高光譜相機在塑料分類與回收上的應用

近年來隨著人口數量日益增長、生活節奏加快以及日常生活用品迭代更新，使得生活垃圾產量迅速上升，垃圾組成成分更加的復雜化、多樣化。這種情況的出現增加了垃圾分類與回收的復雜程度與難度。現有對可回收垃圾檢測與分類的各種方法，大都存在檢測時間長，分類效率低，多種垃圾無法同時快速分揀等問題。

在眾多不同種類的垃圾中，廢舊塑料的分類是現階段垃圾分類中比較重要與關鍵的一環。塑料在我們的生活中隨處可見，現階段大多數廢舊塑料本身沒有被回收，而是在垃圾填埋場或焚燒爐中結束其生命。另有一小部分塑料對回收行業有價值，但分離這些高價值塑料的成本和時間都很高。目前國內塑料分揀大多由人工完成，同樣存在檢測時間長，分類效率低，多種塑料無法同時快速分揀的問題。

如何快速高效分揀塑料

通?？梢越o廢舊塑料貼上標簽進行宏觀識別，但待分揀塑料較小或標簽粘貼錯誤時，分揀效果就會較差。在這些情況下，通過人工、或顏色可視化等方式進行分類是不正確或不可行的。

圖1 各類塑料制品材質

如何安全、快速、高效的分揀回收廢舊塑料就成為了再生資源行業重要的課題之一。

高光譜技術通過檢測塑料制品的化學成分對其進行分類，近年來已在回收行業應用。但一些簡單的高光譜檢測儀器的局限性也阻礙了這項技術在塑料回收行業的具體實施，如：

• 檢測速度慢，投資回報率低
• 黑塑料分類效果較差
• 價格昂貴

使用高光譜相機分揀塑料

柯尼卡美能達集團旗下的SPECIM作為專注于高光譜成像技術的品牌，是高光譜成像技術的全球領先者之一，也是一家致力于為行業覆蓋400-5300nm全光譜范圍的高光譜相機制造商。尤其是在塑料回收行業，許多SPECIM FX系列高光譜相機已被再生資源工廠所使用，以分揀不同類型的廢舊塑料。

使用FX系列對大多白色或透明PE、ABS、PVC、PS、PA、PP、PC和PET等樣品的測量、分析和分類。

圖2 待測塑料樣品圖像

使用的SPECIM INSIGHT軟件處理數據，為每個樣品數據立方體建立PLS-DA模型。我們將FX10的光譜范圍限制在700-1000nm，以消除樣品顏色的任何偏差。

圖3 不同SPECIM高光譜相機測試偽彩圖
（綠色PE，紅色ABS，藍色PVC，黃色PS，白色PA，海綠色PP，青色PC，紫色PET）

從上圖中可以看出，對于常規分揀的效果較好。

• 使用FX10，我們可以對大部分的樣本進行分類。其中PC通常是透明的，所以只有邊緣可以被分類，而中心被錯誤地歸類為背景。
• 使用FX17，我們產生了一個準確和穩健的模型。同樣由于PC通常是透明的，所以只有邊緣可以被分類，而中心被錯誤地歸類為背景。
• 使用SWIR相機，我們產生了非常準確的模型。所有的樣品都得到了很好的分類，包括PC材質的樣品。
• 使用FX50，數據的模型并不像用SWIR和FX17相機建立的那樣穩健和準確，但相關性仍可接受，同樣也可以對透明的PC進行分類。

圖4 SPECIM高光譜相機測得的常見塑料400-5300nm光譜反射曲線
（PE，ABS，PVC，PS，PA，PP，PC，PET）

Specim的優勢

眾所周知，黑色塑料現今被廣泛用于汽車和電子行業，因此分揀和回收至關重要。但使用傳統近紅外工業相機分揀無法得到很好的效果，黑塑料中碳基顏料幾乎吸收了所有的近紅外光，使得難以區分識別。SPECIM在2019年開發了FX50高光譜相機，其可以覆蓋2700—5300nm的測試。使用FX50測試由PS、ABS、PE、PA和PC制成的黑色塑料樣品，然后通過SPECIM INSIGHT軟件建立PLS-DA模型進行數據分類，效果可以到達分揀目的。

圖5 黑塑料SPECIM高光譜測試圖像

綜上所述，可以看出SPECIM FX系列高光譜相機適用于各種塑料分類，無論其顏色如何，根據不同的應用要求，可以使用不同型號的相機應對。

表 針對不同材質塑料SPECIM高光譜相機型號適用情況
（*PE、LDPE和HDPE不能分離，**黑塑料適用）

高效準確的回收可以節約自然資源，減少溫室氣體和污染，以及能源生產中對化石燃料的使用。SPECIM回收解決方案可幫助再生資源行業對廢舊塑料更好的分揀與分類。