高光譜成像塑造可(ke)持續回收的(de)未來

將廢物有效回收(shou)成可(ke)重復使(shi)用(yong)的原材料是(shi)我們必(bi)須采(cai)取的重要努力之(zhi)一，以(yi)(yi)阻止全qiu變暖和過度開采(cai)自然(ran)資源(yuan)。回收(shou)利用(yong)的環境效益是(shi)顯而易見的。回收(shou)利用(yong)可(ke)以(yi)(yi)保護自然(ran)資源(yuan)，減(jian)少溫(wen)室氣體和污染，以(yi)(yi)及在能(neng)(neng)源(yuan)生產中使(shi)用(yong)化石燃料。它可(ke)降(jiang)(jiang)低塑料能(neng)(neng)耗(hao)約70%，鋼材能(neng)(neng)耗(hao)降(jiang)(jiang)低約60%，紙(zhi)張(zhang)能(neng)(neng)耗(hao)降(jiang)(jiang)低40%，玻(bo)璃(li)能(neng)(neng)耗(hao)降(jiang)(jiang)低30%。

一(yi)個重(zhong)要的價(jia)(jia)值(zhi)在于(yu)可重(zhong)復使用(yong)的材(cai)(cai)料(liao)。然(ran)而，我(wo)們離回收目(mu)標(biao)還很(hen)遠。大(da)部(bu)分(fen)收集的廢物仍然(ran)用(yong)于(yu)能源生(sheng)產(chan)并在發電廠(chang)燃燒 - 而不是(shi)重(zhong)復使用(yong)。價(jia)(jia)格(ge)通常是(shi)回收率低的一(yi)個因素(su)，因為用(yong)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)生(sheng)產(chan)新產(chan)品通常比回收材(cai)(cai)料(liao)便宜。

為(wei)了使回(hui)收不僅在生態上(shang)(shang)而且在經濟上(shang)(shang)可(ke)行，重(zhong)復使用材料需(xu)要比使用原始材料更(geng)便宜、更(geng)容易(yi)。通過適當(dang)的(de)材料處(chu)理方法，可(ke)以有效地回(hui)收不同的(de)材料并轉化為(wei)利潤。這就是高光譜成像可(ke)以發揮作用的(de)地方。

當前在高效(xiao)回收方面(mian)面(mian)臨的挑(tiao)戰

典型(xing)的廢(fei)物(wu)管理過(guo)程包括在回收(shou)(shou)設施中收(shou)(shou)集廢(fei)物(wu)，分離(li)成不同的廢(fei)物(wu)部分，清潔以及zui終分類(lei)為放置在垃圾填(tian)埋場，燃(ran)燒(shao)或根據類(lei)型(xing)和純度(du)回收(shou)(shou)的材料。

分(fen)揀過程是回收的(de)(de)關鍵步(bu)驟。更(geng)好(hao)的(de)(de)分(fen)揀精度意味著更(geng)好(hao)地分(fen)離不同等級的(de)(de)材料，從(cong)而提(ti)高回收率。典型的(de)(de)分(fen)揀過程基(ji)于多種(zhong)技術的(de)(de)混合(he)，不能只依賴于一種(zhong)檢測技術。所(suo)使用的(de)(de)檢測技術通(tong)常會限制可以分(fen)類的(de)(de)收集材料的(de)(de)類型和數量。

大(da)多(duo)數回收廠使(shi)用(yong)不同的(de)(de)技術，從條(tiao)形碼(ma)閱(yue)讀器和RGB相機到X射線(xian)和渦(wo)流系統。雖然它們在一定程度上是有(you)能(neng)力的(de)(de)技術，但(dan)它們并不是wan 美的(de)(de)解決方案，因為它們識別材料的(de)(de)能(neng)力有(you)限。

例如(ru)，如(ru)果塑料(liao)(liao)瓶缺少條(tiao)形碼，則無(wu)法檢(jian)(jian)測它是(shi)PET還是(shi)HDPE。電渦流檢(jian)(jian)測器可以分辨導電金屬，但不(bu)能分離(li)塑料(liao)(liao)或紙漿。RGB相機可以將瓶子分為透(tou)明，黑色和(he)彩色，但無(wu)法區分一種塑料(liao)(liao)類型與另一種塑料(liao)(liao)類型。

當回收部(bu)分的純度(du)不足以(yi)再利用時，我們就會失去可(ke)回收材(cai)料來填埋或能源生產。糟(zao)糕(gao)的分類結果(guo)也會導致利潤損失，這(zhe)使得回收無利可(ke)圖，并且依賴于公眾的支持。

不同的廢(fei)物流需(xu)要不同的檢測和處理(li)方法(fa)才能有(you)效回收，而(er)目前的回收方法(fa)不夠(gou)靈活、高效和信息豐富，無法(fa)應對這一挑戰。

為了彌(mi)補檢(jian)測技(ji)術的(de)不(bu)足，仍然使用(yong)人力。手工(gong)分類(lei)垃圾緩(huan)慢、不(bu)準確、昂貴且(qie)危(wei)險，并且(qie)將不(bu)同的(de)塑料類(lei)型彼此分開仍然是(shi)不(bu)可能的(de)，因(yin)為人眼無(wu)法區(qu)分它(ta)們。

為(wei)了(le)高效(xiao)、盈(ying)利(li)和安全地工(gong)作，回收工(gong)廠必須配備能夠可靠、高純(chun)度(du)地分離不(bu)同材料的傳感器。胸超成像為(wei)準確和可持續的廢物(wu)回收提(ti)供了(le)強大的技術。

高光譜相機如(ru)何(he)提高回收效率？

高光(guang)譜(pu)相機可(ke)以根據材(cai)料(liao)的(de)(de)化學成分(fen)準(zhun)確可(ke)靠地區分(fen)材(cai)料(liao)。它們(men)測量(liang)和(he)分(fen)析從(cong)材(cai)料(liao)反射(she)或通過材(cai)料(liao)透(tou)射(she)的(de)(de)光(guang)譜(pu)。當測量(liang)稱為近紅外（NIR）的(de)(de)可(ke)見(jian)光(guang)區域以外的(de)(de)光(guang)譜(pu)時(shi)，我們(men)看到化學上不(bu)同的(de)(de)材(cai)料(liao)具有(you)du 特的(de)(de)光(guang)譜(pu)。

多(duo)光(guang)譜(pu)技(ji)術改善了這種情況;但是，它有其局限性。多(duo)光(guang)譜(pu)相機通常(chang)(chang)采集(ji)一到三個光(guang)譜(pu)數(shu)據，或者(zhe)在(zai)某些(xie)相機中zui多(duo)采集(ji)8個光(guang)譜(pu)波(bo)段，這意味著在(zai)每(mei)個分(fen)揀位置(zhi)，它只能識別一些(xie)基本材(cai)料。結果(guo)的純度也(ye)經(jing)常(chang)(chang)受(shou)到限制，因為(wei)材(cai)料流中存在(zai)干擾因素。

直(zhi)到zui近幾年，高(gao)光(guang)(guang)譜成(cheng)像在(zai)垃圾分類中的使用(yong)一直(zhi)受到高(gao)光(guang)(guang)譜相機在(zai)速度、空間分辨(bian)率(lv)、堅固性(xing)、連接性(xing)和(he)高(gao)成(cheng)本方面的性(xing)能不足的限制(zhi)。

zui近(jin)的(de)發展提(ti)高了高光(guang)(guang)譜(pu)相(xiang)機(ji)(ji)的(de)速度和分辨率，而它們的(de)實施成(cheng)本現在(zai)符合商業(ye)解決方案的(de)投資回報率標準。此外(wai)，現在(zai)還提(ti)供用(yong)于(yu)實時處理高光(guang)(guang)譜(pu)相(xiang)機(ji)(ji)產生的(de)大量數據的(de)算法和解決方案。

對于在線分選應(ying)用，線掃描(miao)(miao)高光(guang)譜(pu)相(xiang)機(ji)是唯yi實用且正常工作(zuo)的解(jie)決方(fang)案(an)，因(yin)為它只需一次掃描(miao)(miao)即可同時精(jing)確(que)地從生(sheng)產線中的每個像素捕(bu)獲(huo)整個材料流的整個光(guang)譜(pu)數據。

線掃描(miao)（推掃式）高光譜熱像儀可(ke)(ke)(ke)以安裝在現有(you)(you)和新的(de)(de)分揀線上，具(ju)有(you)(you)適當(dang)的(de)(de)照明(ming)和實時數據處理解決方案，就像任何線陣掃描(miao)熱像儀一樣(yang)。逐(zhu)個像素的(de)(de)材料(liao)識別結果(guo)可(ke)(ke)(ke)通過商業機器視覺(jue)系統的(de)(de)標準接口獲得。然后，結果(guo)可(ke)(ke)(ke)用(yong)于控制(zhi)空氣噴(pen)嘴或揀選(xuan)機器人。

與傳(chuan)統傳(chuan)感器技(ji)術(shu)相比，高光譜(pu)相機(ji)解決方案在(zai)各(ge)種(zhong)廢物處(chu)理(li)過(guo)程中具有zhuo 越的性(xing)能和多種(zhong)優(you)勢，如表1所(suo)示。

表(biao) 1.高光譜成像在分(fen)類不同類型廢物流方面的(de)附加值(zhi)

當(dang)與其他技術結合使用時，高光譜相機(ji)通過提(ti)(ti)供有關材(cai)料類型(xing)的(de)精確信息來提(ti)(ti)高分(fen)揀精度(du)。新一代的(de)高光譜相機(ji)可(ke)以將(jiang)回收(shou)材(cai)料的(de)純(chun)度(du)提(ti)(ti)高近100%。將(jiang)再生塑(su)料的(de)純(chun)度(du)提(ti)(ti)高幾個(ge)百分(fen)點，其價值(zhi)就(jiu)會翻(fan)倍(bei)。提(ti)(ti)取更多可(ke)回收(shou)材(cai)料也意味著我們在(zai)垃圾填埋場處    理(li)的(de)廢物更少(shao)。

與具(ju)有(you)固定光譜波段的(de)多光譜相(xiang)機相(xiang)比，高(gao)光譜相(xiang)機具(ju)有(you)靈活性，可以(yi)適應各種廢物(wu)流(liu)的(de)分類(lei)。當新的(de)排(pai)序算法(fa)可用(yong)時，它還可以(yi)采(cai)用(yong)它們。

高光譜(pu)成像在塑料回(hui)收中的優勢

在所有制造的塑料中，只有9%被(bei)回(hui)收利(li)用(yong)。12%被(bei)焚燒發電，79%用(yong)于(yu)垃圾(ji)填埋場或自然。據估計，到2050年(nian)，海洋中的塑料將(jiang)超(chao)過魚類(lei)。大多數不可回(hui)收的塑料廢物來自無法(fa)可靠地(di)將(jiang)不同類(lei)型的塑料分(fen)開(kai)。

不同的聚(ju)合物(wu)在近(jin)紅外光(guang)譜(pu)區域(yu)中具(ju)有可識別(bie)的光譜(pu)(pu)(pu)特征，因此可以進行分(fen)類。然而，許多光譜(pu)(pu)(pu)特征彼此接(jie)近(jin)。在這里，高(gao)(gao)光譜(pu)(pu)(pu)相機的高(gao)(gao)光譜(pu)(pu)(pu)分(fen)辨率是高分選精(jing)度的關鍵(jian)。例如，使用 PP、PE 和 PET 塑(su)料，純度可以達(da)到接近 99%。

使用高光譜相機分揀(jian)黑色塑料

很大一部分可回收(shou)塑料(liao)(liao)由黑色塑料(liao)(liao)組成，特別是在(zai)汽車和電(dian)子工業(ye)中，它們添加(jia)了碳(tan)基顏料(liao)(liao)以(yi)產生深灰色或黑色。黑色塑料(liao)(liao)類型很難(nan)識別，到目前(qian)為止，還沒有可靠(kao)的傳感器技(ji)術來對這些材料(liao)(liao)進(jin)行分類以(yi)供(gong)重復使(shi)用。即使(shi)是近(jin)(jin)紅(hong)外(wai)(wai)高(gao)光譜相機也在(zai)苦苦掙扎，因為黑碳(tan)基顏料(liao)(liao)幾(ji)乎吸收(shou)了所有的近(jin)(jin)紅(hong)外(wai)(wai)光。

除近紅(hong)外(wai)(wai)(wai)區域(yu)外(wai)(wai)(wai)，不同的塑料(liao)在稱為中(zhong)波(bo)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)（MWIR）的較長紅(hong)外(wai)(wai)(wai)區域(yu)中(zhong)具有特(te)征光(guang)譜特(te)征，其(qi)中(zhong)大多數(shu)黑(hei)色(se)顏料(liao)比NIR區域(yu)“更少"（吸(xi)收(shou)性較低(di)）。因此，中(zhong)波(bo)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光(guang)可(ke)以穿透黑(hei)色(se)材(cai)料(liao)并從(cong)黑(hei)色(se)材(cai)料(liao)反射，從(cong)而使其(qi)光(guang)譜識別成為可(ke)能。

使用在中波紅外區域運行的Specim FX50高(gao)光譜(pu)相(xiang)機，我們可(ke)以分(fen)揀純(chun)度(du)(du)接(jie)近99%的黑色ABS塑(su)料。它是目前市場(chang)上唯(wei)yi一款在中波紅外地(di)區運行(xing)的高(gao)光譜(pu)相(xiang)機，具有工業在線使用所(suo)需的速度(du)(du)、分(fen)辨率和靈(ling)敏(min)度(du)(du)。

以(yi)下(xia)是(shi)在實驗室中使(shi)用 Specim FX50 高光譜(pu)相機測(ce)(ce)量的黑(hei)色塑料分選示例。測(ce)(ce)量了(le) 34 塊(kuai) ABS 和 PE 以(yi)及 50 塊(kuai) PS（共(gong) <> 塊(kuai)）。對(dui)于每(mei)個樣(yang)品組，一半的樣(yang)品有光澤，另一半樣(yang)品具(ju)有漫反(fan)射表面。下(xia)圖顯示了(le)由 ABS、PS 和 PE 制成(cheng)的樣(yang)品可以(yi)使(shi)用 Specim FX<> 進行準確分類(lei)。

高光(guang)譜成像在紡織品回收(shou)中的優勢

與焚燒和填埋相比，紡織(zhi)品回收減少了對環境的(de)影響。如果可以根(gen)據使用的(de)纖維類型正確分(fen)類和分(fen)離，那么(me)幾乎(hu) 100% 的(de)紡織(zhi)品和服裝都可以回收利用。

增加(jia)紡織品回收(shou)的一個障礙是，構成服裝(zhuang)的各種纖維使再(zai)加(jia)工和(he)回收(shou)成為一項挑戰。雖然(ran)可以使用人力進行(xing)分類，但這在經濟上(shang)幾乎(hu)不可行(xing)，并且會(hui)帶(dai)來(lai)很(hen)多(duo)錯誤來(lai)源。

近(jin)紅外(wai)光譜區域中(zhong)的高(gao)光譜相機(ji)可(ke)以分(fen)離(li)zui常見的紡織(zhi)(zhi)部分(fen)類型，從而實現(xian)自動機(ji)器人化加工。基于近(jin)紅外(wai)高(gao)光譜相機(ji)的紡織(zhi)(zhi)品分(fen)揀具有多種優勢：

· 非接觸式，適(shi)合應用于傳(chuan)送帶

· 提供有關純材料(liao)和混合材料(liao)的(de)信息（定性和定量分類）

· 分類對使用的(de)顏色或染料不敏(min)感

· 易于(yu)配置不同的分(fen)揀線(xian)和新材料

· 為了獲(huo)得精確的顏色信息，高(gao)光譜相機可以(yi)取(qu)代RGB相機。

棉(mian)(mian)花在水、殺蟲劑和殺蟲劑方面(mian)是一種資源ji其密集的(de)作物。使用(yong)再生棉(mian)(mian)花可以節省大(da)量自然資源并減少農(nong)業污染(ran)。一些材料如(ru)(ru)棉(mian)(mian)和亞麻可以回收用(yong)于汽(qi)車絕(jue)緣或堆肥，但石(shi)油基纖維如(ru)(ru)聚酯幾乎沒有(you)重復使用(yong)的(de)機會。

焚(fen)燒材(cai)料(liao)特性

盡管材料(liao)回(hui)收率正(zheng)在增加，但仍(reng)有必(bi)要焚燒某些不可回(hui)收材料(liao)的部(bu)件。這些“廢物轉化為能(neng)源(yuan)"發電(dian)(dian)廠(chang)(chang)從商業、建筑、家庭和工業等各種來源(yuan)接收材料(liao)，并(bing)將(jiang)其用于垃(la)圾(ji)衍(yan)生燃料(liao) （RDF） 發電(dian)(dian)廠(chang)(chang)的發電(dian)(dian)。

RDF的(de)值來自熱含(han)量（圖(tu)像KK） - 由材料(liao)類型決定。某些材料(liao)，如玻璃、巖(yan)石或泥(ni)土，熱值為零。含(han)水量和冰也會影響該過程。

精確的(de)燃燒過(guo)程控制和熱值(zhi)只能基于正確的(de)材料識別來(lai)計算。近紅外區域的(de)高光譜成像為此提(ti)供了(le)在線(xian)解決方案。

高(gao)光譜(pu)成像(xiang)塑造了(le)回收的未(wei)來

提(ti)高(gao)分(fen)揀(jian)精度可提(ti)高(gao)回收材料的(de)純度和價值，以(yi)及可重復使(shi)用(yong)的(de)廢物百分(fen)比(bi)。為了提(ti)高(gao)分(fen)揀(jian)精度，我(wo)們需要(yao)更(geng)好的(de)檢測系統。

高(gao)(gao)光譜成像對回收行(xing)業和(he)社(she)會的潛在(zai)影響是巨大的。高(gao)(gao)光譜相(xiang)機是一種準確、可靠(kao)、無損、非接(jie)觸式的檢測工(gong)具，可提(ti)高(gao)(gao)操(cao)作效率、提(ti)高(gao)(gao)材料純度并(bing)提(ti)高(gao)(gao)盈利能(neng)力。

先jin的(de)高光譜相機技術、分析軟件和光譜庫已經可(ke)用(yong)(yong)，并(bing)在(zai)現代(dai)回收機器和廢(fei)物分類設(she)施中使用(yong)(yong)，并(bing)且由于解(jie)決(jue)以前不可(ke)行(xing)的(de)分類任務的(de)需求不斷增長，預計未來(lai)還會增長。

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