黃冠霖、王志中、李佳翰 / 國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系；
陳詩雯 / 國立臺北科技大學自動化科技研究所；黃振康 / 國立臺灣大學生物機電工程學系
本研究利用建立的用過燃料池縮尺實驗平台開發出針對水下熱湍流環境的影像還原技術，並透過整合CFD模擬與實驗驗證，溫度場預測誤差控制在1%~8.6%的範圍，為影像處理提供可靠的物理基礎。實驗結果顯示，水下熱湍流造成的折射率不均勻分布（結構常數較大氣環境強上萬倍）是影像失真的主要原因。我們提出的多幀配準、SGL頻域穩定化與NSST多尺度融合完整流程，可有效消除幾何扭曲、抑制時域抖動並恢復邊緣細節，顯著提升水下燃料棒字體識別準確度，為核電廠用過燃料池的遠程監測技術奠定基礎。未來研究可朝五個方向發展：①擴展至更高雷諾數與複雜幾何的極端湍流場景；②結合深度學習技術（GAN、擴散模型）提升重建品質並降低計算成本；③開發即時處理架構實現毫秒級線上去模糊化；④整合多光譜與偏振成像克服水下散射吸收效應；⑤推廣至海洋工程、水下考古與深海探測等領域。
【內文精選】
用過燃料池檢測與實驗架構
2. 溫度場實驗數據與模擬之關係
透過結合實驗量測與CFD模擬(Solidworks Fluent)的用過燃料池(SFP)熱工水力縮尺驗證平台，以提供驗證溫度流場對熱湍流影像提取分析之影響。實驗系統採用玻璃水槽模擬SFP池體，內置電加熱元件作為等效燃料熱源，並於槽內策略性布置六支溫度感測器以捕捉不同區域的熱工行為。其中感測器1、2、3、6位於遠離熱源之背景區域，用以監測整體溫度場演變；感測器4、5分別位於熱源上下游，以解析熱湍流結構與局部高溫核心特性，整體感測器架構如圖五。對應的CFD模型依相同幾何尺寸與邊界條件建立，採用穩態求解獲得溫度場分布，計算結果如圖六，並於與實驗相同的六個位置進行取樣，形成可直接比對的溫度分布數據，再進一步與實驗時間序列曲線比較，以作為模型驗證依據。
圖五、感溫器1~6在模擬SFP池體之分布
圖六、模擬溫度分布圖結果
湍流影像還原系統
1. 湍流成因、環境差異與多幀配準系統說明
湍流造成的圖像模糊是遠距離成像的主要難題，當光線穿過溫度和密度不均勻的介質時，折射率會隨機變化，導致圖像產生扭曲、閃爍和模糊。這種現象在大氣和水下環境都很常見，但兩者的物理特性大不相同，大氣環境中，空氣折射率nair ≈ 1.0003（接近真空），主要受溫度T和氣壓P影響，公式為nair = 1 + 77.6 × 10-6 P/T，大氣湍流的特點是變化極快（毫秒級），但強度較弱（折射率變化Δn ≈ 10-5），主要由熱對流和風切變驅動，造成的效果以幾何扭曲和閃爍為主。水下環境則完全不同，水的折射率nwater ≈ 1.334，比空氣大1,000多倍，主要受溫度T、鹽度S和水深影響。簡化公式為：nwater = 1.3394 – 1.0 × 10-4ΔT + 1.8 ×10-4ΔS。值得注意的是，溫度升高時水的折射率會降低（負相關），這與空氣相反。水下湍流變化較慢（秒至分鐘級），但強度大得多---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》471期，更多資料請見下方附檔。