高光谱相机在塑料分类与回收上的应用

近年来随着人口数量日益增长、生活节奏加快以及日常生活用品迭代更新，使得生活垃圾产量迅速上升，垃圾组成成分更加的复杂化、多样化。这种情况的出现增加了垃圾分类与回收的复杂程度与难度。现有对可回收垃圾检测与分类的各种方法，大都存在检测时间长，分类效率低，多种垃圾无法同时快速分拣等问题。

在众多不同种类的垃圾中，废旧塑料的分类是现阶段垃圾分类中比较重要与关键的一环。塑料在我们的生活中随处可见，现阶段大多数废旧塑料本身没有被回收，而是在垃圾填埋场或焚烧炉中结束其生命。另有一小部分塑料对回收行业有价值，但分离这些高价值塑料的成本和时间都很高。目前国内塑料分拣大多由人工完成，同样存在检测时间长，分类效率低，多种塑料无法同时快速分拣的问题。

如何快速高效分拣塑料

通常可以给废旧塑料贴上标签进行宏观识别，但待分拣塑料较小或标签粘贴错误时，分拣效果就会较差。在这些情况下，通过人工、或颜色可视化等方式进行分类是不正确或不可行的。

图1 各类塑料制品材质

如何安全、快速、高效的分拣回收废旧塑料就成为了再生资源行业重要的课题之一。

高光谱技术通过检测塑料制品的化学成分对其进行分类，近年来已在回收行业应用。但一些简单的高光谱检测仪器的局限性也阻碍了这项技术在塑料回收行业的具体实施，如：

• 检测速度慢，投资回报率低
• 黑塑料分类效果较差
• 价格昂贵

使用高光谱相机分拣塑料

柯尼卡美能达集团旗下的SPECIM作为专注于高光谱成像技术的品牌，是高光谱成像技术的全球领先者之一，也是一家致力于为行业覆盖400-5300nm全光谱范围的高光谱相机制造商。尤其是在塑料回收行业，许多SPECIM FX系列高光谱相机已被再生资源工厂所使用，以分拣不同类型的废旧塑料。

使用FX系列对大多白色或透明PE、ABS、PVC、PS、PA、PP、PC和PET等样品的测量、分析和分类。

图2 待测塑料样品图像

使用的SPECIM INSIGHT软件处理数据，为每个样品数据立方体建立PLS-DA模型。我们将FX10的光谱范围限制在700-1000nm，以消除样品颜色的任何偏差。

图3 不同SPECIM高光谱相机测试伪彩图
（绿色PE，红色ABS，蓝色PVC，黄色PS，白色PA，海绿色PP，青色PC，紫色PET）

从上图中可以看出，对于常规分拣的效果较好。

• 使用FX10，我们可以对大部分的样本进行分类。其中PC通常是透明的，所以只有边缘可以被分类，而中心被错误地归类为背景。
• 使用FX17，我们产生了一个准确和稳健的模型。同样由于PC通常是透明的，所以只有边缘可以被分类，而中心被错误地归类为背景。
• 使用SWIR相机，我们产生了非常准确的模型。所有的样品都得到了很好的分类，包括PC材质的样品。
• 使用FX50，数据的模型并不像用SWIR和FX17相机建立的那样稳健和准确，但相关性仍可接受，同样也可以对透明的PC进行分类。

图4 SPECIM高光谱相机测得的常见塑料400-5300nm光谱反射曲线
（PE，ABS，PVC，PS，PA，PP，PC，PET）

Specim的优势

众所周知，黑色塑料现今被广泛用于汽车和电子行业，因此分拣和回收至关重要。但使用传统近红外工业相机分拣无法得到很好的效果，黑塑料中碳基颜料几乎吸收了所有的近红外光，使得难以区分识别。SPECIM在2019年开发了FX50高光谱相机，其可以覆盖2700—5300nm的测试。使用FX50测试由PS、ABS、PE、PA和PC制成的黑色塑料样品，然后通过SPECIM INSIGHT软件建立PLS-DA模型进行数据分类，效果可以到达分拣目的。

图5 黑塑料SPECIM高光谱测试图像

综上所述，可以看出SPECIM FX系列高光谱相机适用于各种塑料分类，无论其颜色如何，根据不同的应用要求，可以使用不同型号的相机应对。

表 针对不同材质塑料SPECIM高光谱相机型号适用情况
（*PE、LDPE和HDPE不能分离，**黑塑料适用）

高效准确的回收可以节约自然资源，减少温室气体和污染，以及能源生产中对化石燃料的使用。SPECIM回收解决方案可帮助再生资源行业对废旧塑料更好的分拣与分类。