Non-contact, low-cost, camera-based turbidity sensing: the future of water quality measurements for IoT
Détection de turbidité sans contact, à faible coût et basée sur une caméra : l'avenir des mesures de la qualité de l'eau pour l'IoT
Résumé
The call for real time data in storm water systems requires development of low-cost sensors which can be
deployed at scale. Current low-cost solutions for turbidity monitoring utilise in-water technologies. A noncontact, out of water image-based turbidity sensor would provide reduced costs in deployment and
maintenance, while also offering improved reliability. In the journey to develop such a low-cost out-of-water
turbidity sensor, reliable algorithm methods of estimating the turbidity from image data are needed. Here, three
such methods are proposed and evaluated in a lab experiment to determine their suitability towards sensor
application. It is found that a method which relies on the contrast between a black and white reference
background performs accurately across a range of 1 to beyond 200 NTU and is also robust against the turbulence
of the water surface. Additionally, the method is undemanding of computational resources which will enable it
to be easily implemented on a low power microcontroller to be used in a future low-cost turbidity sensor design.
La demande de données en temps réel dans les systèmes d'eaux pluviales nécessite le développement de
capteurs à faible coût pouvant être déployés à grande échelle. Les solutions actuelles à faible coût pour la
surveillance de la turbidité utilisent des technologies dans l'eau. Un capteur de turbidité basé sur l'image sans
contact et hors de l'eau permettrait de réduire les coûts de déploiement et de maintenance, tout en offrant une
fiabilité améliorée. Dans le cadre du développement d'un tel capteur de turbidité hors de l'eau à faible coût, des
méthodes algorithmiques fiables d'estimation de la turbidité à partir de données d'image sont nécessaires. Ici,
trois de ces méthodes sont proposées et évaluées dans une expérience de laboratoire pour déterminer leur
adéquation à l'application des capteurs. Il s'avère qu'une méthode qui repose sur le contraste entre un fond de
référence noir et blanc fonctionne avec précision sur une plage de 1 à au-delà de 200 NTU et est également
robuste contre la turbulence de la surface de l'eau. De plus, le procédé est peu exigeant en ressources de calcul,
ce qui lui permettra d'être facilement mis en œuvre sur un microcontrôleur à faible puissance à utiliser dans une
future conception de capteur de turbidité à faible coût.
Domaines
Sciences de l'environnement
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