實驗室濁度檢測系統測試

在浸入式濁度檢測中，我們以兩個小型儲水槽(共 150 公升)模擬水流 動情形，進行水濁度檢測試驗，從清水依序加入 60g、120g 及 240g 的泥 沙後等待 15 分鐘(讓泥沙均勻分布)，模擬含沙量不同情況時，光傳輸路 徑的電流量(散射功率)變化情形，進而推算其混濁程度，檢測方法及數據 如圖 4-1 及表 4-1。圖 4-1(a)與(b)，為不同濁度、可見光雷射下浸入式散 射能量的偵測由左至右，依序從清晰加入 60g、120g、240g 泥沙及紅光、

綠光的測試結果。

(a)

(b)

圖 4-1：在不同濁度、可見光雷射下浸入式散射能量的偵測：由左至右，依序從清晰 加入 60g、120g、240g 泥沙及紅光(a)、綠光(b)的測試結果。

由表 4-1 可得知，光功率與原水混濁度呈反比關係，亦即光功率愈大 則原水越趨於清晰。換言之，可以透過光功率大小及泥沙含量的數值對 照表，推算實地檢測時的原水濁度。從量測的數據可獲得在同樣混濁的 水質中，紅光比綠光有更好得穿透與散射能力，因此用單一光源做檢測 即可。

表 4-1：浸入式散射能量偵測對應表 加入水中的泥沙量 0 g

(<0NTU)

60g (約 320NTU)

120g (約 640NTU)

240g (約 1280NTU) 650nm(紅光雷射) 1.288mA 1.122mA 0.931mA 0.568mA 532nm(綠光雷射) 0.843mA 0.709mA 0.547mA 0.213mA

在遙測型濁度檢測中，我們以捲筒模擬天長壩口束井，且垂直於循環 儲水槽水面下 3~5 公分，然後將雷射光由捲筒內照入水面，以相機錄影 模式紀錄，其依序加入 60g、120g 及 240g 的泥沙後等待 15 分鐘(讓泥沙 均勻分布)，模擬含沙量不同情況時，從水面場型的擴散漸層變化，接著 各別從錄製影片中擷取 60 張連續影像，經影像前處理後，取出臨界值為 0.8 的影像並計算其最大面積，來代表此樣本的濁度界定值，檢測分析及 數據如圖 4-2、圖 4-3 及表 4-2。其中，圖 4-2 為不同濁度的原始片段連續 影像與模擬實地的取樣方式，由上而下為(a)輕微混濁、(b)中度混濁、(c) 嚴重混濁；圖 4-3 為不同混濁程度影像下，進行 60 張連續影像處理、過 濾後符合判斷條件的白色區域面積樣本，由上而下為(a)輕微混濁、(b)中 度混濁、(c)嚴重混濁，圖中數字表示為樣本序號。由圖 4-3(b)中的第 23 張影像，可發現因雜訊造成的誤取樣，而在演算法最後刪除樣本平均值 以上的樣本來做過濾的目的為此，所以在最後濁度界定值的計算裡，將 不會把此樣本列入面積平均值的計算。

(a)

(b)

(c)

圗 4-2：為不同濁度的原始片段連續影像與模擬實地環境的取樣方式，由上而下為(a) 輕微混濁、(b)中度混濁、(c)嚴重混濁，然而紅色圈區域為管壁內反射現象，所造成 色飽和度極高的干擾影像，紅色箭頭則表示水波造成的反射干擾。

由上圖可發現，紅色圈區域為管壁內反射現象，所造成色飽和度極高 的干擾影像，而在此影像前處理中，我們將影像切割只保留水面影像，

藉此避免不必要的干擾。然而，由於類似此現象的干擾，亦容易發生於 流速較快的水面，所以在取樣條件上，我們採取多張影像進行特徵亮點 的分析，並選取影像中唯有單一飽和度極高特徵之影像進行統計。其中，

圖 4-2(b)與 4-3(b)紅色箭頭所表示，即為水波造成的反射干擾。然而，在 此造成的取樣上的誤判，將於演算法最後剔除均值以上樣本時被濾除。

(a)

(b)

(c)

圖 4-3 :為不同混濁程度影像下，進行 60 張連續影像處理、過濾後符合判斷條件的

如表 4-2 所示，由此表中，可以發現其 30 張連續影像(解析度 640*480) 表。經此實驗驗證，於 640*480 解析度量測的濁度界定值(35 pixel)經由 較高解析度的比例換算後，可得到實際換算之誤差比為 13%，而在此誤

散射能量對應於我們定義濁度分級裡屬中度混濁，且經濁度分級的比值

640*480 (類單眼相機)

浸入式散射能量 (量測值)

720*480 (低照度 CCD)

浸入式散射能量 (校正值) 60g(輕度混濁) 1169 pixel 1.122mA 1315 pixel

120g(中度混濁) 3755 pixel 0.931mA 4225 pixel

120g~240g(中度混濁接近嚴重混濁) 5302 pixel 0.77mA 240g(嚴重混濁) 5160 pixel 0.568mA 5805 pixel