高光譜成像技術(shù)在紡織布料分選上的應(yīng)用

隨著紡織行業(yè)多年的技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步，市面上紡織品種類琳瑯滿目，而眾多的產(chǎn)品也衍生出品質(zhì)參差不齊，魚目混珠、以次充好等問題。其中紡織品的成分分析尤為重要，

是現(xiàn)代紡織品質(zhì)量控制的重要檢測項(xiàng)目之一，結(jié)果可以直接影響紡織品定價(jià)。

紡織品成分種類繁多，通?？煞譃槔w維素類、蛋白質(zhì)類、合成纖維類等。其中纖維素類纖維包括棉纖維、麻纖維等，蛋白質(zhì)纖維包括蠶絲纖維、

各種毛類纖維，而合成纖維類包括滌綸、錦綸、聚乙烯纖維等。

紡織品材料成分分析目前依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要有國內(nèi)的FZ/T 01057 - 2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 2910 - 2009《紡織品定量化學(xué)分析》標(biāo)準(zhǔn)、

美國的AATCC 20 - 2018 (E2019) :Test Method for Fiber Analysis: Qualitative 和AATCC20A - 2020: Test Method for Fiber Analysis: Quantitative、

歐洲的ISO 1833 - 2006: Textiles Quantitative chemical analysis 系列標(biāo)準(zhǔn)等。

對于紡織品成分分析，傳統(tǒng)的定性方法包括手感和視覺鑒定、燃燒法、顯微鏡觀察法、化學(xué)試劑法，傅里葉變換紅外（FTIR）光譜分析方法等。

這些方法往往伴隨著鑒別精度低、鑒別效率低、需要損壞樣品、制樣繁瑣、無法獲得空間信息等缺點(diǎn)。

高光譜成像技術(shù)（Hyper Spectral Imaging, HSI）經(jīng)過近年的快速發(fā)展，已經(jīng)在遙感監(jiān)測、食品檢測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，垃圾分類等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，

不同于傳統(tǒng)的傅里葉變換光譜分析方法，其光譜數(shù)據(jù)被存儲在所采集的高光譜圖像的每一像素點(diǎn)中，因此同時(shí)保留了空間信息和光譜信息。

使用SPECIM FX17高光譜成像系統(tǒng)能夠?qū)⒓徔椘返目臻g信息和光譜信息同時(shí)存儲于高光譜圖像中，在精細(xì)鑒別中具有應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)具備實(shí)現(xiàn)大批量在線檢測的優(yōu)勢。

                                                                                               圖1：FX17e+Labscanner實(shí)驗(yàn)平臺

                                                                                                           測試方法及分析

對于材質(zhì)不同紡織布料來說，以A和B兩種樣品布為例：

圖2：A布（藍(lán)色區(qū)域）和B布（紅色區(qū)域）樣品測試及分析示意圖

使用FX17e+Labscanner實(shí)驗(yàn)平臺分別對樣品A布和B布進(jìn)行測試，選擇圖2中示意區(qū)域進(jìn)行分析，圖3是被選區(qū)域光譜反射率歸一化處理后的曲線，

可以明顯看出在1200nm區(qū)域范圍，B布具有明顯的特征波峰，同時(shí)在其他波段范圍內(nèi)也有不同程度的特征，與A布的光譜曲線表現(xiàn)出明顯差別，這說明對于不同材質(zhì)的布料來說，

在900~1700nm波段范圍內(nèi)，材質(zhì)不同的紡織樣品布料可以進(jìn)行辨別與分析。

                                                                                 圖3：不同材質(zhì)布料A和B的900~1700nm光譜反射率歸一化處理后的曲線

對于有部分材質(zhì)相同的布料，以C和D兩種樣品布為例：

                                                                      圖4：C布（綠色區(qū)域）和D布（藍(lán)色區(qū)域）樣品測試及分析示意圖

使用FX17e+Labscanner實(shí)驗(yàn)平臺分別對樣品C布和D布進(jìn)行測試，選擇圖4中示意區(qū)域進(jìn)行分析，圖5是被選區(qū)域光譜反射率歸一化處理后的曲線，

可以看出C布與D布在1400~1600nm 波段范圍反射率曲線出現(xiàn)了趨勢不同的差異，而在1660nm波段區(qū)域均有特征波峰出現(xiàn)，但強(qiáng)度有明顯差異，

這說明對于部分材質(zhì)相同的紡織樣品布料來說，在 900~1700nm可以進(jìn)行辨別與分析。

                                                                             圖5：部分材質(zhì)相同布料C和D的900~1700nm光譜反射率歸一化處理后的曲線

         對于多種組分混合組成的布料，以不同材質(zhì)的E、 F及其兩者混合布料G三種樣品布為例：

                                                             圖6：E布（黃色區(qū)域）、F布（藍(lán)色區(qū)域）和兩者混合布料G布（綠色區(qū)域）樣品及分析區(qū)域示意圖

使用FX17e+Labscanner實(shí)驗(yàn)平臺分別對樣品E布、F布和G布進(jìn)行測試，選擇圖6中示意區(qū)域進(jìn)行分析，如圖7所示， E布和兩者混合布料G布的光譜反射率曲線特征在紅色波段范圍得到了保留。

同時(shí)可以看到隨著混合布料G中F布料成分比例的變化，其特征峰強(qiáng)度在白色波段范圍內(nèi)減弱。這說明在900~1700nm范圍內(nèi)，對于多種組分混合組成的布料，

使用SPECIM高光譜成像技術(shù)仍能準(zhǔn)確識別，并具有分析其組分的潛力。

                                                             圖7：不同材質(zhì)的E、 F及其兩者混合布料G的900~1700nm光譜反射率歸一化處理后的曲線

通過以上幾種測試可以看出，對于被測樣品布料，SPECIM FX17高光譜成像系統(tǒng)可以在900~1700nm的波段范圍較好的區(qū)分不同材質(zhì)、

部分不同材質(zhì)以及混合材質(zhì)布料。

將標(biāo)準(zhǔn)品布料逐一測試建立布料數(shù)學(xué)模型，并使用Insight高光譜成像數(shù)據(jù)軟件對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行訓(xùn)練與數(shù)據(jù)庫擴(kuò)充。在進(jìn)行一定的訓(xùn)練后，

使用所建立的布料數(shù)學(xué)模型對圖8中三種目視相似布料進(jìn)行鑒別。鑒別結(jié)果如圖9所示，可以快速、無損的進(jìn)行布料區(qū)分，黃色和藍(lán)色為不同材質(zhì)布料，綠色為混合布料。

圖8：不同材質(zhì)布料樣品測試區(qū)域示意圖

                                                                                           圖9：使用Insight高光譜成像數(shù)據(jù)軟件建立紡織布料數(shù)學(xué)模型進(jìn)行鑒別

PECIM高光譜成像技術(shù)可以同時(shí)獲得紡織品的圖像和光譜信息，通過獲取其不同區(qū)域的高光譜數(shù)據(jù)，從而達(dá)到對紡織品布料的顏色、材質(zhì)、類別等特征的快速無損檢測。