光譜成像技術創新應用快訊（SpectrAPP）—木材無損檢測

  開展木材無損檢測是提高木材利用率、優化木材資源的重要手段。高光譜成像技術作為一種先進的無損檢測技術，能同時獲取目標的光譜與圖像信息，可以同步反映木材及其制品的外部特征、表面缺陷、物理力學性質、化學性質及解剖學性質等，對于充分合理利用木材并推動木工企業自動化加速發展等方面具有重要意義。

一、高光譜成像技術用于幼齡材與成熟材的界定

  由于木材中幼齡材與成熟材的結構特性不同，二者的比例是決定木材的合理利用方式的重要指標之一。來自西班牙的林業研究人員Antonio R.等使用Specim NIR高光譜成像對一歐洲赤松樣品的橫截面進行了900-1700nm高光譜成像掃描分析，并結合微X射線密度測定法(μXRD )進行驗證。

  研究表明，高光譜成像可以高效的識別樹木橫截面上的幼齡材、成熟材及它們的轉變點。對壓縮木材的光譜數據做主成分分析（PCA）可以提供木材成分和分布位置信息，而偏小二乘法判別分析（PLS-DA）可以分別區分早材和晚材中的幼齡材和成熟材的轉變點。下圖1中藍色代表幼齡的早材，綠色代表成熟的早材，箭頭所指處為區分二者的轉變點，黃色部分為晚材。圖2中藍色代表幼齡的晚材，綠色代表成熟的晚材，箭頭所指處為兩者的轉變點，黃色部分為早材。
 
Ruano A , Zitek A , Hinterstoisser B , et al. NIR hyperspectral imaging (NIR-HI) and μXRD for determination of the transition between juvenile and mature wood of Pinus sylvestris L.[J]. Holzforschung, 2019(7):621-627.

二、高光譜成像技術用于分析不同干燥方式和熱改性工藝處理的木材

  在木材的工業化處理中，不同的加工方式會改變木材的成分與結構特性，進而影響其使用壽命，但加工過程中所帶來的改變卻由于內部復雜的反應很難量化。瑞典呂勒奧理工學院的研究人員Olena M.等使用Specim SWIR（900-2500nm）掃描了一批歐洲赤松樣品，并對它們進行了多源探索性分析。

  研究發現，高光譜成像技術可以有效區分（1）ThermoD和WTT兩種不同熱改性工藝處理的樣品；（2）直鋸切面和刨面樣品；（3）熱改性處理和自然風干、烘干樣品（自然風干和烘干樣品之間無法區分）。同時作者還指出，若能將其與易于操作的軟件結合，將在木材加工行業有著有巨大的應用潛力。
 

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