한우의 3차원 영상에서 결정된 몸통 체적을 이용한 체중 추정

장동화,김철수,김용현,Jang, Dong Hwa,Kim, Chulsoo,Kim, Yong Hyeon 한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.4

가축의 체중은 사료 요구량과 영양 상태를 평가하는 데 필요한 주요 지표에 해당한다. 본 연구는 한우의 3-D 영상으로부터 몸통 체적을 산출한 후 체중을 추정하고자 시도되었다. 한우의 3-D 영상 획득에 640×480 픽셀의 해상도, 44fps의 프레임속도 및 47°(H)×37°(V)의 화각을 갖는 TOF 카메라가 사용되었다. 획득된 3-D 영상에서 배경과 몸통 분리, 이상치 제거 등의 전처리 과정을 거쳐서 몸통에 대한 격자 영상을 얻었다. 또한 각각의 격자에 깊이 정보를 적용한 수치적분으로 몸통 체적을 결정하였다. Calibration dataset에서 체중과 몸통체적의 선형회귀에 대한 결정계수는 0.8725로 나타났다. 한편 몸통 체적에 월령을 설명 변수로 추가한 체중 추정의 중회귀 모형에서 결정계수는 0.9083으로 나타났다. Validation dataset에서 중회귀 모형을 이용한 체중 추정의 MAPE와 RMSE는 각각 8.2%, 24.5kg으로 나타났다. 결과적으로 체중 추정을 위한 회귀 모형의 성능이 개선되고, 체중 추정에 소요되는 노력이 절감됨을 고려한다면 3-D 영상에서 결정된 몸통 체적이 한우의 체중 추정에 유효한 변수로 사용될 것이다. Body weight of livestock is a crucial indicator for assessing feed requirements and nutritional status. This study was performed to estimate the body weight of Korean cattle (Hanwoo) using body volume determined from three-dimensional (3-D) image. A TOF camera with a resolution of 640×480 pixels, a frame rate of 44 fps and a field of view of 47°(H)×37°(V) was used to capture the 3-D images for Hanwoo. A grid image of the body was obtained through preprocessing such as separating the body from background and removing outliers from the obtained 3-D image. The body volume was determined by numerical integration using depth information to individual grid. The coefficient of determination for a linear regression model of body weight and body volume for calibration dataset was 0.8725. On the other hand, the coefficient of determination was 0.9083 in a multiple regression model for estimating body weight, in which the age of Hanwoo was added to the body volume as an explanatory variable. Mean absolute percentage error and root mean square error in the multiple regression model to estimate the body weight for validation dataset were 8.2% and 24.5kg, respectively. The performance of the regression model for weight estimation was improved and the effort required for estimating body weight could be reduced as the body volume of Hanwoo was used. From these results obtained, it was concluded that the body volume determined from 3-D of Hanwoo could be used as an effective variable for estimating body weight.

서부 경남지역의 도살축우에 대한 주혈기생충의 역학적 조사

장동화,서명득,Jang, Dong-hwa,Suh, Myung-deuk 대한수의학회 1990 大韓獸醫學會誌 Vol.30 No.4

This survey was conducted to observe the prevalence of blood parasites in slaughtered cattle included Korean native cattle, Charolias, Hereford, Aberdeenangus and Holstein breeds in the Western area of Kyeongnam. The results obtained are summarized as follows: 1. The prevalence of T sergenti was shown 71.8% as 395 heads of a total of 550 heads examined and from Jaunary to November the monthly prevalence of T sergenti was shown the range of 61.1% to 84% except 38.5% in December. The other blood parasites included Babesia and Anaplasma were not detected from the blood samples except Setaria spp microfilariae. 2. The distribution of parasitaemia levels of T sergenti in positive cattle was shown 93.9% in the range of 1~10/1000 rbc, 4.1% in 11~20, 1.3% in 21~30 and 0.8% above the range of 31. 3. The pervalence of T sergenti by breeds of slaughtered cattle was shown 71.2% in Korean native cattle, 72.7% in Charolias, 78.3% in Hereford and 81. 8% in others (Aberdeen-angus and Holstein) respectively. Also the parasitaemia levels in these cattle were shown higher levels in imported cattle included Charolias, Hereford, Aberdeen-angus and Holstein breeds comparing with Korean native cattle. 4. The prevalence of Setaria spp microfilariae in slaughtered cattle was shown 6.9% and by monthly prevalence of the parasite was shown higher in March, April and May compared with June, July, August and October. But in the winter season included January, February, November and December the parasite was not detected from the blood samples. 5. The distribution of parasitaemia levels of Setaria spp microfilariae per ml of blood was shown 65.8% in the range of 1~50, 13.2% in 51~100 and 10.5% in 101~200 and above the range of 201, respectively.

ICT 정보기반 젖소 음수량 추정모델 농가적용 평가

장동화 ( Dong-hwa Jang ),양가영 ( Ka-young Yang ),김종복 ( Jong-bok Kim ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),하태환 ( Taehwan Ha ),김중곤 ( Jung-kon Kim ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

강제환기식 산란계사 암모니아, 미세먼지 발생 및 배출 특성 조사

장동화 ( Dong-hwa Jang ),김종복 ( Jong-bok Kim ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),하태환 ( Taehawn Ha ),양가영 ( Ka-young Yang ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

강제환기식 산란계 사육시설의 PM, NH₃ 발생·배출 특성 조사

장동화 ( Jang Dong-hwa ),양가영 ( Yang Ka-young ),권경석 ( Kwon Kyeong-seok ),김종복 ( Kim Jong-bok ),하태환 ( Ha Tae-hwan ) 한국농공학회 2022 한국농공학회논문집 Vol.64 No.1

In this study, the generation and emission characteristics of particulate matter and gaseous matter in a mechanically ventilated layer house were evaluated. Each concentration of PM₁₀, PM_2.5, inhalable dust, respirable dust, and NH₃ was measured and compared with occupational limit considering seasons and respiratory disorder. CAPPS (Clean Air Policy Support System) of the Ministry of Environment proposes the emission factors of PM₁₀, PM_2.5, and NH₃ for a layer houses however, emission factors are still calculated from foreign factors such as CONINAIR values. As a result, it is urgent to develop national emission factors for domestic layer house. Emission coefficients of the studied mechanically-ventilated layer house in a summer season were calculated as 0.052 kg/head/year for PM10, about 12% lower than that of CAPSS, and 0.0068±0.0038 kg/head/year for PM_2.5, showing no significant difference. Emission factor of NH₃ was calculated as 0.159±0.031 kg/head/year, about 51% lower than that of CAPSS.

육계사 내 바닥재 수분 함량 추정을 위한 초분광 영상의 분광특성 분석

장동화 ( Dong-hwa Jang ),양가영 ( Ka-young Yang ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),김종복 ( Jong-bok Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

육계 사육 시 적절한 바닥재의 수분관리는 계사 사육환경에 영향을 주어 농가 생산성을 높여준다. 바닥재의 수분함량이 증가하면, 바닥재 부식을 통한 암모니아 농도가 상승하고 각종 세균과 해충의 증식이 용이하여 육계의 발바닥 피부염, 호흡기 질병 등이 발생할 수 있어 개체 품질이 저하될 수 있다. 바닥재의 수분관리를 위해 깔짚을 뿌려 수분함량을 조절할 수 있으나 육안으로 수분 함량이 높은 지점을 탐지하기 어렵고, 깔짚을 뿌리는 작업에 많은 시간과 노동력이 요구된다. 깔짚 살포 작업의 자동화를 위해 깔짚 자동살포기가 보급되고 있으나 깔짚을 계사 전체 면적에 살포하기 때문에 경제적인 측면에서 사용이 제한되고 있다. 계사 전체 면적이 아닌 수분 함량이 높은 영역만을 탐지하여 깔짚을 살포하기 위해서 계사 바닥재의 수분 분포 모니터링기술이 요구되고 있다. 최근 농업 분야에 초분광 영상을 이용한 물체의 수분 함량 추정에 많은 연구가 진행되고 있으나 원예작물에 한정되어있는 실정이다. 따라서 본 연구는 영상을 이용한 계사 내 바닥재의 수분 분포를 추정하기 위한 기초연구로써 계사 내 바닥재 초분광 영상의 분광 특성을 분석하고자 수행되었다. 단계별 수분 함량을 추정하기 위해 계사 내 바닥재를 96시간 오븐 건조한 후 건조된 바닥재를 물과 배합하여 함수비가 0, 10, 20, 30%인 시료를 제작하였다. 초분광 카메라로 배합된 시료를 촬영하였으며, 획득된 초분광 영상은 밝기 보정과 평활화 과정을 통해 데이터 전처리 작업을 진행하였다. 계사 바닥재의 반사율과 수분 함량과의 상관성 분석 결과 1440~1450, 1620~1650nm 대역에서 -0.99의 강한 음의 상관관계를 보였으며, 이는 수분 내 OH기와 깔짚 내 CH기의 영향으로 판단된다. 계사 바닥재 반사율 데이터에서 변수 간 다중 공선성의 문제를 해결하기 위하여 주성분 분석을 진행하였으며, 1 주성분에서 원 데이터의 99% 이상을 보존하는 것으로 나타났다. 향후 주성분회귀분석 및 수분함량과 관련된 지수를 이용한 회귀분석을 통해 육계사 내 바닥재 수분 함량 추정 알고리즘에 관한 연구를 진행할 예정이다.

3차원 영상으로부터 결정된 체적을 이용한 한우의 체중 추정

장동화 ( Dong Hwa Jang ),김철수 ( Chulsoo Kim ),김용현 ( Yong Hyeon Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

한우의 체중은 발육단계별 적정 사양관리를 위한 필수 요소이다. 종래의 체중계를 이용하여 한우의 체중을 측정할 때 작업자의 노력 과다 및 부상 위험, 체중계의 관리 미흡에 따른 측정 오차 발생, 한우 스트레스 부담 등의 문제가 제기된다. 본 연구의 목적은 3차원 영상으로부터 한우의 몸통 체적을 추출하고, 체중을 추정하는 데 있다. 이를 위해서 ToF 카메라(StarForm Swift, Odos Imaging, Scotland)와 영상 획득 장치를 이용하였다. 전북 정읍시 관내 농장에서 샘플링 된 한우 146두를 대상으로 3차원 영상을 획득하였다. 획득된 영상에서 화소단위의 깊이 정보를 이용하여 배경을 분리한 후 k-nearest neighbors 알고리즘을 이용하여 잡음을 제거하였다. 전처리된 한우의 점구름데이터(point cloud data, PCD)를 체적 계산이 가능하도록 들로네 삼각분할(Delaunay triangulation) 기반의 선형 보간법을 통해 점의 집합 형태에서 격자 모양의 데이터로 변환시켰다. 체적을 추정할 때 꼬리의 움직임과 위치에 의한 오차를 줄이고자 한우 정면을 기준으로 앞다리의 끝 지점과 뒷다리의 시작 지점 사이에 해당하는 부분을 몸통 체적으로 정의하였다. 몸통 체적에 해당하는 PCD가 카메라의 화각 때문에 좌우 경계에서 높이가 일정하지 않으며, 이에 따라 체적이 다르게 계산된다. 본 연구에서는 좌우 경계에서의 높이를 기준으로 몸통 체적을 volume1과 volume2로 구분하여 계산하였다. 체중 추정을 위해 각각의 몸통 체적과 체중 사이의 단순회귀분석을 적용하였고, 추정된 체중과 실제 체중을 비교 분석하였다. 분석을 위한 calibration dataset과 validation dataset은 각각 전체 데이터의 70%, 30%로 설정하였다. Volume1과 volume2로서 체중을 추정한 결과 오차 평균은 각각 6.7%, 15.6%이었다. 오차는 주로 체중계의 프레임에 몸을 기대고 있는 한우의 영상에서 나타났다. 본 연구 결과로부터 3차원 영상을 이용하여 한우의 체중 추정 가능성을 확인하였다. 향후 3차원 영상정보로부터 계산된 체적을 이용하여 체중을 정확하게 추정할 수 있는 모델을 개발하려면 더 많은 데이터 획득이 필요이다. 또한, 3차원 영상정보를 획득하는 단계에서 측정되는 한우의 몸통이 체중계의 프레임에 닿지 않도록 기존의 제원보다 더 큰 체중계의 제작이 요구된다.

이미지 분석을 통한 서양측백나무의 광학적 공극도 산정 및 공기역학계수와의 상관성 평가

장동화 ( Jang Dong-hwa ),양가영 ( Yang Ka-young ),김종복 ( Kim Jong-bok ),권경석 ( Kwon Kyeong-seok ),하태환 ( Ha Taehwan ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.6

Reduction effect of the spread of odorant and fine dust through windbreak trees can be predicted through numerical analysis. However, there is a disadvantage that a large space and destructive experiments must be carried out each time to calculate the aerodynamic coefficient of the tree. In order to overcome these shortcomings, In this study, we aimed to estimate the aerodynamic coefficient (C₀, C₁, C₂) by using image processing. Thuja occidentalis, which can be used as windbreak were used as the material. The leaf area index was estimated from the leaf area ratio using image processing with leaf weight, and the optical porosity was calculated through image processing of photos taken from the side while removing the leaves step-by-step. Correlation analysis was conducted with the aerodynamic coefficient of Thuja occidentalis calculated from the wind tunnel test and leaf area index and optical porosity calculated from the image analysis. The aerodynamic coefficient showed positive and negative correlations with the leaf area index and optical porosity, respectively. The results showed that the possibility of estimating the aerodynamic coefficient using image processing.

이미지 분석을 통한 서양측백나무의 광학적공극도 평가 및 공기역학계수와의 상관성 분석

장동화 ( Dong-hwa Jang ),하태환 ( Taehwan Ha ),김종복 ( Jong-bok Kim ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),양가영 ( Ka-young Yang ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

3차원 영상을 이용한 농산물의 크기 결정

장동화 ( Dong Hwa Jang ),김용현 ( Yong Hyeon Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

물체의 형태적 특성에 대한 정확한 분석을 위해 3차원 영상 정보의 활용은 필수적이다. 본 연구는 3차원 영상을 이용하여 농산물의 둘레, 높이, 초장 등을 결정하고자 수행되었다. 위쪽 방향에서 촬영한 3차원 영상을 기반으로 농산물의 크기를 결정하기 위한 여러 영상처리 과정을 수행하였다. 영상 획득을 위해 ToF camera(StarForm Swift, Odos Imaging, Scotland)와 Stereo vision camera (ZED, Stereolabs, USA)를 농산물의 위쪽 방향에 설치하여 사용하였고, 얻어진 3차원 영상은 MATLAB(2019a, MathWorks, USA)을 이용하여 영상처리와 크기 결정 알고리즘을 적용하였다. 영상처리 알고리즘을 활용하여 3차원 영상에서 농산물만을 추출하게 된다. 추출된 농산물의 영상에서 x, y, z 좌표값을 이용하여 둘레, 높이, 초장을 결정하였고, 실제 측정한 농산물의 둘레, 높이, 초장과 비교하였다. ToF camera와 Stereo vision camera를 이용하여 50주의 고추묘 초장을 실측 비교한 결과 각각 6.8%, 5.0%의 평균 오차가 발생하였다. 한편 단호박의 좌우 둘레를 비교한 결과 각각 1.08%, 2.21%의 오차가 나타났다. 따라서 3차원 영상을 이용한 농산물의 크기 결정이 가능하며, 향후 농산물의 크기 또는 위치 결정에 3차원 영상 정보의 활용이 유용할 것이다.