高光谱成像技术助力纺织品回收中混鞋的智能配对

每天，纺织品回收设施都会收到大量废弃旧鞋——它们通常并非成双，而是与成千上万件其它衣物混在一起的单只鞋子。要找出成双的鞋子颇具挑战性，尤其是当外观相似的鞋子由不同材料制成时。在大规模运营中，这会直接影响分拣效率和转售价值。

为应对这一挑战，波兰机器视觉公司 AVICON R&D为欧洲领先的纺织品回收企业之一VIVE Textile Recycling开发了一套自动化解决方案。该系统将人工智能与高光谱成像技术相结合，用于识别鞋类材料，并显著提升了自动配对鞋子的效率。

通过集成Specim高光谱相机，该系统在传统的RGB成像和3D测量基础上增加了材料信息。这一额外的数据层使系统能够区分外观相似的鞋子，并提高基于人工智能的配对可靠性。因此，该解决方案能够实现更高效的分拣，并支持更高价值的材料回收。该系统在两条并行分拣线上每小时可处理多达 9000只鞋子，实现工业级高通量作业。

大规模纺织品回收中的鞋类自动配对技术
AVICON R&D在机器视觉领域拥有近25年经验，近年来专注于高光谱成像技术。此次与VIVE的合作旨在提升VIVE大规模生产运营中鞋类分拣的自动化水平。

VIVE每天利用全自动分拣线处理数百吨二手服装。其基于人工智能的系统虽能分析RGB图像和3D几何信息，但无法始终准确区分不同材质的鞋子。高光谱成像技术通过提供可靠的材质识别能力弥补了这一缺陷，为决策提供支持。

利用高光谱成像技术进行材质识别
两台Specim FX17高光谱相机在近红外/短波红外（NIR/SWIR）光谱范围内采集高光谱数据，能够可靠识别橡胶、塑料、皮革和纺织品等材料——即使这些材料的外观存在差异。

废旧鞋类的颜色、磨损程度和纹理差异很大。通过测量材质特有的光谱特征，高光谱成像技术能够实现一致的识别，不受视觉差异的影响。归一化处理后，系统将利用AVICON专有的HSI-CNN分类器对光谱数据进行处理。

在测试中，材质分类准确率平均为81.2%，其中纺织品（87.8%）和橡胶（85.1%）的准确率最高。有超过99.5%的情况下，并行的高光谱工位实现了预测结果的一致性。在配对过程中，这种一致性至关重要，因为工位之间可靠的一致性判定比单个分类准确率更为重要。

这一性能水平使得在工业级分拣中实现稳定、实时的决策成为可能。该系统将材料数据与RGB及3D信息相结合，并将其传递给AI配对算法，由该算法判断两只鞋是否为一对。当识别出匹配的鞋子，气动机构就会将它们导向输出缓冲区。

面向工业环境的高速处理
该系统在严苛的工业环境下仍能稳定可靠的运行。成像模块包含两台Specim FX17相机，配有38° F/1.7镜头、卤素照明，并支持传送带同步触发图像采集。

图像处理分为三个步骤：在Basler microEnable 5 Marathon VCL FPGA图像采集卡上进行归一化、通过HSI-CNN进行分类、以及在Zebra Aurora Vision Studio™中进行后处理与可视化。该系统实现了约600 ms从图像到决策的时长，支持实时运行。

两条并行产线每小时总处理量约为9,000只鞋子，可支持连续、大批量处理。

提高分拣准确率与经济价值
高光谱成像通过向决策过程引入材质信息，显著提高了鞋子配对的可靠性。这不仅减少了配对错误，还增强了自动化分拣的准确性，即使在高吞吐量条件下也是如此。

除了提高准确性外，材质识别还能实现经济效益的优化。由皮革等较高价值材料制成的鞋子可以优先配对，从而提高转售价值，并提升分拣流程的整体效率。

AVICON为何选择Specim
据AVICON首席执行官Jan Jaczewski介绍，Specim FX17相机具备工业高光谱应用所需的多种性能：高帧率、出色的光谱和空间分辨率、TEC传感器防抖、自动黑场校准以及高信噪比。

CameraLink接口支持高速传输原始高光谱数据，以便进行实时预处理，从而支持在高速传送带上进行精准分类。

助力纺织品循环经济
AVICON认为在循环纺织工艺中，高光谱成像的应用前景日益广阔。随着纺织品和鞋类再利用的普及，自动化分拣对于实现高效处理和材料回收变得至关重要。

高光谱成像技术结合AI，还可以通过提供类似新零售的详细产品信息，支持二手衣物新的商业模式。在回收应用领域，准确的材料数据为诸如VIVE Texcellence这样的项目提供支持，该项目利用废旧纺织品和塑料废料生产复合材料。

与Specim的合作
“如果您在应用中需要高光谱成像技术，不妨试试Specim。他们在项目实施和技术验证阶段都能提供先进的相机和出色的技术支持，”Jan Jaczewski说道。

本项目“Automation of the footwear identification process using modern machine learning methods”（POIR.01.01.01-00-0532/19）由欧盟共同资助。

有关该项目研究阶段的更多信息，请参阅相关科学论文

关于Specim

作为高光谱成像（HSI）行业的龙头公司之一，Specim产品涵盖从可见光到热红外全部波段的测量，为用户提供全面的高光谱成像解决方案，满足工业、科学和研究用户的不同需求。产品包括工业高光谱相机、实验室高光谱相机以及机载高光谱相机，适配客户特定的使用场景。Specim以分拣机客户为核心，同时在分选回收、食品和制药等行业也拥有广泛的客户群体。去年，Specim正式推出全新的SpecimONE高光谱成像平台，该平台使高光谱成像技术更便利、更快捷地与分拣机相结合。2021年起，SpecimONE平台可开始交付。借助SpecimONE平台，柯尼卡美能达将进一步扩大工业领域中高光谱成像的业务。

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