国内垃圾分选技术现状

   当前，传统的垃圾处理流程为：将垃圾收集到垃圾处理厂，按材料类型进行分类，进行必要的清洁，最终分选出少部分可利用的再生材料，如纸张、塑料、金属等，而绝大部分垃圾将被焚烧或倒入垃圾填埋场。

图1 传统的垃圾处理流程

   在回收行业中，智能识别分拣技术是关键。成熟有效的识别分拣技术意味着更高的回收纯度，而回收材料的高纯度则意味着更高的回收价值。

   如今，大多数回收企业均采用多种分选技术，从条形码读取器和RGB相机，到X射线和涡流系统等。尽管它们在某种程度上已是功能强大的技术，但因无法识别材料的材质，它们并不是一种完美的智能垃圾回收解决方案。例如，如果一个塑料瓶缺少带有条形码的标签，则无法识别出它是PET还是HDPE。涡流检测器虽可以识别金属，但无法分离塑料或纸张。RGB相机虽可以将瓶子按颜色进行分类，但无法按塑料的材质进行识别。

   因为缺少一种完美的垃圾回收解决方案，导致回收来的材料因纯度不高而无法再利用，回收企业也因无法盈利而只能依赖政府的补贴。

   当前，为了弥补检测技术的不足，需靠人工对材料进行二次分类。但人工分选效率低，人力成本高，且无法从透明塑料瓶中分离出塑料的类型（PP/PE/PET等）。

   那究竟有没有一种完美的机器视觉垃圾分选解决方案呢？答案是肯定的，这正是芬兰SPECIM FX系列近红外高光谱相机的用武之地。作为芬兰Specim公司在中国的官方代理商，Quantum Design中国子公司（www.qd-china.com）将为您介绍SPECIM FX系列高光谱相机如何大幅提高垃圾回收率和回收纯度。

看近红外（NIR）高光谱工业相机如何提高回收率

   SPECIM FX17近红外（NIR）高光谱相机技术可以根据物料的化学成分准确可靠地识别出不同的材质。高光谱相机采集目标在900-1700nm光谱范围内224个波段下的光谱信息和图像信息，得到目标的数据立方体。

   在可见光范围（VNIR:380-780nm），每种颜色都有其各自特征的光谱信息。在近红外（NIR:900-1700nm）光谱范围时，我们发现化学成分不同的材料具有不同的光谱信息。智能分选软件则根据特征光谱信息来识别不同的材质。

   高光谱成像在工业生产线上使用受到成像速度、空间分辨率、安装简易性和成本的限制。随着芬兰SPECIM公司持续地对高光谱成像技术的大力研发投入，其高光谱相机的速度、分辨率、成本早已达到工业解决方案的标准。此外，智能算法和计算机性能的提高，也让实时处理高光谱相机采集到的大量数据变的简单可行。

   对于工业在线应用，线扫描型高光谱相机是唯一切实可行的解决方案，因为它可以精确地同时捕获样品的每个像素的全光谱数据。

图2 SPECIM FX17高光谱成像智能分拣回收方案

   高光谱相机、卤素灯光源、实时数据处理软件，可以像传统线扫描相机一样安装在分拣生产线上。通过标准接口（CameraLink或GigE）将材料的每个像素点的全光谱信息传输给商用机器视觉系统，系统的识别结果也可用于控制喷气嘴或抓取机器人。

高光谱相机解决方案的性能和优势：

当与其他检测技术结合使用时，SPECIM高光谱相机通过提供各种材料的光谱信息来使分类更加准确。最新一代的高光谱相机SPECIM FX17可将回收材料的纯度提高到接近100％。

   众所周知，即使将回收塑料的纯度提高仅几个百分点，使它的回收价值就能翻倍，这将大幅提高回收企业的盈利。

回收案例

塑料回收

   据调查，在所有废旧塑料中仅有9％被回收，12％被焚烧发电，而79％的塑料垃圾被填埋或进入到自然环境中。据估计，到2050年，海洋中的塑料数量将超过鱼类的数量。

图3 废旧塑料回收率

   大多数塑料垃圾无法被回收，是由于不能准确的将不同材质的塑料彼此分离，导致回收的塑料纯度无法保证。

   大多数聚合物在NIR（900-1700nm）光谱区域内各自具有独特的光谱信息，因此可以进行精准分类。但也有许多光谱特征彼此相似的塑料，此时，SPECIM FX17高光谱相机的光谱分辨率（8nm）是保证分选精度的关键因素，例如，分选PP、PE、PET塑料，可以保证接近99％的分选准确度。

图4 SPECIM FX17高光谱相机可设别的塑料类型

黑色塑料回收

   在汽车和电子行业会使用大量的黑色塑料。众所周知，黑色塑料很难被识别、分类，因为没有可靠的传感器技术可对黑色塑料进行设别。甚至近红外相机也行不通，因为黑色塑料几乎吸收了所有的近红外光。

   针对黑色塑料分选，芬兰SPECIM公司最新发布一款中波红外SPECIM FX50高光谱相机（MWIR： 2.7 –5.3 um）。在2.7 –5.3 um的光谱区域中，FX50相机可以采集到MWIR光从黑色塑料表面反射的特征光谱信息，以此特征光谱可分析识别出不同种类的黑色塑料。例如，我们可以分选出纯度接近99％的黑色ABS塑料。

   SPECIM FX50高光谱相机具有所需的采集速度、分辨率和灵敏度，适用于工业在线检测。

   以下是在实验室中使用SPECIM FX50高光谱相机对黑色塑料分类的案例。实验测量了十二块ABS和PE以及十块PS（总共34块）。对于每个样品组，一半的样品是有光泽的光滑表面，而另一半的样品是漫反射的表面。

下图显示了对ABS、PS和PE塑料样品精确的分类效果。

图5 SPECIM FX50高光谱相机对黑色塑料的分类效果

纺织品回收

   对构成衣物的各种纤维的准确识别，成为纺织品回收的一项挑战。若可以根据纤维类型准确的对它们进行分类，则几乎所有的纺织品和服装的回收率可达100％。

图6 SPECIM FX17高光谱相机可设别的纤维类型

   SPECIM FX17近红外高光谱相机可以精准的识别和分离常见的纤维类型，为纺织品回收企业提供一种完美的机器视觉技术方案。

   基于SPECIM FX17近红外高光谱相机的智能分选系统在纺织行业的优势：

   •非接触式测量，适合在线检测使用

   •提供每类纤维的光谱信息，可定性和定量分析

   •易于安装、集成在各类纺织品回收设备上

   •对于精确的色彩信息识别，HSI（高光谱相机）可以替代RGB相机

   棉花是一种资源密集性的作物，因为它的生长需要使用大量的水资源、农药和杀虫剂。使用再生棉可以节省大量自然资源，并减少农业污染。如，某些材料（例如棉和亚麻）可以回收用于汽车隔热棉或生物堆肥，而石油基纤维（例如聚酯）几乎没有再利用的价值。

结论

   芬兰SPECIM FX系列高光谱相机以及光谱信息分析软件，已在国内工业生产中广泛使用。其对于当前检测技术无法实现的分拣任务，无疑是一种完美的机器视觉检测技术方案，也将成为回收行业的未来。

   它所具有的高精度识别保证了回收材料的纯度，从而极大的提高了回收价值。该技术的使用，也可以大幅提升再生资源的回收率。芬兰SPECIM FX17系列高光谱相机也早已进入参与国家《“十三五”生态环境保护规划》项目的国内垃圾分选领跑企业的解决方案中。