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초분광 영상 시스템을 이용한 수박종자(Capsicum annuum L)의 오이 녹반 모자이크 바이러스(CGMMV) 감염의 비파괴 판별 시스템 개발
배형진 ( Hyung-jin Bae ),산토스로후미 ( Santosh Lohumi ),라릿칸트발 ( Lalit Mohan Kandpal ),박찬환 ( Chanhwan Park ),임현섭 ( Hyoun-sub Lim ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
종자산업은 농작물 생산에 중요한 역할을 끼치는 좌우하는 요소 중에 하나로, 우량종자의 확보는 농작물 수급에 중요한 역할을 하는 농업부문의 원천산업이다. 오이 녹반 모자이크 바이러스(CGMMV)는 박과류에 가장 많은 피해를 끼치는 바이러스로 종자전염을 방지하고, 우량종자의 공급을 위해서는 감염종자와 비 감염종자의 판별은 필수적이다. 이에 본 연구에서는 초분광 영상 시스템을 이용하여 수박종자의 CGMMV의 감염 및 비 감염종자를 판별할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 바이러스 감염 종자는 CGMMV 바이러스 감염 수박종자를 사용하였으며, 생산된 종자를 초분광 영상 시스템을 통해 스크린 후, RNA를 추출하여 PCR분석법으로 바이러스의 감염유무를 확인하였으며, 이후 바이러스의 감염유무와 획득된 스펙트럼을 비교·분석하여 판별모델을 개발하고 이를 선별 시스템에 적용하였다. 모델개발에 사용된 초분광 영상 기술은 초분광 SWIR(Shortwave infraed : 1000-2500nm)영상 기술이다. 획득된 초분광 SWIR 영상을 분석한 결과 바이러스 감염 종자가 유의미한 정확도로 판별이 되는 것으로 나타났다. 초분광 SWIR 영상기술이 바이러스 감염종자와 비감염종자를 비파괴적으로 선별하는데 효과적으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.
콩 수확량 모니터링을 위한 초분광 영상 및 식생지수 비교
장성혁 ( Sung-hyuk Jang ),배형진 ( Hyung-jin Bae ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
최근 국내 농산물의 생산비가 증가하고 있는 요인 중에는, 농자재 가격 상승과 함께 농촌 인구 감소 및 고령화로 인한 인건비 상승이 큰 역할을 하고 있다. 이에 따라, 데이터를 기반으로 농자재를 효율적으로 투입하고 관리하는 방법이 대안으로 대두되고 있으며, 특히 드론 기술을 이용한 원격탐사 작물 모니터링 방법은 많은 인력을 필요로 하지 않고 대규모 면적의 측정이 가능하여, 농작물 생산성 향상을 위한 중요한 도구로 인식되고 있다. 이러한 드론 기술과 함께, 최근에는 다분광 및 초분광 카메라를 이용하여 보다 정밀한 측정을 위한 연구들이 수행되고 있다. 특히 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), PRI(Photochemical Reflectance Index), WI(Water Index) 등과 같은 기존에 알려진 식생지수를 활용하여 농자재 투입량을 결정하고 수확량을 예측하기 위한 연구들이 활발하게 수행되었다. 그러나 식생지수를 이용한 농작물 모니터링은 특정한 파장들을 이용하므로 계산 부하가 작고 신속한 경향 파악이 쉽다는 장점이 있으나, 작물의 상태를 정밀하게 반영하지 않아 그 정확성에 한계가 있다는 단점이 있다. 이러한 한계를 개선하기 위해 초분광 영상 측정 방식은 그 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다. 초분광 영상은 넓은 영역대의 연속적인 광파장의 활용으로 작물생육에 대한 측정 및 예측 정확도를 개선할 수 있어 양분, 수분, 수확량 등 다양한 모니터링에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 콩 작물 모니터링을 위한 기초연구로써 시기별 촬영된 초분광 영상과 식생지수를 사용하여 콩의 수확량을 예측하고 결과를 비교하였다
다분광 영상을 활용한 온주밀감의 비생물적 스트레스 모니터링용 무인 원격탐사 기술 개발
배지훈(Ji Hoon Bae),배형진(Hyung Jin Bae),김건우(Geonwoo Kim),박은수(Eunsoo Park),조병관(Byoung-Kwan Cho) 한국비파괴검사학회 2020 한국비파괴검사학회지 Vol.40 No.4
국내 감귤 작물 재배지의 온도 및 영양분 스트레스 진단은 전량 인력에 의존하고 있어 많은 노동력 및 시간 소모로 전 재배 지역에 대한 모니터링은 매우 어려운 실정이다. 이를 극복하기 위한 수단으로서 초분광 및 다분광(Hyper and multispectral) 영상 기술이 결합된 저고도 무인항공기 (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) 원격 탐사가 최근 농업분야에서 많은 주목을 받고 있다. 초분광 및 다분광을 활용한 영상 기술은 목표대상의 물리·화학적 특성 측정에 높은 신뢰도를 갖고 있을 뿐만 아니라 고해상도 정밀 관측이 가능하기 때문이다. 특히, 초분광 영상에 비해 적은 수의 파장을 이용하는 다분광 영상은 초분광 영상에 비해 빠른 분석속도와 저렴한 비용으로 현장 활용도가 높다. 따라서, 본 연구에서는 온주밀감 나무에 대한 비생물적(Abiotic) 스트레스 모니터링을 위해 다분광UAV 원격 탐사 시스템이 구축되었다. 영상분석을 위해 수분과 질소 스트레스에 노출된 작물에 대한 가시 및 근적외선(Visible/Near Infrared, Vis/NIR) 영역의 다분광 영상정보 획득 후 스트레스에 노출되지 않은 밀감나무의 분광영상과의 다변량 통계분석이 수행되었다. 결론적으로, 개발된 다분광UAV 원격 탐사 시스템을 이용하여 다양한 스트레스 환경에 노출된 감귤나무를 진단할 수 있었다. 향후 다양한 작물의 초·다분광 원격 탐사를 위한 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In South Korea, because the stress monitoring of the temperature and nutrition conditions of citrus trees is performed by human workers, it is very difficult to monitor the entire farmland. The unmanned aerial vehicle (UAV) remote-sensing technology integrated with hyperspectral and multispectral imaging techniques has recently drawn significant attention as an effective substitute for the conventional method because of its reliable performance for measuring the physical and chemical properties of biological materials at rapid-detection speed and high resolution. Therefore, in this study, a remote-sensing system using a UAV equipped with a multispectral imager was developed to monitor the abiotic stress of Citrus unshiu. Multispectral images of citrus trees exposed to water and nitrogen stress within visible and near-infrared (Vis/NIR) ranges were captured and compared with those of normal citrus trees through partial least squares-discriminant analysis. The results indicated that the newly developed UAV system has the potential for rapid and nondestructive monitoring of abiotic stress in citrus trees. We believe that the outcome can be applied to the stress monitoring of various agricultural crops.
장성혁 ( Sung-hyuk Jang ),배형진 ( Hyung-jin Bae ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
마늘은 국내 4대 채소(고추, 마늘, 배추, 무) 중 하나로써 국민 1인당 7~9 kg/year 소비하며 식용 뿐만 아니라 가공식품, 약품 등 기능성 식품으로서의 수요가 증대되고 있다. 재배기술의 발달과 품종 개량을 통해 마늘의 단위 면적당 생산량은 증가하고 있으나, 노동력 부족, 고령화, 연작장해 등의 이유로 재배면적은 계속해서 감소하고 있다. 이러한 문제에 대한 대안으로, 적은 인력으로도 대규모 모니터링이 가능한 드론 영상 기술이 농업 분야에서 많은 관심이 높아지고 있으며, 특히 초분광 카메라를 이용해 작물의 생육을 정밀하게 모니터링 파악하려는 연구들이 수행되고 있다. 본 연구는 400~1000 nm 범위의 드론 초분광 영상을 이용하여 마늘의 시비량을 모니터링하기 위해 수행되었다. 초분광 영상은 고흥군 농업기술센터 마늘 시험 포장 내에서 2023년 3월 3일, 4월 7일, 5월 1일, 5월 15일에 걸쳐 측정하였으며, 시비처리는 무처리, 정량, 배량 세 단계로 처리되었다. 분류를 위해 PLS-DA 방법을 사용하였으며, 비교를 위해 식생지수 영상을 사용하였다. 분류 결과, 식생지수 영상에서는 모든 시기에서 시비 처리에 따른 경향성을 확인할 수 없었으나, PLS-DA를 사용한 초분광 영상에서는 3월 3일을 제외한 나머지 시기에서 시비 처리별 분류가 가능하였다. 이러한 결과는 초분광 영상 기술이 마늘 시비량 모니터링에 있어 사용될 수 있을 것으로 보여지며, 나아가 농자재 투입량 및 수확량 모니터링을 포함한 다양한 생육 정보 모니터링에도 잠재적인 활용성이 있을 것으로 예상된다.