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高光谱成像的垃圾分类识别研究

访问量:1238 发布时间:2023-04-26

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  本研究应用了400-1000nm的高光谱相机,可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS13进行相关研究。光谱范围在400-1000nm,波长分辨率优于2.5nm,可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS,波段选择后最高3300Hz(支持多区域波段选择)。

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  高光谱成像因光谱分辨率高、图谱合一、可实现快速无损检测等特点现已广泛应用于农业、医学、遥感等领域。现有的对可回收生活垃圾检测与分类的方法,都存在检测时间长,分类效率低,而大量多种垃圾无法同时快速分拣等问题。考虑到不同类别的生活垃圾由于其主要组成分子结构的差异,对不同波长的光有不同的吸收特性。高光谱图像在记录待分类垃圾的空间信息的同时,可以获得垃圾对不同波长的光的反射率光谱信息,通过建立识别分类模型对反射率光谱信息进行分析可以实现对高光谱图像中待分类垃圾的识别与分类。

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  收集常见纸质、塑料、木质三种材料的可回收的垃圾样本,包括塑料瓶、食品包装袋、塑料玩具(饰品)碎片、一次性筷子、雪糕棒、木制家具碎片、木制包装盒、废旧课本、广告纸、办公用纸等多种物品共30个样本,进行清洗和裁剪处理,避免样本表面污渍对样本反射率产生影响。利用高光谱成像系统采集样本在近红外(780~1000 nm)范围内的高光谱图像,其中18个样本做训练样本集,12个样本做测试样本集。

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  采集了常见的可回收的生活垃圾,如废旧课本、办公室用纸、塑料瓶、塑料包装袋、废旧木制家具、一次性筷子等多个纸质、塑料、木质的垃圾样本,通过建立识别分类模型,在近红外(780.41~1001.09 nm)波段提取样本的特征波段,并利用SAM光谱匹配算法和Fisher判别分析算法对测试样本ROI区域内测试点分类,分类准确度均达到99%以上。


  结果表明,利用高光谱成像在实验室环境下,可以将部分常见的可回收垃圾进行识别分类,对未来改进和创新垃圾分类技术提供了依据。

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