使用 Specim 高光谱相机检测金属和织物上的油污

机油在许多行业中用作润滑剂。在最终产品中，机油通常被视为污染物，这对于检测至关重要。然而，人眼很难看到油污，因此传统 RGB 相机无法检测到油污。另一方面，高光谱相机在对应波长下工作时应该能够捕获这些信息。

为了测试这一点，我们将三种不同类型的机油涂在铝片和黑色织物上（见图 1），并使用三种不同类型的 Specim 高光谱相机对其进行扫描：Specim FX17、SWIR 和 Specim FX50。在测试中，我们使用了 Weldlite TF2（一种非常常用的润滑剂，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）。

Specim FX17（900 – 1700 nm）
Specim SWIR (1000 – 2500 nm)
Specim FX50 (2700 – 5300 nm)

图 1：本研究中使用了三种类型的机油，并涂在金属和织物上。金属板和织物上的圆圈标记了涂油的区域。绿色表示 Weldlite，红色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。

Specim FX17 相机

Specim FX17 相机覆盖 900 – 1700 nm 光谱范围，广泛应用于工业质量控制。它适用于检测各种天然和合成化合物的化学物质。例如，它用于测量物质的数量，例如烟叶中的尼古丁，以及检测污染物和不需要的物体，例如肉末中的骨头碎片。关于机械油，迄今为止进行的测试还很少。

根据光谱分析（见图 3 和 4），Specim FX17 相机无法检测所有油类。
Pentisol 油可以部分检测到，Würth 油主要可以在织物上检测到（吸收峰在 1393 nm），而 Weltlite 油则根本检测不到。

图 2：已做好标记的样品伪彩图像。

图 3.使用 Specim FX17 相机测量的光谱与标记区域的平均值相关。绿色表示 Weldlite，红色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。黄色光谱曲线可视为参考，因为它们仅与金属相关，未被任何类型的机油沾染。

图 4.使用 Specim FX17 相机测量的光谱与标记区域的平均值相关。绿色表示 Weldlite，粉色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。橙色光谱曲线可视为参考，因为它们仅与织物相关，未被任何类型的机油沾染。

对数据进行主成分分析 (PCA)，确认基于光谱的观察结果。分析进一步表明，Specim FX17 可以检测到的油类彼此相差无几（图 5）。

图5：利用PCA算法通过将 PC1 分配给红色波段、将 PC2 分配给绿色波段、将 PC3 分配给蓝色波段而展示的伪彩图片。

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。由于更宽的光谱范围，SWIR 可以检测到的材料比 FX17 更多。

根据光谱分析（图 7 和图 8），SWIR 相机具有 2200 nm 以上的光谱特征，适合检测不同类型的油品，特别是 Würth 和 Pentisol 油品。而 Weltlite 油则可以部分检测到。

图 6：已做好标记的样品伪彩图像。

图 7.使用 Specim SWIR 相机测量的光谱与标记区域的平均值相关。绿色表示 Weldlite，红色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。黄色光谱曲线可视为参考，因为它们仅与金属相关，未被任何类型的机油沾染。

图 8.使用 Specim SWIR 相机测量的光谱与标记区域的平均值相关。绿色表示 Weldlite，粉色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。橙色光谱曲线可视为参考，因为它们仅与织物相关，未被任何类型的机油沾染。

结合 PCA，进行偏最小二乘判别分析 (PLS-DA)，以评估 SWIR 相机的分选性能（见图 9）。根据结果，使用 Specim SWIR 相机可以从金属和织物表面检测到 Würth 和 Pentisol 油，并对彼此进行分类。Weltlite 油可以在织物上检测到，但无法在金属上以可靠的方式检测到。

值得注意的是，尽管所有油都涂在样品的非常有限的区域，但 Weltlite 油却广泛分布在织物上。

图 9：左：利用PCA算法将 PC1 分配给红色波段，将 PC2 分配给绿色波段，将 PC3 分配给蓝色波段而展示的伪彩图片；右：PLS-DA 模型预测。

Specim FX50 相机

Specim FX50 相机覆盖 2700 – 5300 nm 光谱范围。这些波长属于热成像范围（即所谓的 MWIR）的一部分。FX50 非常适合分选不同类型的聚合物，无论其颜色如何，甚至是黑色聚合物。

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机油。FX50 甚至可以检测微小的油滴。测试显示在 3300 至 3500 nm 的光谱范围内具有强大的油吸收能力（图 11 和 12）。

图 10：已做好标记的样品伪彩图像。

图 11.使用 Specim FX50 相机测量的光谱与标记区域的平均值相关。绿色表示 Weldlite，红色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。黄色光谱曲线可视为参考，因为它们仅与金属相关，未被任何类型的机油沾染。

图 12.使用 Specim FX50 相机测量的光谱与标记区域的平均值相关。绿色表示 Weldlite，红色表示 Würth，蓝色表示 Pentisol 油。黄色光谱可视为参考，因为它们仅与织物相关，未被任何类型的机油沾染。

除了 PCA 之外，还构建了 PLS-DA 模型来评估 Specim FX50 相机的分选性能。如图 13 所示，所有三种类型的油都可以从金属和织物表面检测出来，并使用 Specim FX50 相机进行分类。

图 13：左：利用PCA算法将 PC1 分配给红色波段，将 PC2 分配给绿色波段，将 PC3 分配给蓝色波段而展示的伪彩图片；右：PLS-DA 模型预测。

结论
根据分析，我们可以得出结论，Specim FX50 是检测表面机油的最佳相机。使用 FX50，您还可以对不同类型的机油进行分类。

免责声明
Specim（Spectral Imaging Ltd.）编写的本技术说明仅用于一般指导。我们保留修改内容的所有权利。

词汇
PC = 主成分
PCA = 主成分分析
SWIR = 短波红外线
MWIR = 中波红外线
PLS-DA = 偏最小二乘法 – 判别分析