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高光譜成像技術(shù)在紡織布料分選上的應(yīng)用

更新時間:2024-08-29      點擊次數(shù):318

高光譜成像技術(shù)在紡織布料分選上的應(yīng)用



隨著紡織行業(yè)多年的技術(shù)發(fā)展與進步,市面上紡織品種類琳瑯滿目,而眾多的產(chǎn)品也衍生出品質(zhì)參差不齊,魚目混珠、以次充好等問題。其中紡織品的成分分析尤為重要,

是現(xiàn)代紡織品質(zhì)量控制的重要檢測項目之一,結(jié)果可以直接影響紡織品定價。

紡織品成分種類繁多,通??煞譃槔w維素類、蛋白質(zhì)類、合成纖維類等。其中纖維素類纖維包括棉纖維、麻纖維等,蛋白質(zhì)纖維包括蠶絲纖維、

各種毛類纖維,而合成纖維類包括滌綸、錦綸、聚乙烯纖維等。

紡織品材料成分分析目前依據(jù)的標準主要有國內(nèi)的FZ/T 01057 - 2007《紡織纖維鑒別試驗方法》標準和GB/T 2910 - 2009《紡織品定量化學(xué)分析》標準、

美國的AATCC 20 - 2018 (E2019) :Test Method for Fiber Analysis: Qualitative 和AATCC20A - 2020: Test Method for Fiber Analysis: Quantitative、

歐洲的ISO 1833 - 2006: Textiles Quantitative chemical analysis 系列標準等。

對于紡織品成分分析,傳統(tǒng)的定性方法包括手感和視覺鑒定、燃燒法、顯微鏡觀察法、化學(xué)試劑法,傅里葉變換紅外(FTIR)光譜分析方法等。

這些方法往往伴隨著鑒別精度低、鑒別效率低、需要損壞樣品、制樣繁瑣、無法獲得空間信息等缺點。

高光譜成像技術(shù)(Hyper Spectral Imaging, HSI)經(jīng)過近年的快速發(fā)展,已經(jīng)在遙感監(jiān)測、食品檢測、精準農(nóng)業(yè),垃圾分類等多個領(lǐng)域進行應(yīng)用,

不同于傳統(tǒng)的傅里葉變換光譜分析方法,其光譜數(shù)據(jù)被存儲在所采集的高光譜圖像的每一像素點中,因此同時保留了空間信息和光譜信息。

使用SPECIM FX17高光譜成像系統(tǒng)能夠?qū)⒓徔椘返目臻g信息和光譜信息同時存儲于高光譜圖像中,在精細鑒別中具有應(yīng)用價值,同時具備實現(xiàn)大批量在線檢測的優(yōu)勢。

高光譜成像技術(shù)在紡織布料分選上的應(yīng)用

                                                                                               圖1:FX17e+Labscanner實驗平臺

                                                                                                           測試方法及分析

對于材質(zhì)不同紡織布料來說,以A和B兩種樣品布為例:

高光譜成像技術(shù)在紡織布料分選上的應(yīng)用

圖2:A布(藍色區(qū)域)和B布(紅色區(qū)域)樣品測試及分析示意圖

使用FX17e+Labscanner實驗平臺分別對樣品A布和B布進行測試,選擇圖2中示意區(qū)域進行分析,圖3是被選區(qū)域光譜反射率歸一化處理后的曲線,

可以明顯看出在1200nm區(qū)域范圍,B布具有明顯的特征波峰,同時在其他波段范圍內(nèi)也有不同程度的特征,與A布的光譜曲線表現(xiàn)出明顯差別,這說明對于不同材質(zhì)的布料來說,

在900~1700nm波段范圍內(nèi),材質(zhì)不同的紡織樣品布料可以進行辨別與分析。

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                                                                                 圖3:不同材質(zhì)布料A和B的900~1700nm光譜反射率歸一化處理后的曲線


對于有部分材質(zhì)相同的布料,以C和D兩種樣品布為例:

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                                                                      圖4:C布(綠色區(qū)域)和D布(藍色區(qū)域)樣品測試及分析示意圖

使用FX17e+Labscanner實驗平臺分別對樣品C布和D布進行測試,選擇圖4中示意區(qū)域進行分析,圖5是被選區(qū)域光譜反射率歸一化處理后的曲線,

可以看出C布與D布在1400~1600nm 波段范圍反射率曲線出現(xiàn)了趨勢不同的差異,而在1660nm波段區(qū)域均有特征波峰出現(xiàn),但強度有明顯差異,

這說明對于部分材質(zhì)相同的紡織樣品布料來說,在 900~1700nm可以進行辨別與分析。

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                                                                             圖5:部分材質(zhì)相同布料C和D的900~1700nm光譜反射率歸一化處理后的曲線

         對于多種組分混合組成的布料,以不同材質(zhì)的E、 F及其兩者混合布料G三種樣品布為例:

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                                                             圖6:E布(黃色區(qū)域)、F布(藍色區(qū)域)和兩者混合布料G布(綠色區(qū)域)樣品及分析區(qū)域示意圖


使用FX17e+Labscanner實驗平臺分別對樣品E布、F布和G布進行測試,選擇圖6中示意區(qū)域進行分析,如圖7所示, E布和兩者混合布料G布的光譜反射率曲線特征在紅色波段范圍得到了保留。

同時可以看到隨著混合布料G中F布料成分比例的變化,其特征峰強度在白色波段范圍內(nèi)減弱。這說明在900~1700nm范圍內(nèi),對于多種組分混合組成的布料,

使用SPECIM高光譜成像技術(shù)仍能準確識別,并具有分析其組分的潛力。

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                                                             圖7:不同材質(zhì)的E、 F及其兩者混合布料G的900~1700nm光譜反射率歸一化處理后的曲線


通過以上幾種測試可以看出,對于被測樣品布料,SPECIM FX17高光譜成像系統(tǒng)可以在900~1700nm的波段范圍較好的區(qū)分不同材質(zhì)、

部分不同材質(zhì)以及混合材質(zhì)布料。

將標準品布料逐一測試建立布料數(shù)學(xué)模型,并使用Insight高光譜成像數(shù)據(jù)軟件對數(shù)學(xué)模型進行訓(xùn)練與數(shù)據(jù)庫擴充。在進行一定的訓(xùn)練后,

使用所建立的布料數(shù)學(xué)模型對圖8中三種目視相似布料進行鑒別。鑒別結(jié)果如圖9所示,可以快速、無損的進行布料區(qū)分,黃色和藍色為不同材質(zhì)布料,綠色為混合布料。

高光譜成像技術(shù)在紡織布料分選上的應(yīng)用

圖8:不同材質(zhì)布料樣品測試區(qū)域示意圖

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                                                                                           圖9:使用Insight高光譜成像數(shù)據(jù)軟件建立紡織布料數(shù)學(xué)模型進行鑒別

PECIM高光譜成像技術(shù)可以同時獲得紡織品的圖像和光譜信息,通過獲取其不同區(qū)域的高光譜數(shù)據(jù),從而達到對紡織品布料的顏色、材質(zhì)、類別等特征的快速無損檢測。

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