Isaac Gym을 활용한 로봇의 강화학습 병렬화에 관한 연구

장성혁(Sung-Hyuk Jang),박주환(Joo-Hwan Park),옥승호(Seung-Ho Ok) 한국정보기술학회 2023 Proceedings of KIIT Conference Vol.2023 No.11

초분광 영상을 이용한 오이접목묘의 엽록소 함량 추정모델 개발

장성혁 ( Sung Hyuk Jang ),이호준 ( Ho Jun Lee ),이재수 ( Jae Su Lee ),김용현 ( Yong Hyeon Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

본 연구는 초분광 영상을 이용하여 오이접목묘의 엽록소 함량을 비파괴적으로 추정하기 위한 모델을 개발하고자 수행되었다. 활착실 내 청색광, 적색광, 혼합광 및 백색광 하에서 생육된 오이접목묘의 엽록소 함량은 휴대용 엽록소계(SPAD-502 plus, Konica minolta, Japan)를 사용하여 측정하였으며, 초분광 영상은 VNIR 카메라(Headwall Photons, USA)를 이용하여 12시간 간격으로 각각 5주씩 촬영하였다. 촬영된 영상의 전처리 작업은 ENVI 5.3 (Harris, USA) 프로그램을 사용하였다. 엽록소 함량 추정 모델을 얻기 위하여 오이접목묘의 반사율(400~950nm, R_T)과 SPAD값을 이용하여 Stepwise Linear Multiple Regression(SMLR) 분석을 수행하였다. 다중공선성을 줄이고 추정 모델의 정확성을 증가시키고자 상관계수의 절대 값이 0.5이상인 영역(R_C), PLS 분석을 통해 계산된 B-value의 절대값이 0.5 이상인 영역(R_B), 인접한 3개 파장의 평균반사율(R_μ)을 독립변수로 하여 각각 SMLR 분석을 실시하였다. 분석결과 Calibration 데이터에 대한 결정계수(R²)와 RMSD는 R_B모델에서 각각 0.87, 2.57로 나타났고, Validation 데이터에 대한 R²와 RMSD는 각각 0.84, 2.57로 나타났다. 한편 선택된 유효파장이 상대적으로 적은 R_C모델에 따른 Calibration 데이터에 대한 R²와 RMSD는 각각 0.84, 2.91로 나타났고, Validation 데이터에 대한 R²와 RMSD는 각각 0.8, 2.86으로 나타났다.

이동 로봇의 사용자 추종을 위한 IMU 기반 웨어러블 디바이스

장성혁(Sung-Hyuk Jang),장동엽(Dong-Yeop Jang),옥승호(Seung-Ho Ok) 한국정보기술학회 2023 Proceedings of KIIT Conference Vol.2023 No.6

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

드론 초분광 영상을 활용한 마늘 생육 모니터링 연구

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.

인삼 파종기의 홈롤러식 배종장치 개발

이상희(Sang-Hee Lee),강연구(Youn-Koo Kang),신소영(So-Young Shin),장성혁(Sung-Hyuk Jang),김태형(Tae-Hyeong Kim),최승렬(Seung-Ryul Choi) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.4

인삼의 국내 재배면적은 2016년 14,700 ha에 달하는 주요 밭작물 중 하나이다. 하지만, 노동력 부족, 생산비 증가, 우량재배지 고갈 등의 문제로 이를 해결하기 위한 직파재배 면적이 증가 추세이다. 본 연구에서는 인삼 파종기 개발을 위해 인삼 종자를 1립 씩 정밀 파종하기 위한 홈롤러식 배종장치를 설계하고, 설계요인에 따른 배종성능을 분석하였다. 배종롤러의 설계요인으로는 인삼 종자의 크기에 맞게 홈롤러의 홈 직경 6 mm, 7 mm, 8 mm 및 홈 깊이 3mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm로 배종롤러를 제작하였다. 홈 직경 및 깊이에 따른 배종성능을 분석한 결과 홈 직경 7mm, 깊이 5 mm에서 1립 배종률은 77 %, 2립 이상 배종률은 0 %, 결주율은 23 %로 1립 배종성능이 가장 높았으나, 종자가 파손되어 결주율이 높아 이에 대한 개선이 필요한 것으로 분석되었다. 종자 파손으로 인한 결주율을 줄이고자 롤러 회전방향의 반대방향으로 홈에 사선으로 15°, 30°, 45°로 경사를 주었으며, 홈의 하단과 중간에서부터 경사를 준 2가지 형상으로 배종롤러를 제작하였다. 개선된 배종롤러의 배종성능을 분석한 결과 하단에서부터 30° 각도로 가공하였을 때 1립 배종률은 90.3 %, 2립 이상 배종률은 4.3 %, 결주율은 5.3 %로 배종성능이 가장 우수하게 나타나 경사를 주어 배종롤러를 가공한 경우 종자의 파손을 줄여 결주율을 줄일 수 있는 것으로 판단된다. Ginseng is one of the major field crops in Korea with cultivation area of 14,700 ha in 2016. However, ginseng production is facing a problem of labor shortage and increased production cost. Therefore, the use of direct-seeding cultivation is increasing to solve these problems. In this study, a hole-roller-type seed-metering device was designed for precisely sowing one grain at a time, and the metering performance was analyzed according to design factors. As a result, when the hole diameter was 7 mm and the depth was 5 mm, the metering ratio was 77%, and the multiple metering ratio was 0%. However, improvement of the metering roller was required because of the missed-planting ratio caused by seed damage. To reduce the missed-planting ratio, the hole was given a slope of 15°, 30°, or 45°, and a metering roller was manufactured with two shapes, where the slope started from the bottom and middle of the hole. When the hole had an angle of 30° from the bottom, the metering performance was the best with a metering ratio of 90.3% and missed-planting ratio of 5.3%. Therefore, it is concluded that the missed-planting ratio can be reduced when the metering roller has a slope to reduce seed damage.

소형 관리기식 보행형 중경제초기 개발

이상희(Sang-Hee Lee),신소영(So-Young Shin),최승렬(Seung-Ryul Choi),장성혁(Sung-Hyuk Jang),김태형(Tae-Hyeong Kim) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.3

제초작업은 작물 재배관리를 위해 필수적이나 가장 번거로운 작업 중 하나이다. 최근 환경에 대한 관심이 높아지고 유기농산물에 대한 선호가 증가하고 있다. 따라서, 물리적 제초가 필요하며 제초작업에 있어 인력을 대체할 수 있는 중경제초기 개발이 필요하다. 본 연구에서는 물리적 제초작업 기계화를 위해 기존 제초기의 단점을 보완하여 국내 농업조건에 적합한 소형 관리기식 보행형 중경제초기를 개발하고 개발된 제초기의 성능을 분석하였다. 개발된 소형 관리기식 보행형 중경제초기는 2개의 제초날이 전진방향의 좌우 방향으로 회전하며, 반력을 줄이기 위해 2개의 제초날이 각각 반대방향으로 회전하도록 설계하였다. 또한, 후륜이 엔진으로부터 동력을 전달받아 구동되도록 설계하여 작업 편이성을 향상하였다. 개발된 중경제초기의 성능시험 결과 제초율은 90.5 %, 작업능률은 1.2 hr/10a로 나타났다. 또한, 기존 인력에 의한 제초 대비 중경제초기 시작기를 이용할 경우 작업자의 근육 근전도(EMG) %MVC(Maximum Voluntary Contraction) 값을 43 %, 제초작업 비용을 78 % 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 농촌 인구 감소와 고령화로 인한 노동력부족 문제를 해결할 수 있는 대안이 될 것으로 판단된다. Weeding is one of the most inconvenient but essential tasks in crop cultivation management. Recently, the interest in the environment has increased, resulting in an increasing preference for organic products. Therefore, physical weeding is essential, and a weeding cultivator which can replace manpower is required. Hence, this study developed a small-sized walking-type weeding cultivator suitable for domestic agricultural conditions and analyzed the performance of a prototype weeding cultivator. The weeding blades of the prototype weeding cultivator rotate left and right sides, respectively, in the forward direction. Moreover, the two blades rotate in opposite directions to reduce the reaction force. Also, the convenience of work was improved by designing a rear-wheel driven by the engine. As a result, the weeding ratio of the prototype weeding cultivator was 90.5 %, and the working capacity was 1.2 hr/10a. In addition, the electromyogram (EMG) of the operator"s muscles was reduced by 43 %, and the cost of weeding work was saved by 78 % compared to conventional weeding by humans. Therefore, it is concluded that the lack of labor due to the decrease in rural population and aging can be solved using the prototype weeding cultivator.

문화·예술상품으로서 전통차 소비에 관한 연구

성제환(Jae-whan Sung),이은경(Eun-kyung Lee),장성혁(Seong-hyuk Jang) 국제차문화학회 2018 차문화ㆍ산업학 Vol.39 No.-

신원 확인과 음성 인식을 활용한 드론 제어 연구

김수빈(Su-Bin Kim),장성혁(Sung-Hyuk Jang),김원호(Won-Ho Kim),옥승호(Seung-Ho Ok) 한국정보기술학회 2022 Proceedings of KIIT Conference Vol.2022 No.12

최근 드론의 사용이 실종자 수색, 시설관리 등 군용에서부터 민간용까지 확대되고 있다. 드론 조종의 경우 사용자 인증 과정이 없어 조종권을 탈취하는 하이재킹(Hijacking)이나 비허가구역에서의 불법적인 비행 및 촬영과 같은 보안의 문제점이 있다. 본 논문에서는 보안 문제를 해결하고, 특수한 상황에서의 핸즈프리 조종을 위해 신원 확인과 음성 인식을 활용한 드론 제어 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 PC 환경에서 Python을 사용하여 구현하였으며, Face Recognition과 STT(Speech To Text) 라이브러리를 사용하여 사용자의 등록 및 추론, 음성 인식을 수행하고 명령 신호를 컨트롤러에 전송하여 드론 제어를 수행하였다. 실험 결과, 음성 명령을 통해 드론이 정상적으로 동작함을 확인하였다. Recently, the use of drones has been expanding from military to civilian use, such as searching for missing persons and facility management. In the case of drone control, there are security problems such as hijacking, which steals control, or illegal flight and shooting in unauthorized areas because there is no user authentication process. In this paper, we propose a drone control method using identity confirmaiton and voice recognition for solving security problems and hands-free manipulation in special situations. The proposed method was implemented using Python in a PC environment, and using Face Recognition and Speech To Text (STT) library, user registration, inference, voice recognition, and command signals were transmitted to the controller to perform drone control. As a result of the experiment, it was confirmed that the drone operated normally through voice commands.

초분광과 드론을 활용한 콩 작물 생육 모니터링 기술 개발

배형진 ( Hyungjin Bae ),장성혁 ( Sung-hyuk Jang ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

This paper presents the development of a monitoring technology for soybean crops using hyperspectral imaging and drones. The study uses remote sensing techniques to capture images of soybean crops, which are then processed using machine learning algorithms to detect and classify different crop conditions. The methodology involves the use of drones equipped with hyperspectral cameras to collect data on the reflectance of soybean plants in the visible and near-infrared spectral range. The study utilizes Partial Least Squares (PLS) regression, a multivariate statistical method, to analyze the spectra of hyperspectral data and determine the vegetation crop health, and yield potential of soybean crops. The findings show that the hyperspectral data can accurately estimate the vegetation values of soybean crops and provide insights into their health, and yield potential. This study demonstrates the potential of using hyperspectral imaging and drones to improve soybean management practices and can be further developed for other crop monitoring applications.