的材料比FX17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，适合检测不同类型的油，特别是Würth和Pentisol油。而Weltlite油可以部分检测到。 

图6: 样品的伪彩图

图7。用specim SWIR相机测量的金属光谱曲线。绿色表示Weldlite，红色表示Würth，蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可以被认为是参考曲线，因为它们是金属的光谱曲线，没有被油剂污染。

图8。用specim SWIR相机测量的织物光谱曲线。绿色表示Weldlite，粉色表示Würth，蓝色表示Pentisol油。橙色光谱可以被认为是参考曲线，因为它们是织物的光谱曲线，没有被油剂污染。

结合PCA，进行偏最小二乘法(PLS-DA)来评估SWIR相机的分拣性能(见图9)。得到结果，使用specim SWIR相机可以从金属和织物表面检测Würth和Pentisol油，并能做出区分。Weltlite油可以在织物上检测到，但在金属上无法可靠地检测到。

需要提到的是，尽管所有的油都滴在非常有限的区域里，但Weltlite油已经广泛地在织物上扩散开来了。

图9将PC1赋值为红色，PC2赋值为绿色，PC3赋值为蓝色，对PCA的伪彩表示;右:PLS-DA模型预测。

Specim FX50相机

覆盖2700 - 5300 nm光谱范围

specim FX50相机覆盖2700 - 5300 nm光谱范围。这些波长都是在红外波段，也就是所谓的MWIR。FX50非常适合对不同类型的聚合物进行分类，不管它们是什么颜色——甚至是黑色的。
 

结果表明，FX50可以检测所有三种不同类型的油在金属和织物表面。FX50甚至可以检测到微小的油滴。测试结果显示，在3300 ~ 3500 nm光谱范围内具有很强的吸收能力(图11。和12)。

图10:样本的伪彩图

图11：用specim FX50相机测量的金属光谱曲线。绿色表示Weldlite，红色表示Würth，蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可以被认为是参考曲线，因为它们只与金属有关，而没有被任何类型的油污染。

图12：用specim FX50相机测量的织物光谱曲线。绿色表示Weldlite，红色表示Würth，蓝色表示Pentisol油。黄色光谱可以被认为是参考曲线，因为它们只与织物有关，没有被任何类型的油污染。

除了PCA，还建立了PLS-DA模型来评估specim FX50相机的分选性能。如图13所示。，这三种类型的油都可以从金属和织物表面检测到，并通过specim FX50相机进行分类。

图13将PC1赋值为红色，PC2赋值为绿色，PC3赋值为蓝色，对PCA进行伪彩表示;右:PLS-DA模型预测。

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结论 

根据分析，我们可以得出这样的结论:specim FX50是检测表面油脂的最佳相机。有了FX50，你还可以对不同的油类进行分类。

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