드론 다중분광영상과 컴퓨터 비전 기술을 이용한 배추 객체 탐지 알고리즘 개발

류재현,한중곤,안호용,나상일,이병모,이경도,Ryu, Jae-Hyun,Han, Jung-Gon,Ahn, Ho-yong,Na, Sang-Il,Lee, Byungmo,Lee, Kyung-do 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.5

농업분야에서 드론을 활용하여 작물의 생육을 진단하고 정보를 영상으로 제공하고 있다. 들녘 단위에 대한 고해상도 드론 영상을 활용하는 경우 객체별 생육정보를 생산할 수 있으나 정확하게 작물을 탐지하고 인접한 객체를 효율적으로 구분하기 위한 작업이 요구된다. 본 연구에서는 작물 객체를 탐지하고 위치 정보를 추출하는 알고리즘을 개발하는 것이 목적이다. 드론 다중분광영상과 컴퓨터 비전 기술을 활용하여 객체 탐지를 위한 알고리즘을 개발하였으며, 대상 작물은 가을배추로 선정하였다. 2018년~2020년까지 가을배추를 대상으로 정식 후 7일~15일 사이의 드론 영상을 취득하였으며, 2019년 영상 기반으로 객체 탐지 알고리즘을 개발한 뒤 2018년, 2020년 영상을 기반으로 알고리즘 평가를 수행하였다. 분광반사도 기반 지수와 식생의 분광반사도 특성을 고려하여 식생 지역을 추출하였다. 이후 추출된 식생 지역에서 객체의 크기를 고려하여 팽창(Dilatation), 침식(Erosion), 이미지 분할 등과 같은 모폴로지(Morphology) 기법을 통해 객체 탐지 정확도를 향상시켰다. 개발된 객체 탐지 알고리즘의 정밀도는 95.19% 이상이었으며, 재현율과 정확도는 각각 95.4%, 93.68% 이상이었다. 객체 탐지 알고리즘의 F1-Score는 0.967 이상으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 알고리즘을 이용하여 추출된 배추 객체 중심에 대한 위치 정보는 작물의 재배시기에 따라 영농단계별 의사결정 정보를 제공하기 위한 자료로써 활용될 것이다. A drone is used to diagnose crop growth and to provide information through images in the agriculture field. In the case of using high spatial resolution drone images, growth information for each object can be produced. However, accurate object detection is required and adjacent objects should be efficiently classified. The purpose of this study is to develop a Chinese cabbage object detection algorithm using multispectral reflectance images observed from drone and computer vision techniques. Drone images were captured between 7 and 15 days after planting a Chinese cabbage from 2018 to 2020 years. The thresholds of object detection algorithm were set based on 2019 year, and the algorithm was evaluated based on images in 2018 and 2019 years. The vegetation area was classified using the characteristics of spectral reflectance. Then, morphology techniques such as dilatation, erosion, and image segmentation by considering the size of the object were applied to improve the object detection accuracy in the vegetation area. The precision of the developed object detection algorithm was over 95.19%, and the recall and accuracy were over 95.4% and 93.68%, respectively. The F1-Score of the algorithm was over 0.967 for 2 years. The location information about the center of the Chinese cabbage object extracted using the developed algorithm will be used as data to provide decision-making information during the growing season of crops.

항공 초분광 영상을 이용한 광화학반사지수 이용 가능성 평가: 그림자 영향 및 대체 밴드를 중심으로

류재현,신정일,이창석,홍성욱,이양원,조재일,Ryu, Jae-Hyun,Shin, Jung Il,Lee, Chang Suk,Hong, Sungwook,Lee, Yang-Won,Cho, Jaeil 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.5

정규식생지수(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)는 생물량 및 $CO_2$ 흡수량 추정과 병충해 탐지 등 다양한 식생 모니터링 영역에서 활용되고 있다. 그러나, 생물량 탐지에 비해 상대적으로 식생의 생리적 상태 변화에 대한 민감도가 낮아 식생의 생리적 활성 및 스트레스를 파악에 한계가 있다. 최근 개발된 광학반사지수(PRI, Photochemical Reflectance Index)는 식생의 생리적 상태 탐지에 용이한 것으로 알려지고 있으며, 식생의 탄소 흡수량 조사를 위해 향후 발사될 해외의 지구관측위성들의 주요 산출물로 선정되는 등 활용도가 높아질 것으로 전망된다. 이에 다양한 이용에 앞서 광 스트레스에 민감한 PRI 특성을 고려하여 그림자 영향의 해석 방향을 제시하고, 현재 가용한 위성으로 PRI 산출이 가능한지 알아보기 위해 대체 밴드를 평가하였다. 항공 초분광 영상을 이용한 본 연구에서는 PRI값이 그림자 부분에서 광 스트레스의 감소로 인해 증가하였다. 그러나 그림자의 정도가 임계값(Shadow Index<25)을 넘어서면 PRI와 NDVI 모두의 자료 품질이 매우 낮아졌다. 또한, 문헌의 570.0 nm 대신 553.6 nm를 사용하여 산출한 PRI가 오리지널 PRI와 높은 상관관계를 보였으며, RED와 NIR 반사도를 이용하여 다중회귀분석을 수행하였을 때 더욱 향상된 결과를 보였다. 이러한 결과는 향후 식생탐지에서 활용도가 높아질 것으로 기대되는 PRI의 생리적인 의미를 이해하는데 도움이 될 것이다. The applications of NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) as a vegetation index has been widely used to understand vegetation biomass and physiological activities. However, NDVI is not suitable way for monitoring vegetation stress because it is less sensitive to change in physiological state than biomass. PRI (Photochemical Reflectance Index) is well developed to present physiological activities of vegetation, particularly high-light-stress condition, and it has been adopted in several satellites to be launched in the future. Thus, the understanding of PRI performance and the development of analysis method will be necessary. This study aims to interpret the characteristics of light-stress-sensitive PRI in shadow areas and to evaluate the PRI calculated by other wavelengths (i.e., 488.9 nm, 553.6 nm, 646.9 nm, and 668.4 nm) instead of 570 nm that used in original PRI. Using airborne-based hyperspectral image, we found that PRI values were increased in shadow detection due to the reduction of high light induced physiological stress. However, the qualities of both PRI and NDVI data were dramatically decreased when the shadow index (SI) exceeded the threshold (SI<25). In addition, the PRI calculated using by 553.6 nm had best correlation with original PRI. This relationship was improved by multiple regression analysis including reflectances of RED and NIR. These results will be helpful to the understanding of physiological meaning on the application of PRI.

드론 영상을 이용한 Sentinel-2, Landsat-8 위성 NDVI 평가: 벼 병해 발생 지역을 대상으로

류재현,안호용,나상일,이병모,이경도,Ryu, Jae-Hyun,Ahn, Ho-yong,Na, Sang-Il,Lee, Byungmo,Lee, Kyung-do 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

The frequency of exposure of field crops to stress situations is increasing due to abnormal weather conditions. In South Korea, large-scale diseases in representative paddy rice cultivation area were happened. There are limits to field investigation on the crop damage due to large-scale. Satellite-based remote sensing techniques are useful for monitoring crops in cities and counties, but the sensitivity of vegetation index measured from satellite under abnormal growth of crop should be evaluated. The goal is to evaluate satellite-based normalized difference vegetation index (NDVI) retrieved from different spatial scales using drone imagery. In this study, Sentinel-2 and Landsat-8 satellites were used and they have spatial resolution of 10 and 30 m. Drone-based NDVI, which was resampled to the scale of satellite data, had correlation of 0.867-0.940 with Sentinel-2 NDVI and of 0.813-0.934 with Landsat-8 NDVI. When the effects of bias were minimized, Sentinel-2 NDVI had a normalized root mean square error of 0.2 to 2.8% less than that of the drone NDVI compared to Landsat-8 NDVI. In addition, Sentinel-2 NDVI had the constant error values regardless of diseases damage. On the other hand, Landsat-8 NDVI had different error values depending on degree of diseases. Considering the large error at the boundary of agricultural field, high spatial resolution data is more effective in monitoring crops.

마늘의 제초제 약해에 대한 구조적, 생화학적, 생리적 계열 식생지수 반응: 지상분광계 및 다중분광카메라를 활용하여

류재현 ( Jae-hyun Ryu ),문현동 ( Hyun-dong Moon ),조재일 ( Jaeil Cho ),이경도 ( Kyung-do Lee ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),소규호 ( Kyu-ho So ),나상일 ( Sang-il Na ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

다중분광카메라의 기술 개발로 인해 구조적 특성뿐만 아니라 생화학적, 생리적 특성을 가지는 식생지수를 다양한 공간 규모에서 활용할 수 있게 되었다. 이에 본 연구는 스트레스를 받은 노지작물을 대상으로 지상 초분광계 및 무인기 영상 기반 구조적, 생화학적, 생리적 계열의 식생지수 반응을 평가하였다. 마늘을 대상으로 서로 다른 생육시기에 고농도의 제초제를 살포하여 약해 처리하였으며, 정상 생육에 비해 지상부 건물중이 46.9~84.5% 감소하는 등 큰 피해가 나타났다. 제초제를 살포한 처리구에서 근적외선 분광반사도 값은 꾸준하게 감소하였으며, 구조적 식생지수에서 작물의 약해 피해가 명확하게 표현되었다. 생화학적 식생지수의 경우 일부 지수를 제외하고는 작물의 피해 상태를 표현하였으나 생리적 식생지수는 잎이 고사하고 드러나는 멀칭비닐의 영향으로 약해 피해를 해석하기에 어려움이 있었다. 제초제 살포 후 서로 다른 공간 규모에서 관측된 식생지수의 감소율 차이는 구조적 식생지수의 경우 평균적으로 2.3%로 나타났으며, 정규화 식생지수의 경우 1.3~4.1%의 분포를 보였다. 비록 생리적 식생지수가 작물 스트레스에 민감하다고 알려졌지만, 노지작물의 경우 작물 스트레스 종류와 재배 환경에 따라 적합한 식생지수를 활용하여야 한다는 것, 공간 규모에 따른 오차를 최소화하기 위해서는 정규화 식생지수를 활용해야 한다는 것을 확인하였다. The response of vegetation under the crop stress condition was evaluated using structural, biochemical, and physiological vegetation indices based on unmanned aerial vehicle (UAV) images and field-spectrometer data. A high concentration of herbicide was sprayed at the different growth stages of garlic to process crop stress, the above ground dry matter of garlic at experimental area (EA) decreased about 46.2~84.5% compared to that at control area. The structural vegetation indices clearly responded to these crop damages. Spectral reflectance at near-infrared wavelength consistently decreased at EA. Most biochemical vegetation indices reflected the crop stress conditions, but the meaning of physiological vegetation indices is not clear due to the effect of vinyl mulching. The difference of the decreasing ratio of vegetation indices after the herbicide spray was 2.3% averagely in the case of structural vegetation indices and 1.3~4.1% in the case of normalization-based vegetation indices. These results meant that appropriate vegetation indices should be utilized depending on the types of crop stress and the cultivation environment and the normalization-based vegetation indices measured from the different spatial scale has the minimized difference.

논벼에서 관측된 태양 유도 엽록소 형광 자료: 나주에서 2020년 6월 10일부터 10월 5일까지

류재현 ( Jae-hyun Ryu ),장선웅 ( Seon Woong Jang ),김현기 ( Hyunki Kim ),문현동 ( Hyun-dong Moon ),신서호 ( Seo-ho Sin ),이양원 ( Yang-won Lee ),조재일 ( Jaeil Cho ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.1

Sun-induced fluorescence (SIF) retrieval using remote sensing technique has been used in an effort to understand the photosynthetic efficiency and stress condition of vegetation. Although optical devices and SIF retrieval methodologies were established in order to retrieve SIF, the SIF m easurements are domesticallys parse. S IF data of paddy rice was measured in Naju, South Korea from June 10, 2020 to October 5, 2020. The SIFs based red (O₂A) and far-red (O₂B) were retrieved using a spectral fitting method and an improved Fraunhofer line depth, and photosynthetically active radiation was also produced. In addition, the SIF data was filtered considering solar zenith angle, saturation conditions, the rapid and sudden change of solar irradiance, and sun glint. The provided SIF data can help to understand a SIF product and the filtering method of SIF data can contribute to producing high-quality SIF data.

세포독성 항암화학요법을 받을 수 없는 환자에서의 Estramustine Phosphate 단독요법

류재현(Jae Hyun Ryu),김상진(Sang Jin Kim),김윤범(Yun Beom Kim),정태영(Tae Young Jung),문경태(Kyong Tae Moon),조정만(Jeong Man Cho),유탁근(Tag Keun Yoo) 대한비뇨기종양학회 2020 대한비뇨기종양학회지 Vol.18 No.2

Purpose: To investigate whether estramustine phosphate (EMP) monotherapy is applicable to castration-resistant prostate cancer (CRPC) patients who cannot receive cytotoxic chemotherapy. Materials and Methods: This retrospective single-arm study was conducted in CRPC patients who had not experienced cytotoxic chemotherapy and received EMP monotherapy (560 mg/day) at 2 institutions from 2008 to 2017. We analyzed prostate-specific antigen (PSA) responses, overall survival, and adverse effects of EMP treatment. Results: A total of 28 patients were analyzed. A reduction in serum PSA was observed in 11 patients (39.3%). Seven cases (25.9%) achieved more than 25% reduction of PSA, and 5 of them (18.5%) experienced more than 50% reduction. Median overall survival was 23 months (interquartile range, 10-60 months). Multivariable analyses demonstrated that low level of PSA at diagnosis of CRPC and long duration of prior androgen deprivation therapy were independent favorable factors predicting long-term overall survival. Adverse effects were edema (n=2; grade 2), nausea/vomiting (n=1; grade 2), gynecomastia (n=1; grade 2), and dyspnea (n=1; grade 1). Neither thromboembolic event nor grade 3-5 toxicity was observed. There was no discontinuation caused by side effects of EMP. Conclusions: EMP monotherapy could be considered as a safe treatment option with some effectiveness for CRPC patients who did not undergo cytotoxic chemotherapy. EMP is not generally recommended anticancer drug in the current guidelines for CRPC, but EMP monotherapy is thought to have an alternative role when a standard treatment cannot be selected due to patient"s age, health condition, or comorbidity.

기상 조건과 작물 생육상태에 따른 무인기 기반 지표면온도의 관측 정확도 평가

류재현 ( Jae-hyun Ryu ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.2

작물의 생육 상태와 스트레스를 탐지하기 위한 유용한 변수 중 하나인 지표면온도(LST)는 열화상 카메라의 소형화와 무인기(UAV)의 발달로 인해 식생 군락 및 지역적 규모에서 취득할 수 있게 되었다. 무인기에 장착된 열화상 카메라로 관측한 LST(LSTUAV)는 습도, 풍속과 같은 기상인자, 관측기기, 그리고 지표 상태에 따라 영향을 받으나 다양한 기상 조건과 작물의 생육 단계에서 측정된 LSTUAV의 정확도 평가는 부족한 실정이다. 본 연구의 목적은 지상에 고정된 열적외선 센서에서 관측된 LST(LSTGround)를 이용하여 다양한 기상 조건과 작물의 생육 상황에서 LSTUAV의 정확도를 평가하는 것이다. 마늘 작물을 대상으로 LSTUAV 관측을 수행하였으며, 상대습도, 절대습도, 돌풍, 그리고 식생지수에 따른 LSTUAV 정확도를 평가하였다. 센서 간의 편향을 최소화한 경우 상대습도가 60%를 초과하는 조건에서 관측된 LSTUAV의 평균제곱근오차는 2.565°C로 상대습도 60% 이하에서 관측된 LSTUAV의 평균제곱근오차(1.82°C) 보다 정확도가 낮았으며, 절대습도에 대한 결과도 상대습도와 유사했다. 이는 대기 중의 습도가 LSTUAV의 정확도에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 따라서 LSTUAV를 관측은 상대습도가 60% 이하의 조건에서 수행되는 것을 권고한다. 반면, 돌풍이나 식생 피복률의 영향은 통계적으로 유의하지 않았다. 이것은 무인기 비행이 안정적으로 가능한 조건에서 LSTUAV는 식생의 상태를 반영한 신뢰성 있는 값을 도출한다는 것을 의미한다. 본 연구의 결과는 농업 분야에서 LSTUAV의 정확도를 이해하고 활용하는 데 도움이 될 것이다. Land Surface Temperature (LST) is one of the useful parameters to diagnose the growth and development of crop and to detect crop stress. Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-based LST (LSTUAV) can be estimated in the regional spatial scale due to miniaturization of thermal infrared camera and development of UAV. Given that meteorological variable, type of instrument, and surface condition can affect the LSTUAV, the evaluation for accuracy of LSTUAV is required. The purpose of this study is to evaluate the accuracy of LSTUAV using LST measured at ground (LSTGround) under various meteorological conditions and growth phases of garlic crop. To evaluate the accuracy of LSTUAV, Relative humidity (RH), absolute humidity (AH), gust, and vegetation index were considered. Root mean square error (RMSE) after minimizing the bias between LSTUAV and LSTGround was 2.565°C under above 60% of RH, and it was higher than that of 1.82°C under the below 60% of RH. Therefore, LSTUAV measurement should be conducted under the below 60% of RH. The error depending on the gust and surface conditions was not statistically significant (p-value < 0.05). LSTUAV had reliable accuracy under the wind speed conditions that allow flight and reflected the crop condition. These results help to comprehend the accuracy of LSTUAV and to utilize it in the agriculture field.

식생 자료를 이용한 동아시아 사막 주변의 토지피복 변화 분석

류재현 ( Jae Hyun Ryu ),한경수 ( Kyung Soo Han ),피경진 ( Kyoung Jin Pi ),이민지 ( Min Ji Lee ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.1

지구온난화와 인간의 무분별한 활동과 같은 인위적인 요인과 아열대고압대라는 자연적인 요인으로 인해 동아시아 지역의 사막화가 확산되고 있다. 사막화의 확산으로 인하여 우리나라에 영향을 주는 황사의 발원지가 변화하고 있다. 본 연구에서는 황폐한 지역의 토지 피복을 연구하기 위한 유용한 식생지수로 알려진 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)를 이용하여 동아시아 사막 주변의 토지 피복 변화를 관측하여 사막화의 시계열 변화와 패턴을 알아보고자 한다. SPOT위성의 VEGETATION 센서를 통해 동아시아 S10-DAY NDVI 데이터를 1999년부터 2011년까지 취득하였다. 데이터에 포함되어 있는 노이즈값을 제거하기 위해 NDVI Correction, WaterMask를 수행한 후 ISODATA 방법으로 무감독분류를 하였다. 무감독분류 된 클러스터에 대한 분석을 수행한 결과 사막 경계 부분에서 식생의 밀도가 활발하게 변화하고 있는 것을 확인하였으며 특히 고비 사막과 내몽골 고원 그리고 만주 지역을 중심으로 변화가 큰 것을 확인하였다. 2000년대 후반에 들어서 사막의 전체적인 크기는 감소하는 것으로 나타났지만 동쪽으로 사막화가 진행되는 것을 확인하였다. Desertification of the East Asia area induced by human`s indiscriminate activities and natural causes has gradually expanded and demanded scientific research for monitoring and predicting land cover condition. Therefore, this research classified land types which were compared to MODIS land cover and analyzed the extent of barren zone effecting Korea through yellow dust using S10-DAY MVC NDVI from SPOT between 1999 and 2011. This study used unsupervised classification afterprocessing NDVI Correction and Water Mask for eliminating noise values included in the data for enhancement of classification accuracy. The results of analysis are that there are active variations near the borders of desert, especially the Mongolian steppe and the Gobi Desert in central Asia. In addition, the extent of entire desert has been decreased in the middle of the last decade, although desertification is in going on in East Asia.

모바일 IPv6환경에서 SEND 프로토콜을 위한 대리 서명1

류재현 ( Jae-hyun Ryu ),홍충선 ( Choong-seon Hong ) 한국정보처리학회 2007 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.14 No.1

IPv6 환경에서 SEcure Neighbor Discovery(SEND) 프로토콜은 Neighbor Discovery 프로토콜의 위협 요소를 제거하고 단말 노드의 안전한 통신을 위한 환경을 제공함으로써 보다 안정적으로 인터넷 서비스를 제공할 수 있게 되었다. 하지만 SEND 프로토콜을 Mobile IPv6와 연동하는 과정에서 모바일 노드가 다른 네트워크로 이동하였을 경우 SEND 프로토콜 동작 과정에서의 취약점을 발견하고 기존의 방식과 차별화된 RSA기반의 위임 정보에 기반한 대리 서명 기법을 사용하여 문제를 해결하였다

무인기 기반 다중분광 영상을 이용한 벼 쓰러짐 영역의 특성 분석

문현동 ( Hyun-dong Moon ),류재현 ( Jae-hyun Ryu ),나상일 ( Sang-il Na ),장선웅 ( Seon Woong Jang ),신서호 ( Seo-ho Sin ),조재일 ( Jaeil Cho ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5

벼 쓰러짐은 벼농사의 대표적인 기상재해 피해로써 강한 바람과 강우로 발생한다. 원격탐사 기법은 넓은 지역의 벼 쓰러짐을 효과적으로 탐지하기에 적절한 방법이다. 실제로 벼 쓰러짐은 벼 키가 최대인 생육 시기에 주로 발생하여 군락의 큰 구조적 변화를 불러오기 때문에 분광 반사도 차이를 야기한다. 따라서, 본고에서는 나주에 위치한 전남농업기술원의 2020년 태풍에 의한 논벼 피해를 444 nm부터 842 nm까지 10개 밴드로 구성된 카메라 영상으로 분석하였다. 드론 영상마다 벼 쓰러짐 피해를 받은 영역과 벼 쓰러짐 피해가 없는 영역으로 구분하여 벼 쓰러짐 영역의 분광 반사도 특성 차이와 식생 탐지에 주로 사용되는 식생지수인 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), NDRE (Normalized Difference Red Edge), CCI (Chlorophyll Carotenoid Index)의 변화를 살펴보았다. 반사도 값의 변화는 밴드6(668 nm)에서 가장 적었으며, 이를 중심으로 밴드 파장이 감소와 증가할수록 일반 논벼 보다 쓰러짐 영역 반사도가 커졌다. 또한, 쓰러진 벼를 묶어 세운 복구 지역은 대부분의 밴드에 걸쳐 반사도가 크게 감소함을 볼 수 있었다. NDVI와 NDRE는 벼 쓰러짐 영역에 대해 민감하게 반응하였으나, 그 반응 대상 및 정도는 서로 달랐다. 본 연구의 결과는 향후 드론과 위성을 이용한 벼 쓰러짐 피해 조사 알고리즘에 기여될 것으로 기대한다. Lodging rice is one of critical agro-meteorological disasters. In this study, the UAV-based multispectral imageries before and after rice lodging in rice paddy field of Jeollanamdo agricultural research and extension services in 2020 was analyzed. The UAV imagery on 14th Aug. includes the paddy rice without any damage. However, 4th and 19th Sep. showed the area of rice lodging. Multispectral camera of 10 bands from 444 nm to 842 nm was used. At the area of restoration work against lodging rice, the reflectance from 531 nm to 842 nm were decreased in comparison to un-lodging rice. At the area of lodging rice, the reflectance of around 668 nm had small increases. Further, the blue and NIR (Near-Infrared) wavelength had larger. However, according to the types of lodging, the change of reflectance was different. The NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and NDRE (Normalized Difference Red Edge) shows dome sensitivities to lodging rice, but they were different to types of lodging. These results will be useful to make algorithm to detect the area of lodging rice using a UAV.