歐盟關(guān)于織物和紡織品回收的新指南自 2018 年起生效。這個對環(huán)境非常重要的項目的目標(biāo)是從 2025 年起重復(fù)使用全球所有紡織品。芬蘭公司 Specim 的高光譜成像提供了成功實現(xiàn)這一雄心勃勃目標(biāo)的技術(shù)要求。

紡織業(yè)是造成污染的主要因素，全球人類正日益遭受污染。造成污染的原因多種多樣。一方面，生產(chǎn)織物和服裝需要大量資源，尤其是棉花，需要消耗大量水。另一方面，大量舊紡織品和新紡織品（目前估計每年約 1600 萬噸）最終被填埋，盡管這些材料至少可以部分再利用。此外，作為合成紡織纖維殘留物的微塑料越來越多地進(jìn)入土壤和水體，它們通過食物鏈危害整個動物物種和人類的生存。越來越頻繁地用新衣服替換衣服的趨勢是造成這種負(fù)面發(fā)展的部分原因。時尚行業(yè)的公司每年推出的系列越來越多。過去，市場上只有一個新的夏季和冬季系列，而每年推出多達(dá) 25 個新品已不再罕見。

為了減少這些發(fā)展對環(huán)境造成的嚴(yán)重后果，必須大幅提高紡織品的回收率。目前的手工方法無法實現(xiàn)這一點，因為員工無法以所需的速度和耐力對不同的物質(zhì)進(jìn)行分類，此外，還需要對不同類型的紡織品有特殊的了解：僅憑外觀幾乎不可能手工可靠地識別和分離不同類型的纖維和混紡織物。更糟糕的是，這樣的工作場所通常非常不衛(wèi)生，甚至有潛在危險，因為要分類的紡織品中可能含有毒素。因此，從長遠(yuǎn)來看，手工對紡織品進(jìn)行分類的成本極其高昂。

01、歐盟針對紡織廢物的新指導(dǎo)方針

埃斯科·赫拉拉

歐盟于 2018 年通過了新的紡織廢物處理指南，并為其成員國設(shè)定了最后期限：到 2025 年，他們應(yīng)該完全回收所有紡織品。根據(jù)目前的技術(shù)水平，這一雄心勃勃的目標(biāo)只能通過幾種方法實現(xiàn)。Esko Herrala知道，高光譜成像就是其中一種技術(shù)。芬蘭公司 Specim 的聯(lián)合創(chuàng)始人兼高級應(yīng)用專家多年來一直在研究如何經(jīng)濟(jì)安全地分離和回收不同材料的問題。他在為芬蘭議會撰寫的“未來委員會”報告中為這一主題做出了貢獻(xiàn)。該報告的目的是找出芬蘭如何從視覺行業(yè)中受益，以及這項技術(shù)可以在哪些應(yīng)用領(lǐng)域使用。

“我負(fù)責(zé)該報告的循環(huán)經(jīng)濟(jì)部分，展示了光子系統(tǒng)在廢物分類領(lǐng)域的各種可能用途，”Herrala 說道。2019 年，在赫爾辛基議會展示成果時，芬蘭政府將紡織品分類確定為優(yōu)先應(yīng)用領(lǐng)域，并設(shè)定了到 2023 年收集和回收該國所有紡織廢料的目標(biāo)?！胺姨m已經(jīng)是塑料和建筑垃圾分類領(lǐng)域的世界領(lǐng)先國家之一，我們也希望通過創(chuàng)新解決方案利用紡織品回收的巨大經(jīng)濟(jì)潛力，”Specim 聯(lián)合創(chuàng)始人解釋道。

02、高光譜 NIR 系統(tǒng)作為解決方案

從 2019 年底開始，Specim 開始集中精力處理這項任務(wù)，并尋找合適的合作伙伴。對于 NIR 高光譜相機(jī)制造商來說，顯然這項技術(shù)應(yīng)被視為紡織品分類的一種可能解決方案?！笆紫?，您必須知道不同的紡織品具有各自的光譜特性，這些特性可用于對織物進(jìn)行分類?？椢镆从商烊焕w維（如棉花）、動物纖維（如羊毛）或合成纖維（如聚酯）制成?；旌峡椢锿ǔＲ灿刹煌愋偷睦w維制成，”Herrala 解釋說?！安煌牧系幕瘜W(xué)和分子結(jié)構(gòu)不同。因此，這些物質(zhì)對不同波長的電磁波的反應(yīng)方式不同，它們吸收、反射或讓它們穿過的方式也不同?！?

這些特性可用于使用高光譜成像系統(tǒng)根據(jù)反射光對紡織品進(jìn)行光譜分析。波長在近紅外范圍 (NIR) 內(nèi)的特殊相機(jī)與光譜儀相結(jié)合，可以清晰識別被檢查材料的化學(xué)成分，從而為紡織品的自動分類奠定基礎(chǔ)。

Herrala 解釋道：“高光譜 NIR 圖像處理系統(tǒng)與合適的分類算法相結(jié)合，可以區(qū)分不同面料和顏色的物質(zhì)，以及天然纖維、動物纖維和合成纖維。這項技術(shù)甚至可以提供有關(guān)混紡面料中合成纖維和天然纖維比例的定量信息?！?

樣品圖片

預(yù)測數(shù)據(jù)

高光譜技術(shù)可以區(qū)分合成纖維、植物纖維和動物纖維

03、具體要求

Herrala 回憶說，開發(fā)可靠的紡織品分類解決方案對 Specim 提出了特定要求：“在對塑料進(jìn)行分類時，會出現(xiàn)黑色材料大量吸收光線的現(xiàn)象，這使得區(qū)分不同類型的黑色塑料變得更加困難。黑色織物也會出現(xiàn)這個問題。我們能夠通過使用波長在中紅外范圍內(nèi)的其他相機(jī)（MWIR，中波紅外）來解決這個問題，但由于此類相機(jī)的成本較高，因此必須針對具體使用情況檢查所需的成本效益?！?

另一個困難是區(qū)分不同物質(zhì)在潮濕或濕潤時的表現(xiàn)?！拔覀兪褂酶蓾癫牧蟻碛?xùn)練系統(tǒng)，然后用干濕紡織品測試分類算法。這種方法得到了可用的結(jié)果，但我們?nèi)匀粌A向于只對相對干燥的材料進(jìn)行分類?！?

04、解決方案：Specim FX17

Specim 憑借基于 InGaAs 的光譜相機(jī) FX17 為紡織品分類提供了合適的傳感器解決方案。該相機(jī)的工作波長范圍為 900 至 1700 nm，除了少數(shù)合成黑色紡織品（例如黑色聚酯或黑色尼龍）外，完全覆蓋了傳統(tǒng)織物的不同光譜特征。

Specim 擁有基于 InGaAs 的光譜相機(jī) FX17，工作波長范圍為 900 至 1700 nm，為適合對紡織品進(jìn)行分類的傳感器提供了完美的解決方案。

由于特殊的技術(shù)特性，F(xiàn)X17 相機(jī)在記錄速度方面也非常靈活：它為用戶提供了從 224 個波長帶中進(jìn)行選擇和評估的選項，并且僅使用那些由于測試對象的材料特性而對當(dāng)前應(yīng)用特別有意義的波長帶。使用的波長數(shù)量直接影響解決方案的速度：使用的波長越少，評估速度越快。此屬性稱為多感興趣區(qū)域 (MROI)，這意味著使用 FX17 時，在使用所有 224 個波長帶時可以實現(xiàn)每秒 670 線的記錄速度，但是，隨著波長帶的減少，每秒甚至可以達(dá)到數(shù)千線。僅使用 4 個波長帶，記錄速度就可以超過每秒 15,000 線。

FX17 的另一個特點是，通過調(diào)整相機(jī)的空間分級配置和不同的分辨率，可以提高檢測不同類型織物的可靠性，從而實現(xiàn)對相機(jī)測量結(jié)果的統(tǒng)計平均，正如 Herrala 所解釋的那樣：“特別是在紡織品檢測中，經(jīng)常會出現(xiàn)反射或陰影問題，這可能是由于傳送帶上運輸和區(qū)分紡織品時出現(xiàn)的紐扣、鉚釘或污垢造成的。如果您不使用單個測量值的結(jié)果進(jìn)行分類，而是使用檢查區(qū)域的統(tǒng)計平均值，那么您更有可能獲得正確的結(jié)果。FX17 提供了這種可能性?！?

由于 FX17 相機(jī)的其他特殊功能，例如 1000: 1 的優(yōu)異信噪比和高吞吐量，從而減少照亮測試區(qū)域所需的光量或提高分類速度，該相機(jī)已被證明是用于紡織品分類的出色傳感器。

05、自動化紡織品回收

自動化任務(wù)解決方案不僅需要合適的傳感器，還需要一家希望將技術(shù)推向成熟市場的公司。Specim 找到了商業(yè)開發(fā)公司Prizztech Ltd.這樣的合作伙伴。Prizztech 是一家非盈利組織，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào) Robocoast 數(shù)字創(chuàng)新中心，該中心是芬蘭西部機(jī)器人、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、物聯(lián)網(wǎng)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的卓越中心。

“我們的目標(biāo)之一是提高我們地區(qū)的競爭力，另一方面是將由此產(chǎn)生的創(chuàng)新理念和解決方案傳播到國際上，” Essi Vanha-Viitakoski解釋道。

埃西·萬哈·維塔科斯基

她是 Prizztech 的顧問，第一次見到 Esko Herrala 是在未來委員會。“Specim 開發(fā)的高光譜相機(jī)讓我立刻相信它有多種用途。在第一次交談的基礎(chǔ)上，我們隨后針對食品行業(yè)的任務(wù)進(jìn)行了聯(lián)合應(yīng)用測試。之后，我完全相信 Specim 的專業(yè)精神，我們決定聯(lián)手推動紡織品回收自動化系統(tǒng)的開發(fā)?！?

在此次合作之前，Prizztech 和 Robocoast 數(shù)字創(chuàng)新中心都沒有處理過紡織廢料的分類。因此，他們委托了一項關(guān)于這一主題的研究，該研究由歐洲區(qū)域發(fā)展基金 (ERDF) 資助。Vanha-Viitakoski 表示，其中提到的結(jié)果證實了巨大的潛力：“這項研究的一個關(guān)鍵陳述是，目前全球還沒有現(xiàn)成的紡織品分類解決方案，但借助可靠的自動化技術(shù)以經(jīng)濟(jì)的方式解決這項任務(wù)的緊迫性在未來將繼續(xù)增加?！?

這些結(jié)果進(jìn)一步激勵了項目合作伙伴推動合適技術(shù)的開發(fā)。Esko Herrala 表示：“這項工作尚未完成，但我們已經(jīng)知道了大多數(shù)可能的分類問題以及成功的關(guān)鍵，無論是從技術(shù)上還是從經(jīng)濟(jì)上。借助高光譜成像和合適的分類算法，大部分紡織品都可以自動分類?！?

Essi Vanha-Viitakoski 證實：“Specim 高光譜相機(jī)與所有參與者現(xiàn)有的軟件和應(yīng)用專業(yè)知識相結(jié)合，為紡織品分類領(lǐng)域以及整個回收行業(yè)創(chuàng)造了減少環(huán)境污染的新機(jī)會。”“我們非常自豪，芬蘭找到了解決紡織品回收這一全球問題的技術(shù)解決方案?！?