신선편이 식품의 생물학적 이물질 신속 검출에 관한 연구

모창연 ( Changyeun Mo ),김기영 ( Giyoung Kim ),임종국 ( Jongguk Lim ),이강진 ( Kangjin Lee ),김문성 ( Moon S. Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

신선편이 농산물의 국내 시장규모는 매년 성장하고 있으며, 대상도 엽채류, 과채류로 확대되고 있다. 소비자들이 신선편이 농산물을 기피하는 주요 원인은 안전성 우려로 위생에 대한 불신이 존재하고 있다. 이를 해결하기 위해 신선편이 식품에 존재하는 생물학적 이물질인, 애벌레, 파리, 지렁이 등을 신속하게 검출할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 형광 영상을 이용하여 신선편이 식품에서 생물학적 이물질을 판별할 수 있는 기술을 개발하고자 한다. 이를 위해 365 nm의 여기광을 조사하여 400~740nm 파장의 형광 영상을 측정하였다. 생물학적 이물질과 신선편이 식품을 구별하기 위한 파장 특성을 조사하였다. 그 결과 식선편이 식품은 엽록소 파장 대역인 686 nm 영역에서 생물학적 이물질보다 높게 나타나는 경향을 보였다. 이러한 형광 특성은 생물학적 이물질의 검출 가능성을 보여주었다. 본 연구는 신선편이 식품에 존재하는 이물질 뿐만 아니라 신선편이 가공시설에 존재하는 생물학적 이물질도 신속하게 검출할 수 있는 검사 장치 개발을 위한 기초 자료로 활용 가능하다.

초분광 형광 영상 기술을 이용한 백미의 원산지 판별

모창연 ( Changyeun Mo ),김기영 ( Giyoung Kim ),임종국 ( Jongguk Lim ),권성원 ( Kwon Sung Won ),임동규 ( Dong Kyu Lim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

국내 쌀 시장을 보호하기 위해 쌀의 수입물량을 제한하는 쌀 관세화 유예기간이 2014년에 종료되어 쌀 관세화가 2015년부터 시행되고 있다. 쌀 관세화에 의해 저가 수입산 쌀이 국내산 쌀로 둔갑할 우려가 높아지고 있다. 이에 수입산 쌀의 불법유통을 방지하기 위하여 양곡관리법이 개정되어 2015년부터 시행되고 있지만, 국내산 쌀과 외관이 유사한 중립종과 단립종을 육안으로 식별이 불가능하여 원산지가 국내산으로 둔갑될 우려가 있다. 이에 신속하고 비파괴적으로 쌀의 원산지를 판별할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 초분광 형광 영상을 이용하여 국내산 백미와 중국산 백미의 원산지를 신속하게 측정하는 기술을 개발하였다. 백미는 국내에서 생산된 50종과 중국 동북 삼성지역(흑룡강성, 길림성, 요령성)에서 생산된 50종을 수집하여 사용되었다. 백미의 원산지에 따른 형광 영상을 측정하기 위해 초분광 형광 영상 시스템을 이용하였다. 이 시스템은 365nm 파장의 UV-A 여기광, 시료 이송부, 초분광 형광 영상 획득부로 구성되어 있다. UV-A 광은 15° 각도로 대칭으로 시료에 조사되고 420 ∼ 780 nm 파장 영역의 형광 영상 스펙트럼이 측정되었다. 측정한 분광영상에서 추출한 픽셀스펙트럼으로 원산지 판별 모델을 개발하였다. 중국산 백미는 국내산 백미보다 465 nm와 489 nm 파장 피크에서 형광세기가 낮게 나타나는 특성을 보였으며, 650 nm ~ 710 nm 파장영역에서는 중국산 백미가 국내산 백미보다 형광세기가 높게 나타났다. 다양한 스펙트럼 전처리 수행한 결과, 미분을 한 스펙트럼에서 국내산과 중국산 백미의 형광 세기가 다른 전처리들 보다 더 큰 차이를 보였다. 주성분 분석과 선형판별법을 적용하여 국내산과 중국산 백미의 원산지 판별 모델들 개발하였다. 그 결과, 1차 미분과 2차 미분을 적용한 모델의 국내산과 중국산 판별정확도가 모두 100%로서 전처리를 수행하지 않은 스펙트럼을 이용하여 개발한 판별모델보다 판별성능이 개선되었다.

국내산과 중국산 쌀의 원산지 판별을 위한 초분광 영상 처리에 관한 연구

모창연 ( Changyeun Mo ),임종국 ( Jongguk Lim ),김기영 ( Giyoung Kim ),권성원 ( Kwon Sung Won ),임동규 ( Dong Kyu Lim ),민현정 ( Hyun Jung Min ),권경도 ( Kyungdo Kwon ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1

우리나라에서는 수입 개방화 추세에 따라 공정한 유통질서 확립하고 국내 생산자와 소비자를 보호하기 위하여 원산지 표시제가 시행되고 있다. 그러나 수입 농산물과 국산 농산물의 큰 가격차이로 인하여 원산지를 허위 표시하는 경우가 증가하고 있다. 특히 쌀 관세화 전환 의무에 따른 수입산 쌀 증가하고 있으며 단립종과 중립종 수입산 쌀은 국내산 쌀과 외관이 유사하여 육안식별이 어려워 국내산 쌀로 둔갑할 우려가 있다. 이에 신속하고 비파괴적으로 쌀의 원산지를 판별할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내산 쌀과 중국산 쌀의 원산지를 신속하게 판별가능한 영상 처리기술을 개발하였다. 쌀은 국내에서 생산된 중립종 50점과 중국에서 생산된 단립종 및 중립종 51점이 수집되어 사용되었다. 쌀의 분광 영상은 초분광 가시광 및 근적외선 영상 시스템을 이용하여 측정하였다. 이 시스템은 할로겐-텅스텐 라인광, 시료 이송부, 초분광 영상 획득부로 구성되어 있다. 텅스텐-할로겐 라인광은 15° 각도로 대칭으로 시료에 조사되고 400 ~ 1000 nm 파장 영역의 반사광 영상 스펙트럼이 측정되었다. 초분광 영상 데이터는 광에 노출되지 않은 암실에서의 파장별 영상과 반사율이 99% 이상인 기준판의 파장별 영상을 이용하여 교정되었다. 부분최소제곱회귀법을 이용하여 쌀 원산지 판별모델 식을 개발하였고, 이 판별모델식을 교정된 초분광 영상에 적용하여 영상처리 판별 모델을 개발하였다. 그 결과, 원산지 판별정확도가 97.4% 이상으로 나타났으며, 국내산과 중국산 쌀의 원산지 판별이 가능하였다.

농식품 가공 시설의 오염 신속 측정에 관한 연구

모창연 ( Changyeun Mo ),김기영 ( Giyoung Kim ),김문성 ( Moon S. Kim ),황찬송 ( Chansong Hwang ),서영욱 ( Youngwook Seo ),이아영 ( Ah-yeong Lee ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

장출혈 대장균에 오염된 새싹채소 등으로 인한 식중독 사고 발생에 의해 고품질의 안전한 농식품에 대한 소비자의 요구가 증대되고 있으며 또한 농식품의 위해요소에 대한 국제기준 강화로 농식품 안전성 검사 수요가 증가하고 있다. 이에 농식품 생산 및 가공단계에서 농식품 안전성을 향상시키기 위해서 식품가공 공장의 안전성을 신속하게 검사할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 분광 영상 기술을 이용하여 식품 가공시설의 오염여부를 신속하게 측정할 수 있는 기술을 개발하였다. 농식품 가공 장치의 표면 재질에 미생물 번식 가능성이 높은 오염원 검출을 위해 초분광 형광 영상 시스템을 이용하였다. 이 시스템은 365nm 파장의 UV-A 여기광, 시료 이송부, 초분광 형광 영상 획득부로 구성되어 있고 형광 영상 스펙트럼의 파장영역은 420 ~ 780 nm 이다. 측정한 형광 영상을 이용하여 토마토, 오렌지, 사과의 오염 여부를 검출할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 500, 660, 780 nm 파장 대역에서 토마토, 오렌지, 사과의 오염된 부분이 스테인리스 표면 재질보다 형광의 세기가 크게 나타나는 특성을 보였다. 농식품 가공 장치 표면에서 형광 분광 영상으로 20배 희석된 잔류유기물에 의한 오염부위의 검출가능성을 확인하였다.

국내 원산지별 고춧가루의 매운맛 비파괴 측정기술 개발

모창연(Changyeun Mo),이강진(Kangjin Lee),임종국(Jong-Guk Lim),강석원(Sukwon Kang),이현동(Hyun-Dong Lee),조병관(Byoung-Kwan Cho) 충남대학교 농업과학연구소 2012 농업과학연구 Vol.39 No.4

In this research, the feasibility of non-destructive measurement technique of pungency measurement was investigated for the red-pepper powders produced in different domestic areas in South Korea. The near-infrared absorption spectra in the range of 1100 nm~2300 ㎚ was used to measure capsaicinoids content in red-pepper powders by using a NIR spectroscopy equipped with Acousto-optic tunable filters (AOTF). Fourth three different red-pepper powders from 14 different locations were collected and separated in three different particle size (below 0.425 ㎜, 0.425~0.71 ㎜, 0.71~1.4 ㎜) for the spectral measurements. The partial least square regression (PLSR) models to predict the capsaicinoids content depends on particle size were developed with the measured spectra. The determinant coefficients and standard errors of the developed models for the red-pepper powders of below 0.425 ㎜, 0.425~0.71 ㎜, and 0.71~1.4 ㎜ were in the range of 0.859~0.887 and 12.90~12.99 ㎎/100 g, respectively. The PLS model with the pretreatment of Standard Normal Variate (SNV) for the red-pepper powders below 1.4 mm particle size showed the best performance with the determinant coefficient of 0.844 and the standard error of 14.63 ㎎/100 g.

가시광 및 근적외선 투과분광법을 이용한 감염 씨감자 온라인 선별시스템 개발

김대용,모창연,강점순,조병관,Kim, Dae Yong,Mo, Changyeun,Kang, Jun-Soon,Cho, Byoung-Kwan 한국비파괴검사학회 2015 한국비파괴검사학회지 Vol.15 No.1

본 연구에서는 온라인 감염 씨감자 비파괴선별 시스템을 구축하고 감염 씨감자 선별을 위한 통계적 모델을 개발하여 적용함으로써 선별시스템의 성능을 평가하였다. 선별모델 개발을 위해 토양병 및 잠복 감염의 대표적인 병원성 세균인 pectobacteruim atrosepticum을 인위적으로 씨감자에 감염시켜 씨감자 내부에 병징이 발현되도록 하여 실험하였다. 구축된 선별시스템을 통해 감염 및 정상 씨감자의 투과스펙트럼을 획득한 후 최소자승판별법(partial least square-discriminant analysis)을 이용하여 감염 씨감자 검출모델을 개발하였다. 개발된 모델의 검정결정계수는($R^2$) 0.943이었고 분류의 정확도는 99%(n=80) 이상으로 우수한 선별성능을 보였다. 개발된 온라인 감염 씨감자 선별시스템은 씨감자 선별뿐만 아니라 다양한 농산물의 감염을 검출하는 기반기술로 응용이 가능할 것으로 판단된다. In this study, an online seed potato sorting system using a visible and near infrared (40 1100 nm) transmittance spectral technique and statistical model was evaluated for the nondestructive determination of infected and sound seed potatoes. Seed potatoes that had been artificially infected with Pectobacterium atrosepticum, which is known to cause a soil borne disease infection, were prepared for the experiments. After acquiring transmittance spectra from sound and infected seed potatoes, a determination algorithm for detecting infected seed potatoes was developed using the partial least square discriminant analysis method. The coefficient of determination($R^2_p$) of the prediction model was 0.943, and the classification accuracy was above 99% (n = 80) for discriminating diseased seed potatoes from sound ones. This online sorting system has good potential for developing a technique to detect agricultural products that are infected and contaminated by pathogens.

소도체 품질 판정을 위한 RGB 영상처리 기술의 적용 가능성 연구

권경도 ( Kyung-do Kwon ),모창연 ( Changyeun Mo ),임종국 ( Jongguk Lim ),김기영 ( Giyoung Kim ),강정숙 ( Jungsook Kang ),이영주 ( Youngju Lee ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ),이왕희 ( Wanghee Lee ),양승환 ( Seunghwan Yang ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

국내를 포함한 대부분의 국가에서는 인력(판정사)에 의해 소고기의 품질 등급을 결정하고 있다. 각 나라마다 등급 판정 절차는 상이하지만, 판정 인자는 등급판정부위(국내에서는 좌도체 흉추와 제1 요추 사이의 등심 쪽 절단면)의 근내지방도, 육색, 지방색, 조직감 등으로 크게 다르지 않다. 하지만 판정 과정에서 숙련된 판정사일지라도 주관적인 판단이 포함된다. 이를 해결하고 더 객관적인 정보를 획득하기 위해 다양한 장치와 분석 방법들을 기반으로 활발한 연구가 진행되고 있지만, 실제 현장 적용은 힘든 실정이다. 따라서 본 연구는 사람의 시각을 대체하고 객관적인 데이터를 획득하기 위해 Computer vision 장치와 영상처리를 이용한 소고기 품질 평가에 활용될 시스템 구축을 위한 기초 연구이다. 연구에 사용된 소고기는 실제 판정에 사용되는 등급판정부위를 등급별(1++, 1+, 1 2, 3 등급)로 준비하였다. 각 시료마다 RGB 영상을 획득하고, 품질 판정을 위해 이 영상들을 이용하였다. 영상처리를 위해 왜곡 및 색상 보정, 배경 제거, 관심영역 추출, 고기와 지방 부위 분할 등을 순차적으로 수행하였다. 이는 등급 판정에 주요인자인 근내지방도를 정량적으로 측정하는 알고리즘 개발에 기초 단계로의 활용이 적합하다고 판단된다. 추후 연구에서 이를 중점적으로 다뤄 최종 목표인 자동 품질 판정 시스템 구축에 기여하고자 한다.

양봉업 전용 벌통 자동 이동 보조 장치 개발

왕평안 ( Pingan Wang ),모창연 ( Changyeun Mo ),김수배 ( Subae Kim ),김준호 ( Joonho Kim ),정원기 ( Wonki Chung ),한웅철 ( Xiongzhe Han ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

현재 국내 양봉업자들은 하단 벌통 내검하기 위해 수작업으로 상단 벌통을 반복적으로 운반하는 어려운 점을 해결 및 효율적으로 벌통을 관리하기 위해 양봉업 전용 벌통 이동 보조 장치 개발이 필요하다. 본 연구에서는 기존 연구에서 개발하였던 양봉 사양 관리용 전기 양봉 운반차 바탕으로 이동형 벌통의 운반 보조 장치를 추가 설계하고자 한다. 우선 실제 벌통의 운반 범위를 조사 및 측정하여 SolidWorks에서 보조 장치의 3차원 모델을 설계하고자 하고 Simulation 기능을 통해 보조 장치의 중요한 부품에 대해 정응력 분석을 실행하고자 한다. 그리고 적합한 보조 장치의 액추에이터 선정하기 위해 RecurDyn 다물체 동역학 분석 환경에서 보조 장치의 시뮬레이터 구축 후 전체 구동 과정을 시뮬레이션하여 액추에이터의 동작 특성에 대해 분석하고 자 한다. 마지막으로 Simulink 및 RecurDyn 통합하여 자동 제어 알고리즘을 개발 후 현장 환경을 구축하여 벌통 자동 이동 보조 장치의 작동 성능을 검토하고자 한다.

ICT 기술을 접목한 양우 스마트 축산 연구 동향 및 기술 동향 분석

김민지 ( Min-jee Kim ),모창연 ( Changyeun Mo ),홍순중 ( Soon-jung Hong ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ),이대현 ( Dae Hyun Lee ),신창섭 ( Chang-seop Shin ),장경제 ( Kyoung Je Jang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

전 세계적으로 미래 먹거리에 대한 기술의 국산화가 사회적 관심이되고 있는 현실에서 ICT 기술을 접목한 스마트축사 개발을 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다. 축산 스마트 축사는 자동 제어 중심의 장비개발 및 보급에서 보급된 장비에서 발생하는 빅데이터를 활용한 정밀제어 및 의사결정 지원이 가능한 빅데이터 분석 플랫폼 시장으로 진화하고 있다. 축종별로 한우는 농장의 규모화나 전업 화가 다른 축종에 비해 늦기 때문에 양돈, 양계 등의 타 축종에 비해 스마트 팜 기술 활용도가 낮은 편이다. 따라서 본 연구에서는 지능형 ICT 기술을 활용한 양우 스마트 축산 국내외 연구 동향과 기술 개발 동향에 대해 알아보고자 하며 환경 관리 ICT와 사양 관리 ICT로 나눠서 동향을 조사하였다. 국내 축사 내부/외부 관리 시스템의 경우, 축사 시설의 온/습도, 환경 센서, CO2, 광 센서, 등을 이용하여 u-IT 기반의 통합 관리 시스템을 설계하고 축사의 팬 동작, 창문과 천장 열림 등의 자동화 시스템을 구축하였다. 국내의 경우, 영상 기술을 이용한 사양 관리 연구는 꾸준히 수행중에 있으나 사료 자동 급이기, 자동 포유기 등 농업 로봇을 이용한 사양 관리 기술은 농업 선진국에 비해 연구 내용이 부족한 실정이며 기존에는 육안이나 IR 센서, 보수계 및 가속도 센서 등을 이용하였으나 최근에는 기존의 기술과 딥러닝 기술을 결합한 스마트 사양 관리 시스템을 구축하기 위한 연구를 활발하게 수행하고 있다. 농업 선진국의 경우, 최근 2차원 이미지 분석을 통한 개체 인식 기술과 더불어 3차원 이미지를 통한 개체 인식 기술, 증체율 측정 등 생체 평가 기술 연구를 수행하고 있어 국내에서도 정확한 개체 관리를 위한 개체 인식 기술의 고도화가 필수적이며 각 요소기술들을 접목함으로서 스마트 사양 관리 시스템 및 로봇 개발이 필요할 것으로 판단된다.

형광 분광 특성을 이용한 병원성 미생물의 검출

박샛별 ( Saetbyeol Park ),모창연 ( Changyeun Mo ),김기영 ( Giyoung Kim ),임종국 ( Jongguk Lim ),유진영 ( Jinyoung Yoo ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

건강과 삶의 질 향상에 대한 요구가 증가함에 따라 소비자의 농식품 구매 기준이 과거 질이나 양, 가격에서 품질, 맛, 안전성 등으로 변화하고 있다. 식품업계는 농식품 안전성에 대한 소비자 신뢰와 요구 증대를 위해 안전관리시스템을 마련해 시행하고 있다. 농약, 중금속, 곰팡이, 잔류성 유기오염물질 등의 유해물질로부터 안전한 먹거리를 원하는 소비자로 인해 GAP (농산물 우수관리제도) 또는 친환경 인증을 받은 농산물의 수요가 증가하는 추세이다. 병원성 미생물은 농산물의 안전성을 위협하는 대표적인 생물학적 위해요소로써 식품 표면이나 도마, 조리기구 등에 잔류할 경우 직·간접적으로 식중독 발병의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 병원성 미생물을 신속하게 검출할 수 있는 장치를 개발하기 위해 병원성 미생물 검출에 적합한 형광 스펙트럼 조건을 구명하고자 하였다. 병원성 미생물의 형광 발현 정도는 마이크로 플레이드 리더기를 사용하였고, 여기광을 250~450 nm 파장영역에서 변경시키면서 400~800 nm 영역에서 형광 발현 스펙트럼을 측정하였다. 그 결과, 대장균과 살모넬라균은 520 nm 부근에서 형광 피크가 발생하여 대조구과 구별이 되었다. 이러한 형광 분광 특성은 농산물 안정성 검사를 위한 신속장치 개발을 위한 기초 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.