一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置及方法

本发明涉及垃圾分类，特别涉及一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置及方法。

背景技术：

1、依靠人工辨识对回收垃圾进行分类，是当下大多数地区处理垃圾的主要手段，不仅耗时耗力，而且受限于分拣工人的主观判断，很难做到垃圾分类的准确性，而运用科技手段代替人工进行分类，是当下国内外垃圾分类的主流研究方向，而现有的对可回收垃圾的检测分类方法大多是基于红外扫描、磁吸、浮选等方式利用不同材料的能量吸收、磁性、密度等特性对垃圾进行分类，提高了部分材料的垃圾分类效率，然而仍然存在检测所需时间长、分类准确度不高、且面对多种垃圾混合时无法快速分类等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置及方法，考虑到不同材料的垃圾由于其主要组成分子的差异，对不同波长的光有不同的吸收特性，可以通过获取材料的近红外光谱信息，建立识别分类模型对其进行对比分析，实现对垃圾的识别分类。

2、因此，本发明提供一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置及方法，其采用的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置，所述装置包括暗盒，所述暗盒的一端开设有一道狭缝，所述暗盒的另一端设置有小孔，所述暗盒内对应所述狭缝以不同角度固定有衍射光栅和摄像头，所述摄像头通过导线连接处理终端，所述处理终端设置在所述暗盒的外部，所述导线通过所述小孔穿出与所述处理终端连接，待测光通过所述狭缝进入所述暗盒后，穿过所述衍射光栅后，一级衍射光被所述摄像头采集后馈送至所述处理终端进行分析。

4、进一步地，所述暗盒为长方体暗盒。

5、进一步地，所述暗盒的长宽高为15cm×7cm×7cm，所述狭缝宽度设为1mm。

6、进一步地，所述衍射光栅的光栅常数为d＝1/1000mm，固定光栅的斜面角度为45°，则入射角i＝45°，取波长λ＝800nm，由衍射方程

7、d(sinθ+sini)＝kλ

8、确定一级衍射角i＝5.33°，根据一级衍射角确定摄像头的固定斜面角度小于光栅斜面。

9、本发明的第二方面，提供一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类方法，基于如上所述的装置，所述方法包括：

10、根据所述摄像头采集的若干第一光谱信息，对所述若干第一光谱信息进行预处理得到光谱数据集；

11、基于所述光谱数据集建立样本模型，所述样本模型包括多个光谱以及各光谱对应的类别；

12、通过所述摄像头采集第二光谱信息，对所述第二光谱信息进行预处理得到待测样本；

13、基于所述样本模型，将待测样本的光谱与样本模型的光谱进行匹配，确定待测样本的类别。

14、进一步地，对所述若干第一光谱信息进行预处理的方法包括数据增强变换、平滑算法、导数算法、光散射校正、傅里叶变换、小波变换和正交信号校正中的一种。

15、进一步地，对所述第二光谱信息进行预处理的方法包括数据增强变换、平滑算法、导数算法、光散射校正、傅里叶变换、小波变换和正交信号校正中的一种。

16、本发明的有益效果是：

17、1.分析速度快。由于光谱的测量过程较快，通过建立的识别模型可以迅速得到材料的相关信息，完成分类。

18、2.分类效率高。相较于原有技术每一道程序中只能分离特定材料性质的垃圾，通过建立完备的识别模型，可以同时对多种垃圾进行分类。

19、3.分析成本低。近红外光谱分析需求较低，除了供电需求几乎无其他消耗，与常规的检测手段相比，可大幅降低检测成本。

20、4.检测稳定性好。由于光谱测量的稳定性，检测结果不易受外部因素影响，分类准确。

21、5.检测方便，普及前景好。检测材料一般不需要进行预处理，由于近红外光较强的穿透能力，可以直接对固体、液体、胶状等多种物态的材料进行检测识别。

技术特征：

1.一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置，其特征在于，所述装置包括暗盒，所述暗盒的一端开设有一道狭缝，所述暗盒的另一端设置有小孔，所述暗盒内对应所述狭缝以不同角度固定有衍射光栅和摄像头，所述摄像头通过导线连接处理终端，所述处理终端设置在所述暗盒的外部，所述导线通过所述小孔穿出与所述处理终端连接，待测光通过所述狭缝进入所述暗盒后，穿过所述衍射光栅后，一级衍射光被所述摄像头采集后馈送至所述处理终端进行分析。

2.如权利要求1所述的基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置，其特征在于，所述暗盒为长方体暗盒。

3.如权利要求2所述的基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置，其特征在于，所述暗盒的长宽高为15cm×7cm×7cm，所述狭缝宽度设为1mm。

4.如权利要求3所述的基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置，其特征在于，所述衍射光栅的光栅常数为d＝1/1000mm，固定光栅的斜面角度为45°，则入射角i＝45°，取波长λ＝800nm，由衍射方程

5.一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类方法，其特征在于，基于如权利要求1至4中任一项所述的装置，所述方法包括：

6.如权利要求5所述的基于近红外光谱设计的生活垃圾分类方法，其特征在于，对所述若干第一光谱信息进行预处理的方法包括数据增强变换、平滑算法、导数算法、光散射校正、傅里叶变换、小波变换和正交信号校正中的一种。

7.如权利要求5所述的基于近红外光谱设计的生活垃圾分类方法，其特征在于，对所述第二光谱信息进行预处理的方法包括数据增强变换、平滑算法、导数算法、光散射校正、傅里叶变换、小波变换和正交信号校正中的一种。

技术总结
本发明公开一种基于近红外光谱设计的生活垃圾分类装置及方法，该装置包括暗盒，所述暗盒的一端开设有一道狭缝，所述暗盒的另一端设置有小孔，所述暗盒内对应所述狭缝以不同角度固定有衍射光栅和摄像头，所述摄像头通过导线连接处理终端，所述处理终端设置在所述暗盒的外部，所述导线通过所述小孔穿出与所述处理终端连接，待测光通过所述狭缝进入所述暗盒后，穿过所述衍射光栅后，一级衍射光被所述摄像头采集后馈送至所述处理终端进行分析。考虑到不同材料的垃圾由于其主要组成分子的差异，对不同波长的光有不同的吸收特性，可以通过获取材料的近红外光谱信息，建立识别分类模型对其进行对比分析，实现对垃圾的识别分类。

技术研发人员：姚淞瀚,倪润峰
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15