초분광 반사광 영상을 이용한 배추 종자(Brassica campestris L) 비파괴 품질 측정기술 개발

안치국 ( Chi Kook Ahn ),백인석 ( In Suck Baek ),모창연 ( Chang Yeun Mo ),강석원 ( Suk Won Kang ),김문성 ( Moon S. Kim ),조병관 ( Byoung Kwan Cho ) 한국산업식품공학회 2012 산업 식품공학 Vol.16 No.3

Cabbage (Brassica campestris L) is an important crop for Asian countries, and especially so for Korea, Japan and China. In order to achieve uniform and high-yield rates of cabbage product, seed lot quality needs to be controlled. Non-destructive evaluation of seed viability is an important technique for investigating seed quality. Hyperspectral imaging technique, which combines the features of imaging and spectroscopy, has been considered one of the most powerful nondestructive evaluation methods allowing comprehensive analysis of the physical and biochemical characteristics of materials. In this study, the feasibility of hyperspectral reflectance imaging technique was investigated for the evaluation of seed viability. For the investigation of viable and non-viable seeds, some viable seeds were artificially aged. Hyperspectral reflectance technique was used to discriminate aged cabbage seeds from normal seeds. The PLSDA and simple image threshold methods were applied to investigate the feasibility of distinguishing the aged seeds from the normal seeds. The discrimination accuracy was 96.7% for the calibration set and 96.9% for the test set. The resultant images from the PLS-DA method showed high classification performance in distinguishing the nonviable from the viable seeds, which is an impossible task by naked eye and by conventional color cameras. Hyperspectral reflectance imaging has good potential for discriminating nonviable cabbage seeds from massive amounts of viable cabbage seeds.

FT-NIR을 이용한 상추(Lactuca sativa L) 종자의 비파괴 선별 기술에 관한 연구

안치국(Chi-Kook Ahn),조병관(Byoung-Kwan Cho),강점순(Jum-Soon Kang),이강진(Kang-Jin Lee) 충남대학교 농업과학연구소 2012 농업과학연구 Vol.39 No.1

Nondestructive evaluation of seed viability is one of the highly demanding technologies for seed production industry. Conventional seed sorting technologies, such as tetrazolium and standard germination test are destructive, time consuming, and labor intensive methods. Near infrared spectroscopy technique has shown good potential for nondestructive quality measurements for food and agricultural products. In this study, FT-NIR spectroscopy was used to classify normal and artificially aged lettuce seeds. The spectra with the range of 1100~2500 nm were scanned for lettuce seeds and analyzed using the principal component analysis(PCA) method. To classify viable seeds from nonviable seeds, a calibration modeling set was developed with a partial least square(PLS) method. The calibration model developed from PLS resulted in 98% classification accuracy with the Savitzky-Golay 1st derivative preprocessing method. The prediction accuracy for the test data set was 93% with the MSC(Multiplicative Scatter Correction) preprocessing method. The results show that FT-NIR has good potential for discriminating non-viable lettuce seeds from viable ones.

초분광 반사광 영상을 이용한 상추(Lactuca sativa L) 종자의 활력 비파괴측정기술 개발에 관한 연구

안치국(Chi-Kook Ahn),조병관(Byoung-Kwan Cho),모창연(Chang Yeun Mo),Moon S. Kim 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.5

본 연구에서는 초분광 반사광 영상기술을 이용하여 비파괴적으로 상추의 건전종자와 퇴화종자를 선별하는 기술을 개발하고자 하였다. 750~1000nm의 근적외선 초분광 반사광 영상의 분광데이터를 이용하여 상추의 발아종자와 불발아 종자를 판별하는 PLS-DA 모델을 개발하고 개발된 모델의 성능 평가를 실시하였다. 모델 calibration의 판별 정확도는 81.6%였으며, test의 결과는 81.2%의 판별 정확도를 보였다. 또한 개발된 PLS-DA 모델을 적용한 초분광 반사광 영상을 이용하여 대량의 불발아 종자를 동시에 영상으로 검출 가능한 영상처리 알고리즘을 개발하였다. 초분광 반사광 영상에 PLS-DA 모델이 적용된 영상을 이용한 검출 정확도는 91%로 나타났으며, 이는 초분광 반사광 영상을 이용하여 대량의 상추 종자의 비파괴 품질선별에 이용될 수 있음을 보여 주었다. In this study, the feasibility of hyperspectral reflectance imaging technique was investigated for the discrimination of viable and non-viable lettuce seeds. The spectral data of hyperspectral reflectance images with the spectral range between 750 nm and 1000 nm were used to develop PLS-DA model for the classification of viable and non-viable lettuce seeds. The discrimination accuracy of the calibration set was 81.6% and that of the test set was 81.2%. The image analysis method was developed to construct the discriminant images of non-viable seeds with the developed PLS-DA model. The discrimination accuracy obtained from the resultant image were 91%, which showed the feasibility of hyperspectral reflectance imaging technique for the mass discrimination of non-viable lettuce seeds from viable ones.

초분광 반사광 영상을 이용한 무(Raphanus sativus L) 종자의 발아와 불발아 비파괴 판별

안치국 ( Chi Kook Ahn ),모창연 ( Chang Yeun Mo ),강점순 ( Jum Soon Kang ),조병관 ( Byoung Kwan Cho ) 한국농업기계학회 2012 바이오시스템공학 Vol.37 No.6

Purpose: Nondestructive evaluation of seed viability is a highly demanded technique in the seed industry. In this study, hyperspectral imaging system was used for discrimination of viable and non-viable radish seeds. Method: The spectral data with the range from 400 to 1000 nm measured by hyperspectral reflectance imaging system were used. A calibration and a test models were developed by partial least square discrimination analysis (PLS-DA) for classification of viable and non-viable radish seeds. Either each data set of visible (400∼750 nm) and NIR (750∼1000 nm) spectra and the spectra of the combined spectral ranges were used for developing models. Results: The discrimination accuracy of calibration was 84% for visible range and 76.3% for NIR range. The discrimination accuracy of test was 84.2% for visible range and 75.8% for NIR range. The discrimination accuracies of calibration and test with full range were 92.2% and 92.5%, respectively. The resultant images based on the optimal PLS-DA model showed high performance for the discrimination of the nonviable seeds from the viable seeds with the accuracy of 95%. Conclusions: The results showed that hyperspectral reflectance imaging has good potential for discriminating nonviable radish seeds from massive amounts of viable seeds.

스마트 팜 풍향 및 풍속 센서 검정 매뉴얼 개발

안치국 ( Chi-kook Ahn ),한철우 ( Cheol-woo Han ),김은국 ( Eun-kuk Kim ),천근녕 ( Geun Nyung Chun ),임지섭 ( Ji-seob Lim ),김영태 ( Young Tae Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

본 연구는 시설 원예용 스마트 팜에서 활용되는 외부환경 조절에 사용되어지는 ICT 기자재 중 풍향 및 풍속 센서에 대한 성능시험 방법 및 시스템 등 검인증 메뉴얼을 개발하는데 있다. 현재 스마트온실에 사용되는 센서인터페이스에 대한 표준규격(KS X 3266)과 세계기상기구(WMO) 제반 규정을 고려하여 적합한 시험방법 및 평가시스템(기준기 및 환경발생장치)를 구축하였다. 스마트온실에 사용되는 센서 인터페이스에 대한 표준 규격은 측정범위 풍향 (0~360° (방위각)) 및 풍속 (0~40 m/s), 출력신호 전압신호(0~5 V), 전류신호 (4~20mA), 디지털신호RS485, 9600 bpm), 전원전압(5~24VDC) 및 결선 형식에 대해 정의하였으며 세계기상기구에서는 관측센서 표준규격으로 측정방식, 민감도, 온도특성, 비선형, 안정도, 불확도 및 운영환경 등에 대해여 고려하였다. 이에 본 연구에서 개발된 메뉴얼은 위의 범위 이상에서 센서의 정확도를 평가할 수 있도록 시중에 유통되는 센서 보다 분해능 및 정밀도, 데이터수집속도가 고성능인 기준기 (측정범위: 0~360°, 0~60 m/s, 분해능: 0.1° 및 0.01 m/s, 정확도:±0.3 m/s, ± 2° RMSE from 1.0m/s)를 설정하고 시험방법에 적합한 환경발생장치 (기동풍속(1m/s 이하))를 이용하여 기준기와 시험 센서 간에 비교 시험이 가능하도록 설계되었다.

스마트 팜 일사 센서 검정을 위한 기초연구

한철우 ( Cheol-woo Han ),안치국 ( Chi-kook Ahn ),김은국 ( Eun-kuk Kim ),천근녕 ( Geun Nyung Chun ),임지섭 ( Ji-seob Lim ),김영태 ( Young Tae Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

현재 국내에서는 국내 농업인구의 고령화 문제해결을 위한 돌파구로 농업과 ICT기기를 융합하는 스마트농업에 관련한 많은 연구들이 진행되고 있으며 스마트 팜은 가장 주목받는 스마트 농업 모델 중 하나이다. 이에 따라 많은 시설원예용 스마트 팜 센서 및 구동기 등이 개발되고 있으며 최근에는 센서 13종, 구동기 9종 등에 대한 국가표준 또한 신설되었다. 그러나 원예용 스마트 팜 센서 및 구동기에 대한 검정은 현재 진행되지 않아 농업인들이 믿고 신뢰할 만한 검·인증 방법이 없어 스마트 팜 센서 및 구동기의 검정에 관련한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 시설 원예용 스마트 팜에서 활용되는 ICT 기자재 중 일사 센서에 대한 검정을 위하여 스마트온실을 위한 센서 인터페이스 표준(KS X 3266)과 세계기상기구 (WMO) 제반 규정을 고려하여 기준센서 및 환경발생장치를 제작하고 최종적으로 ‘스마트 팜 일사 및 광양제 센서 검정 시스템’을 구축하고자 하였다. 스마트 온실을 위한 센서 인터페이스 표준에서는 일사센서에 대하여 측정범위(0~2,000 W/㎡), 출력신호(전압신호 0~5 V, 또는 전류신호 4~20 mA, 디지털신호 RS485, 9600 bps), 전원전압 (5~24VDC) 및 결선 형식에 대하여 정의하였으며 세계기상기구에서는 관측센서 표준규격으로 측정방식, 민감도, 온도특성, 비선형, 안정도, 불확도 및 운용환경 등에 대하여 고려하였다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 일사센서에 비하여 데이터수집속도와 분해능이 높으면서 표준규격에 맞는 센서인 기준기를 선정하고 일사센서 측정범위의 환경발생 챔버를 제작하고 성능테스트 및 예비시험을 통하여 스마트 팜 일사 센서 검정방법(안)에 대한 기초데이터로 활용할 예정이다.

충격량 측정시스템을 이용한 농산물선별시스템의 압상의 요인에 관한 연구

이현우 ( Hyeon-woo Lee ),안치국 ( Chi-kook Ahn ),김영태 ( Young-tae Kim ),한철우 ( Cheol Woo Han ),모창연 ( Chang-yeun Mo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

농산물의 선별 및 등급판정 과정은 농산물 품질향상과 가격을 결정하는 주요 요인이다. 농산물 선별 기술을 이용한 고품질 농산물 선별 과정은 소비자의 만족도를 높이고 농업인의 소득 증대를 끌어낼 수 있으며 상품의 부가가치를 높일 수 있다. 이와 관련하여 농산물 선별 기술과 관련한 다양한 연구를 수행하고 있으며 그 중 비파괴 선별기술은 농산물을 파괴하지 않고 품질을 평가할 수 있는 기술로 대부분의 선별시설에서 사용되고 있다. 농수산물유통공사의 산지유통 종합평가 결과에 따르면 농산물산지유통센터는 599개로 대부분 비파괴선별시설을 이용하여 선별을 시행하고 있다. 지금까지의 농산물선별기술의 연구ㆍ개발은 당도 및 중량 등 선별 정확도 향상을 위한 연구가 주를 이루고 있었으나 최근 과일의 멍, 표면결함 등 외부요인에 대한 문제점이 대두되고 있다. 특히 과일의 멍은 발생초기에는 육안으로 확인이 불가능하여 판별이 어렵고 유통과정을 거치는 동안 숙성되어 소비자가 구입할 때 발현되어 불만이 야기되고 있다. 농산물선별시스템은 디팔렛타이저 등 투입부터 세척, 선별, 배출, 포장까지 전체 자동화된 시스템이다. 과일을 덤프형태로 투입하여 세척, 선별, 배출단계에서 이송 시 과일간의 충격 및 선별 후 배출 시 낙하에 의한 손상 등 압상이 많이 발생한다. 많은 선별시설이 압상을 줄이기 위해 프리트레이 이송방식이 활용되고 있으나, 선별속도의 한계점을 가지고 있어 캐리어나 컵방식으로 변화하고 있는 추세이다. 그러나, 두 방식의 이송방식은 처리속도는 빠르나 프리트레이에 비해 압상 발생률이 높아 이를 보완하기 위한 연구개발이 필요하다. 본 연구에서는 캐리어 선별시스템의 압상이 발생되는 요소 및 요인을 파악하고 요인별 충격량을 계측하여 선별시스템 개발에 기초자료로 활용하고자 한다. 본 연구는 선별시스템에서 발생되는 압상의 요소 및 충격량 확인을 위해 시스템을 개발하고 실제 대형 농산물선별시스템에 적용되기 전 시험실 조건에서 간이 선별기를 제작하여 실험을 실시하였다. 제작한 선별기는 캐리어타입의 시험용 선별기이며, 대형 선별시스템과 같은 공정으로 구성하였다. 충격량 측정을 위한 시스템은 농산물품질관리원의 농산물 표준규격에 제시한 사과의 크기 중 가장 분포 많은 2L 크기(약400g)의 사과모형에 가속도센서와 Wireless Module로 구성하여 대형 선별기에서도 적용 가능한 무선 계측시스템을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 충격량 계측시스템을 통해 선별 시 발생하는 압상에 대한 기초 연구 자료 및 차후 농산물선별기 성능평가에 활용될 예정이다.

원예용 스마트팜 ICT기자재 개발동향 및 표준화 현황 분석

한철우 ( Cheol Woo Han ),백선욱 ( Baek Sun Wook ),김은국 ( Eun Kuk Kim ),안치국 ( Chi-kook Ahn ),김영태 ( Young-tae Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

국내 농업인구의 고령화 및 여성화가 진행됨에 따라 농업노동인구가 감소하는 것과 동시에 이상기온 등의 문제로 인하여 온실 내 환경조정이 가능하고 노동투입이 적은 스마트 팜의 보급이 가속화되고 있다. 스마트 팜의 보급이 증가하면서 시설원예용 스마트 팜에 활용되는 ICT기자재를 판매하는 업체는 157개가 등록되어 있으며 판매 등록된 시설원예용 장비는 949종이다. (농림수산식품교육문화정보원, ‘19.9) 스마트 팜기술이 보급됨에 따라 농업인이 여가시간및 농가소득 증가 등의 긍정적 효과도 많이 나타나고 있으나 성능과 내구성이 보장되지 않는 ICT기자재의 유통으로 농업인의 안전문제 및 경제적 피해 등이 우려되고 있다. 또한 스마트 팜 ICT기자재를 보급하는 업체가 영세하여 설치 후 도산하는 경우에는 호환성 문제로 인하여 스마트팜 기자재 전체를 바꿔야 하는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 농업기술실용화재단과 한국전자통신연구원에서는 시설원예용 스마트팜에서 활용되는 ICT기자재 중 센서 12종, 구동기 9종에 대하여 표준을 제시하여 호환성 등을 확보하고자 하였다. 그러나, 표준에서는 센서나 구동기에 대한 전기적 연결 규격 및 기계적 연결 규격에 대한 범위를 매우 넓게 지정하고 있어 실제 현장에서 호환성을 확보하기는 어렵다. 따라서 본 연구에서는 시장에서 유통 중에 있는 스마트 팜 ICT기자재에 대한 전기적, 기계적 연결규격 등을 조사하여 대한 ICT기자재의 개발동향을 분석하고 조사된 데이터를 바탕으로 제정되어 있는 단체표준 및 국가표준 등과 비교하여 전기적·기계적 연결 규격에 대한 범위를 축소시키고 나아가 표준에 대한 개정 및 스마트팜 ICT기자재 검정기준 등에 활용하고자 한다.

과일 품질 측정 고도화를 위한 광원과 근적외선 센서 사이 거리에 따른 분광 특성 조사

천승우 ( Seung-woo Chun ),송두진 ( Doo-jin Song ),김민지 ( Min-jee Kim ),안치국 ( Chi-kook Ahn ),김영태 ( Young Tae Kim ),모창연 ( Changyeun Mo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

농산물산지유통센터는 부가가치가 높은 고품질 과일 선별을 위해 비파괴 선별시스템을 이용하고 있다. 비파괴 측정 기술은 선별 과일에 전혀 상처를 남기지 않으면서 무게 등의 외부품질뿐만 아니라 당도 등의 내부품질까지 평가할 수 있는 장점이 있다. 그러나 투과방식에 의한 비파괴 측정 기술은 빛이 투과되는 과정에서 빛이 분산되거나 과실의 크기에 따라 투과되는 빛의 양이 다양하여 선별 과정에서 오차가 발생하여 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 광원과 과일 사이에 따른 광조사 부위의 광 균일성을 조사하고 광원과 근적외선 센서 사이의 거리에 따른 분광 특성을 구명하고자 한다. 본 실험에서는 국내 농산물산지 유통센터의 주요 취급 농산물인 홍로 품종의 사과를 사용하였다. 투과 스펙트럼은 470 ~ 1150 nm 파장 범위에서 측정하였으며 광원으로는 100W 할로겐 광원을 사용하였다. 광원-사과-적외선 센서와의 거리에 따른 분광 특성을 구명하기 위해 광원과 사과의 거리 8수준 (30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 mm), 사과와 센서의 거리 8수준 (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 mm), 광원과 센서는 지면을 기준으로 20, 30, 40, 50, 60 mm 각각 5수준으로 실험을 진행하여 분광 특성을 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 광원의 거리에 따른 광 균일성을 평가하였으며 거리별 분광 특성을 확인하였다. 추후 본 실험의 결과를 기초하여 사과 크기별 최적의 광원과 근적외선 센서 거리를 구명하는 연구를 수행할 예정이다.

농업용무인항공살포기의 입제살포 성능시험을 위한 검정시스템 및 방법 개발

한철우 ( Cheol Woo Han ),백선욱 ( Baek Sun Wook ),박하은 ( Park Ha Eun ),안치국 ( Chi-kook Ahn ),김영태 ( Young-tae Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

최근 국내 농업은 4차 산업혁명으로 ICT기술의 융합이 가장 활발하게 적용되고 있는 분야 중 하나이다. 그 중, 가장 선제적으로 도입된 농업용무인항공살포기는 벼 직파 및 시비, 농약살포 등을 항공살포로 진행하였을 때 벼 재배 노동력의 50%이상 절감 할 수 있을 정도로 활용도가 높다. 항공살포에서 가장 중요한 성능은 대상 경작지에 균등살포의 가능여부를 판단하는 유효작업폭이 농업용무인항공살포기의 성능 척도가 된다. 유효 작업폭이 일정이하로 나타날 경우에는 약제가 비산되거나 경작지의 일부분에 집중 살포되어 작물에 피해를 준다. 이런 피해를 최소화 하고 농업용무인항공살포기의 성능 및 안전성을 확인하기 위하여 항공방제 성능에 큰 영향을 미치는 요소는 살포패턴과 유효작업폭으로 드론의 구성요소 중 살포방법, 위치, 하향풍, 로터의 위치 등 다양한 인자로 결정되어 진다. 그러나, 기존 유효작업폭 측정방식은 개방된 공간에서 진행함으로서 비행속도, 고도, 풍속 및 풍향 등에 대한 영향을 받아서 시험재현성 등에 대한 문제점이 지속적으로 제시되어 왔다. 본 연구에서는 입제살포 시의 시험재연성 및 다양한 외부환경에서의 시험을 위하여 비행속도(0~5m/s), 비행고도(2~3m), 측정범위 8m, 비행경로 등을 고정하여 농업용무인항공살포기의 유효작업폭을 정확하게 측정할 수 있도록 하였다. 또한, 이러한 연구결과를 바탕으로 하여 농업용무인항공살포기 검정 등의 시험방법을 개선하고 농업인들에게 우수한 제품이 보급될 수 있도록 하고자 한다.