HOG를 이용한 파트 기반 손 검출 알고리즘

백정현(Jeonghyun Baek),김지수(Jisu Kim),윤창용(Changyong Yoon),김동연(Dong-yon Kim),김은태(Euntai Kim) 한국지능시스템학회 2013 한국지능시스템학회논문지 Vol.23 No.6

지능형 로봇 연구 분야에 있어, 손을 이용한 제스처 인식은 매우 중요한 연구 분야로 간주 되고 있으며, 스마트 폰, 스마트 TV 등에 상용화 되어왔다. 제스처 인식에 있어, 강인한 손 검출 기술을 필수적인데, 손의 모양이 일정치 않고, 복잡한 배경이나 조명변화 아래서는 손 검출이 쉽지 않다는 어려움이 있다. 본 논문은 실내 환경에서 사용자가 가리키는 방향을 인식하기 위한 손 검출 알고리즘을 제안한다. 손 검출에 대한 오검출을 최대한 줄이기 위해, 머리-어깨 검출 결과를 기반으로 손 검색 영역을 한정시키고, 피부색을 이용해 최소한의 후보군들을 발생시켜, HOG-SVM을 이용하여 손을 검출하였다. 그리고 머리-어깨, 손 검출 결과를 통해 팔의 방향 각도를 추정하였다. 제안된 방법은 실제 실내 환경에서 추출된 영상을 통해 실험을 진행하였고, 강인한 성능을 확인하였다. In intelligent robot research, hand gesture recognition has been an important issue. And techniques that recognize simple gestures are commercialized in smart phone, smart TV for swiping screen or volume control. For gesture recognition, robust hand detection is important and necessary but it is challenging because hand shape is complex and hard to be detected in cluttered background, variant illumination. In this paper, we propose efficient hand detection algorithm for detecting pointing hand for recognition of place where user pointed. To minimize false detections, ROIs are generated within the compact search region using skin color detection result. The ROIs are verified by HOG-SVM and pointing direction is computed by both detection results of head-shoulder and hand. In experiment, it is shown that proposed method shows good performance for hand detection.

영상 기반 SVM을 이용한 젖은 영역 검출 알고리즘

백정현(Jeonghyun Baek),김지수(Jisu Kim),김은태(Euntai Kim) 한국지능시스템학회 2014 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.24 No.2

Part-based Dual HOG-SVM을 이용한 제스처 인식

백정현(Jeonghyun Baek),김지수(Jisu Kim),윤창용(Changyong Yoon),김은태(Euntai Kim) 한국지능시스템학회 2014 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.24 No.1

우주농업을 위한 확장 가능한 수경재배 시스템

백정현 ( Jeonghyun Baek ),김태현 ( Taehyun Kim ),허정욱 ( Jeongwok Heo ),임동혁 ( Donghyeok Im ),류재현 ( Jaehyeon Ryu ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

본 연구는 수경재배 및 아쿠아포닉스에서 사용하는 시스템을 환경이 제약된 우주에서 작물을 재배할 수 있도록 확장 설계한 시스템이다. 제안된 시스템은 모듈식으로 확장 가능하며, 자율적으로 작물환경을 유지 할 수 있도록 설계하였다. 또한 NASA(National Aeronautics and the Space Administration)에서 정한 요구 사항 및 제약 조건을 충족할 수 있도록 고려하였다. 식량 안보의 중요성을 인지한 NASA는 혁신적인 해결책을 모색하기 위해 우주와 지구에 양질의 식량을 제공하는 백주년 도전 프로그램을 시작했다. 아이다호 대학의 연구팀과 공동으로 NASA의 1단계 경쟁에 참 여하였으며, 사물인터넷(IoT) 센서를 활용하여 우주 식량 생산 플랫폼(ASFP, Aero Space Food Production Platform)을 제안하여 통제된 환경에서 낮은 유지비용과 자동 환경제어로 작물을 재배하였다. 작물 생육을 위해 챔버, 바이오 필터 및 실시간 모니터링 시스템으로 구성되었다. 챔버는 우주선내 출입구 제약에 따라 123㎝×46㎝×183㎝(width×depth×height), 전력은 최대 3,000w이며, 평균 1,500w이하로 설정 되었으며, 생육환경은 온도 20∼24℃, 습도 48∼62%를 유지할 수 있도록 구성되었다. 바이오필터는 물의 재사용을 위한 구성요소로 질산화-탈질화 사이클을 할 수 있도록 하였고, 마지막으로 모니터링 시스템은 DO, EC, pH 및 수온 센서를 통해 데이터를 획득하고, 이를 무선통신으로 정보를 제공하여 시각화할 수 있 도록 구성하였다. 제안된 ASFP를 활용하여 바질의 생육을 관찰하였으며, NASA가 설정한 시스템 제약 조 건을 충족하며, 생육단계별 22 °C, EC 0.3~4.0 dS.m-1, pH 6의 설정환경을 유지하면서 작동 가능했다. 제안된 ASFP는 상업적 생산을 위해 다양한 작물(예를 들어, 감자, 토마토, 다른 잎이 많은 채소)을 재배하 는데 사용될 수 있다. 그러나, 제약 환경을 가진 우주에서는 완전 자율적인 식품 생산 시스템을 달성하기 위해, 광학 센서, 광 제어 및 비전 센서와 같은 추가 센서는 최적의 성장 단계를 더 잘 특성화하는 데 유 용할 수 있을 것이다. 또한 디지털 트윈 플랫폼을 갖춘 식품 생산은 미래의 농업 생산 시스템을 위한 차세 대 데이터, 모델 및 의사 결정 지원 도구를 구현하여 ASFP를 향상시키는 데 유용한 연구가 될 것이며, 제 안된 ASFP에서 디지털 트윈을 적용하는 것은 지속 가능한 농업으로 지구와 우주 공간에서 작물을 재배하 는 또 다른 방법이 될 것으로 기대한다.

우주농업을 위한 확장 가능한 수경재배 시스템

백정현 ( Jeonghyun Baek ),김태현 ( Taehyun Kim ),허정욱 ( Jeongwok Heo ),임동혁 ( Donghyeok Im ),류재현 ( Jaehyeon Ryu ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

본 연구는 수경재배 및 아쿠아포닉스에서 사용하는 시스템을 환경이 제약된 우주에서 작물을 재배할 수 있도록 확장 설계한 시스템이다. 제안된 시스템은 모듈식으로 확장 가능하며, 자율적으로 작물환경을 유지 할 수 있도록 설계하였다. 또한 NASA(National Aeronautics and the Space Administration)에서 정한 요구 사항 및 제약 조건을 충족할 수 있도록 고려하였다. 식량 안보의 중요성을 인지한 NASA는 혁신적인 해결책을 모색하기 위해 우주와 지구에 양질의 식량을 제공하는 백주년 도전 프로그램을 시작했다. 아이다호 대학의 연구팀과 공동으로 NASA의 1단계 경쟁에 참 여하였으며, 사물인터넷(IoT) 센서를 활용하여 우주 식량 생산 플랫폼(ASFP, Aero Space Food Production Platform)을 제안하여 통제된 환경에서 낮은 유지비용과 자동 환경제어로 작물을 재배하였다. 작물 생육을 위해 챔버, 바이오 필터 및 실시간 모니터링 시스템으로 구성되었다. 챔버는 우주선내 출입구 제약에 따라 123㎝×46㎝×183㎝(width×depth×height), 전력은 최대 3,000w이며, 평균 1,500w이하로 설정 되었으며, 생육환경은 온도 20∼24℃, 습도 48∼62%를 유지할 수 있도록 구성되었다. 바이오필터는 물의 재사용을 위한 구성요소로 질산화-탈질화 사이클을 할 수 있도록 하였고, 마지막으로 모니터링 시스템은 DO, EC, pH 및 수온 센서를 통해 데이터를 획득하고, 이를 무선통신으로 정보를 제공하여 시각화할 수 있 도록 구성하였다. 제안된 ASFP를 활용하여 바질의 생육을 관찰하였으며, NASA가 설정한 시스템 제약 조 건을 충족하며, 생육단계별 22 °C, EC 0.3~4.0 dS.m-1, pH 6의 설정환경을 유지하면서 작동 가능했다. 제안된 ASFP는 상업적 생산을 위해 다양한 작물(예를 들어, 감자, 토마토, 다른 잎이 많은 채소)을 재배하 는데 사용될 수 있다. 그러나, 제약 환경을 가진 우주에서는 완전 자율적인 식품 생산 시스템을 달성하기 위해, 광학 센서, 광 제어 및 비전 센서와 같은 추가 센서는 최적의 성장 단계를 더 잘 특성화하는 데 유 용할 수 있을 것이다. 또한 디지털 트윈 플랫폼을 갖춘 식품 생산은 미래의 농업 생산 시스템을 위한 차세 대 데이터, 모델 및 의사 결정 지원 도구를 구현하여 ASFP를 향상시키는 데 유용한 연구가 될 것이며, 제 안된 ASFP에서 디지털 트윈을 적용하는 것은 지속 가능한 농업으로 지구와 우주 공간에서 작물을 재배하 는 또 다른 방법이 될 것으로 기대한다.

HOG를 이용한 파트 기반 손 검출 알고리즘

백정현(Jeonghyun Baek),김지수(Jisu Kim),윤창용(Changyong Yoon),김은태(Euntai Kim) 한국지능시스템학회 2013 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.23 No.2

파프리카 수경재배 시 EC 농도와 배지에 따른 생육 및 수량 특성

홍영신,이재수,백정현,이상규,정선옥,Hong, Youngsin,Lee, Jaesu,Baek, Jeonghyun,Lee, Sanggyu,Chung, Sunok 한국환경과학회 2021 한국환경과학회지 Vol.30 No.8

Supply electrical conductivity (EC) concentration of the nutrition solution is an important factor in the absorption of nutrients by plants and the management of the root zone, as it can control the vegetative/reproductive growth of a plant. Paprika usually undergoes its reproductive and vegetative growth simultaneously. Therefore, ensuring proper growth of the plant leads to increased yield of paprika. In this study, growth characteristics of paprika were examined according to the EC concentration of a coir and a rockwool substrate. The supply EC was 1.0, 2.0, and 4.0 mS·cm^-1 applied at the initial stages of the growth using the rockwool (commonly used by paprika farmers) and the coir substrate with a chip and dust ratio of 50:50 and 70:30. For up to 16 weeks of paprika growth, EC concentrations of 1.0 and 2.0 mS·cm^-1 were found to have a greater effect on the growth than EC at 4.0 mS·cm^-1. The normality (marketable) rate of fruit, the soluble solid content, and paprika growth showed that the coir was generally better than the rockwool regardless of the supply EC concentration. The values of the yield per plant at an EC concentration of 4.0 mS·cm^-1 was mostly similar at 1.6 kg (coir 50:50), 1.5 kg (coir 70:30) and 1.5 kg (rockwool), but the yield of the rockwool was 88%, which was lower than 98% and 94% yield of the coir substrate. Therefore, this concludes that coir substrate is more effective than rockwool at improving paprika productivity. The results also suggest that the use of coir substrate for paprika has many benefits in terms of reducing production costs and preventing environmental destruction during post-processing.

효율적 파프리카 양수분관리를 위한 중량제어 기반 자동 급액 변인 도출

김종균(Jongkyun Kim),백정현(Jeonghyun Baek),김종윤(Jongyun Kim) 고려대학교 생명자원연구소 2022 생명자원연구 Vol.30 No.-

본 연구는 현재 국내 파프리카 생산 현장에서 주로 사용하고 있는 수경재배에서 슬라브의 중량 제어를 통해 효율적으로 급액하는 자동 급액 알고리즘에 활용할 수 있는 변인들을 탐색하고자 수행하였다. 이를 위해 국내 두 지역(강원, 경남)의 파프리카 생산 농가에 슬라브 중량측정시스템을 설치하여 취득한 실제 재배 데이터를 기반으로 급액 방식을 분석하고, 중량제어 기반 자동 급액에 적용 가능한 변인 요소와 변인들의 수치 범위를 조사하였다. 연구 결과, 지역의 차이보다는 재배 작기 계절에 따라 급액량에 큰 차이가 있었으며, 1회 급액량 보다는 일일 급액 횟수에 따라 일일 급액량이 결정되어, 계절을 제시할 수 있는 온습도 환경 데이터와 일일 급액 횟수가 중량제어 기반 자동제어에 필요한 제어 요인으로 나타났다. 급액 시각에 있어서는 당일의 일출 및 일몰 시각이 가장 중요한 요인으로 작용하여 기상정보와의 연계가 필요한 것으로 보였다. 또한, 작물의 생육시기에 따라 양액 요구도가 다르게 나타나 작물 생육시기를 정량화하는 수치가 필요한 변인 요소로 판단되었다. 용탈분율의 경우 수치 자체보다는 급액과 배액의 전기전도도 및 1회 급액량을 고려해야 하는 항목이므로, 용탈분율을 중량제어 변인으로 사용하기 위해서는 더욱 고도화된 연구가 필요할 것으로 나타났다. 결과적으로 작물의 중량 변화 데이터를 통해 농가의 급액 정보를 알맞게 분석할 수 있었으며, 이를 통해 추후 작물의 중량 변화 측정을 기반으로 한 증발산량 분석 및 자동급액시스템에 활용할 수 있는 다양한 측정, 제어 변인들을 파악하였다. This study was conducted to investigate potential variables that can be used in slab weight-based automated nutrient solution feeding algorithms for efficient water and nutrient management for paprika production in Korea. A slab weight measurement system was installed at paprika production farms in two provinces (Gangwon and Gyeongsangnam-do) in Korea, and we analyzed the fertigation data at production farms, and to investigate the variables applicable to the weight control-based automated nutrient feeding system. As the result, the difference in the amount of fertigation was mostly dependent on the growing season rather than the region, and the daily fertigation amount was determined by the number of fertigation applications per day, suggesting environmental data such as temperature and relative humidity would be the required variable for season estimation, and the number of fertigation applications would be the control variable for automated fertigation system. The sunrise and sunset times were the most critical variables for fertigation timing, suggesting the weather information will need to be integrated into the system. The demand for fertigation was different depending on the crop growth stages, thus numerical variables that can quantify the crop growth stages should be developed further. Further study for the leaching fraction would be required to use it for the potential control variable, since complex considerations for the electrical conductivity of the nutrient solution supplied and drained and the fertigation amount per application would affect the leaching fraction value. Consequently, the crop weight change data could provide the information for analysis of nutrient feeding in the production farms, and we could consider the various measurement and control variables that can be used in the weight-based automated nutrient feeding system.

라인스케너를 이용한 자율주행 모니터링로봇의 성능향상 연구

김만중 ( Manjung Kim ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),임동혁 ( Donghyeok Im ),이정호 ( Jeongho Lee ),박성진 ( Seongjin Park ),김태현 ( Taehyun Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

최근 스마트 농업에 관한 관심의 증가와 스마트팜 기술의 발전으로 농업 자동화에 관한 관심이 증가하고 있다. 온실에서의 가장 중요한 일은 작물의 상태를 확인하고 기록, 진단하여 후속 조치를 통해 작물을 재배하는 일이다. 작물의 상태를 사람이 24시간 동안 확인할 수 없으므로, 이를 해결하기 위하여 모니터링 로봇에 관한 연구가 진행되고 있다. 모니터링 로봇이 효율적으로 모니터링작업을 수행하기 위해서는 로봇이 작업하는 곳의 정보를 알 필요성이 있다. 과거 연구되었던 모니터링 로봇의 주행은 자기 선을 이용한 주행방식, 라이다를 이용한 맵핑방식, 원격제어방식 등이 연구되었다. 그러나 기존 방식은 작업 중인 로봇의 위치를 알 수 없거나, 센서가 고가거나, 방식이 복잡한 단점이 존재하였다. 따라서 본 연구팀에서는 라인스케너를 이용하여 주행 시에는 선을 인식하여 주행하고, 위치정보는 바코드를 인식하여 획득하는 방식의 모니터링 로봇을 연구하였다. 그러나 로봇이 주행 중 바코드를 인식하지 못하는 경우가 발생하여 이를 해결하기 위한 연구를 진행하였다. 제작한 모니터링 로봇의 재원은 전체 크기 1900X180X1020mm, 윤거 700mm, 가운데 바퀴가 구동을 담당하는 스키드조향 방식으로 주행한다. 라인스케너는 OLS10-BP112311(SICK社, Waldkirch, Germany)를 사용하였다. 주요 재원은 감지거리 100mm 이하, 광점크기 180x11mm이다. 실험에 사용한 바코드는 SICK사의 BARCODE 7510-038-0001-0108이며 크기는 55x35mm 이다. 라인스케너 위치는 바퀴에서 400mm 떨어져 있으며, 좌우의 중앙에 위치해 있다. 연구 결과 로봇은 주행선의 중심으로부터 35mm, 각도 차이가 5°이상 발생하면 바코드를 인식할 수 없게 된다. 따라서 라인스케너를 로봇 바퀴 축 중앙으로 이동시키는 방법을 통해 직진주행성능을 높이일 수 있도록 설계변경을 수행하였다. 추가적으로 엔코더를 사용하는 방법, 카메라를 사용하는 방법, 스케너 변경하는 방법에 관한 연구를 수행하여 로봇의 자율주행 성능을 개선할 것이다.

저전력 광대역 무선망 활용 다중센싱 정보수집 및 분석 시스템 설계

김태현 ( Taehyun Kim ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),김만중 ( Manjung Kim ),임동혁 ( Donghyeok Im ),이정호 ( Jeongho Lee ),박성진 ( Seongjin Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

2014년 이후 생산성 향상과 노동력 절감을 목표로 스마트팜 확산ㆍ보급사업이 진행되고 있으나 현재 스마트온실 농가에 도입 된 기술은 대부분 1세대 수준이다. 2~3세대 기술 도입 지연의 주요 문제점은 다중 센싱 정보의 전처리 및 DB화를 위한 표준(사실상 표준 포함)에 대한 함의가 이루어져 있지 않고 업체 별로 센싱 처리 정보 규격 및 데이터 API 표준화 미흡 등 빅데이터 수집을 위한 체계 구축이 이루어지지않아 이로 인해 빅데이터, 인공지능을 기반으로 한 파생 기술인 농업용 로봇기술, 환경정보 수집 및 분석 등 자동화에도 문제가 발생한다. 본 연구에서는 IoT 데이터 처리 사실상 표준인 LwM2M 기반 데이터 처리 프로토콜을 이용한 다중 센싱 모니터링 자동화 및 분석 시스템 설계를 수행했다. 스마트온실 자동화를 위한 온실 크기ㆍ위치 별 센싱 모니터링 체계 구축을 위해 다음과 같은 항목에 대해 수집 및 정규화 및 자동 변환을 통해 데이터 생성이 이루어지도록 했다. 수집 및 생성 데이터 항목은 온ㆍ습도, 조도, CO2, VPD, 이슬점 및 근권(EC, pH, 배액, 로드셀), 생장점 부근 환경 정보, 외부기상정보(풍향, 풍속, 온습도)를 포함해 총 15 항목을 선정하였다. 생장점 인근 영상 정보는 WiFi, 그 외 정보는 LoRa를 활용해 수집하도록 설계하였다. 온실 내 데이터 수집 게이트웨이에서 LoRaWAN 전용 모뎀 연결 및 설정을 통해 무선네트워크망 기지국 안정화 무선 다중 경로 신호(Multipath Fading, Multipath Signal)의 무선신호 간섭을 파악해 지연율이 높은 기지국을 자동으로 탐지하고 해당하는 기지국과의 연결을 자동으로 끊고 지연율이 낮은 인근 기지국과 연결하여 통신환경을 개선하였으며, 기지국과의 통신거리 약 RSSI(-30) 미만의 경우, 100 Bytes 당 3.5~4.7 Sec. 가량 지연율이 감지될 시 모뎀에서 데이터 일부를 저장하면서 망스캔 및 재접속 등 개선 및 최적화를 진행하여 15개의 센싱 장비를 안정적으로 전송하도록 구성했다. 또한 센싱정보와 통신상태 모니터링, 무선센서 배터리 교체 시기 모니터링, 유해가스 검출 모니터링, 급격한 온도 상승(화재위험) 등 이상상태 감지 알림을 통합관리 할수 있도록 시스템을 설계하였다.