KR101768450B1 - 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 소의 체온을 측정하기 위해 외부 표면 온도가 실제 체온에 근접한 부위를 선택하여 열화상 이미지로 촬영한 데이터와, 체온에 영향을 미치는 외부 환경요인으로부터의 데이터를 통합하여 체표온도의 변화 범위를 구축함으로써, 이를 이용하여 간단하게 소의 건강 상태를 판단할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
따라서 본 발명은 가축의 체표온도를 열화상 카메라로 촬영하고 주변 환경요인의 측정 값과 통합하여 분석함에 따라 체표온도 변화 범위를 설정하여 기준으로 삼을 수 있는 데이터를 도출할 수 있는 방법을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 소의 눈 부위를 시간 간격을 두고 열화상 이미지로 촬영하고, 촬영과 동시에 주변 온도, 습도 및 풍속을 측정하여 이를 통합한 표본추출 데이터를 확보함으로써, 환경요인으로부터의 영향을 감안한 소의 체표온도 변화 범위를 설정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기와 같은 체표온도 변화 범위를 설정함에 따라 후보 소를 열화상 이미지로 촬영한 후 체표온도가 설정 범위 안에 포함되는지의 여부를 사용자에게 실시간으로 알려주는 시스템의 구축 가능성을 제시하는 효과가 있다.
따라서 본 발명은 가축의 체표온도를 열화상 카메라로 촬영하고 주변 환경요인의 측정 값과 통합하여 분석함에 따라 체표온도 변화 범위를 설정하여 기준으로 삼을 수 있는 데이터를 도출할 수 있는 방법을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 소의 눈 부위를 시간 간격을 두고 열화상 이미지로 촬영하고, 촬영과 동시에 주변 온도, 습도 및 풍속을 측정하여 이를 통합한 표본추출 데이터를 확보함으로써, 환경요인으로부터의 영향을 감안한 소의 체표온도 변화 범위를 설정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기와 같은 체표온도 변화 범위를 설정함에 따라 후보 소를 열화상 이미지로 촬영한 후 체표온도가 설정 범위 안에 포함되는지의 여부를 사용자에게 실시간으로 알려주는 시스템의 구축 가능성을 제시하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열화상 이미지를 통해 가축의 체온을 측정하고 주변 환경요인의 영향을 반영하여 설정된 기준에 따라 이상 여부를 확인할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 축산농가에서 사육하는 가축은 인류가 야생동물을 순치, 개량한 인류생활에 유용한 동물로, 주로 고기, 우유, 계란 등의 축산물을 제공해 왔다. 조류에 속한 것을 가금이라 하여 이를 제외하고 포유류만을 좁은 뜻의 가축이라 하기도 한다. 상기 가축에는 돼지, 소, 젖소, 개, 말, 염소 등이 포함된다. 산업이 발달함에 따라 축산산업 또한 발달하고 있으며, 축산산업의 발달에 따라 상기 돼지, 소, 젖소, 개, 말, 염소 등은 축사에서 대량으로 사육되고 있는 실정에 있다.
체온은 질병을 진단하고 동물의 생리적 상황을 평가하는 가장 보편적인 지표 중의 하나이며, 소의 경우에는 열 환경 관련 스트레스를 측정하는 데에 일반적으로 이용된다. 일반적으로 가축의 체온을 측정하기 위해 대단위 축산 농가에서는 축사에서 사육하는 다수의 가축을 효율적으로 관리하기 위해서 축사 내의 가축을 촬영하여 체온 영상 정보를 획득하는 장치를 고안하고 활용해왔다.
특히 열화상 분석은 대상을 침해하지 않으면서도 신속한 값을 얻을 수 있기 때문에 가축에게 인위적인 스트레스를 주지 않고 측정할 수 있어 이로 인한 체온 값 변화의 오류가 없다. 또한 빠른 시간 내에 체표의 다양한 부위에서 측정이 가능하기 때문에 가축을 집단으로 사육하는 경우 체온변화를 빠르게 인지하여 건강상태를 보다 신속하고 정확하게 살피기에 유용한 도구라고 할 수 있다. 그러나 이러한 장치의 사용에 있어 촬영된 체온 영상 정보와 기설정된 가축의 체온 영상 정보를 비교 판단함에 있어, 해당 가축의 외부 표면 온도를 측정하기 때문에 해당 가축의 심부 온도를 측정할 수 없는 문제점이 있었다. 관련 종래기술로는 한국공개특허 제10-2011-0030888(2011.03.24.) 등이 있다.
따라서 본 발명에서는 소의 체온조절 반응에 관한 자료를 얻기 위해 적외선 열화상(Infrared thermography, IRT) 카메라를 활용하여 체표온도(body surface temperature, BST) 측정에 대한 기초 자료를 마련하고, 동물이 처한 상황을 평가하고 예측해야 함에 착안하였다. 열화상 촬영과 동시에 주변의 환경요인을 변수로 두어 데이터를 통합하고, 또한 외부 표면 온도 중에서도 실제 체온을 효과적으로 표현하는 부위를 탐색함으로써 열화상 이미지를 이용하여 소의 건강 상태를 판단할 수 있는 방법을 제시하였다.
본 발명의 목적은, 소의 체온을 측정하기 위해 외부 표면 온도가 실제 체온에 근접한 부위를 선택하여 열화상 이미지로 촬영한 데이터와, 체온에 영향을 미치는 외부 환경요인으로부터의 데이터를 통합하여 체표온도의 변화 범위를 구축함으로써, 이를 이용하여 간단하게 소의 건강 상태를 판단할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 균일한 시간 간격을 두고 표본 가축의 체표 온도를 열화상 카메라로 촬영하는 단계; (b) 상기 (a)단계의 촬영과 동시에 주변 환경요인인 온도, 습도 및 풍속을 각각의 통상의 측정 도구로 측정하는 단계; (c) 상기 (a) 내지 (b)단계에서 수집된 데이터를 통합하여 시간에 따른 환경요인 및 표본 체표온도의 변화 범위를 설정하는 단계; 및 (d) 측정하고자 하는 후보 가축의 체표온도를 열화상 카메라로 촬영하여 상기 (c)단계에서 설정된 범위를 기준으로 비교함으로써 이상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법을 제공한다.
상기 열화상 카메라의 촬영 부위는 표본 및 후보 가축의 눈(eye)일 수 있다.
상기 열화상 카메라의 촬영 거리는 표본 및 후보 가축으로부터 3 m 이내일 수 있다.
상기 환경요인 및 표본 체표온도의 변화 범위는 계절에 따라 달리 설정할 수 있다.
상기 표본 및 후보 가축은 소과(Bovidae) 동물일 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 소의 눈 부위를 시간 간격을 두고 열화상 이미지로 촬영하고, 촬영과 동시에 주변 온도, 습도 및 풍속을 측정하여 이를 통합한 표본추출 데이터를 확보함으로써, 환경요인으로부터의 영향을 감안한 소의 체표온도 변화 범위를 설정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기와 같은 체표온도 변화 범위를 설정함에 따라 후보 소를 열화상 이미지로 촬영한 후 체표온도가 설정 범위 안에 포함되는지의 여부를 사용자에게 실시간으로 알려주는 시스템의 구축 가능성을 제시하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소의 눈에서 측정한 체표온도의 계절별 변화.
도 2는 봄 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 3은 여름 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 4는 가을 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 5는 겨울 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 2는 봄 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 3은 여름 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 4는 가을 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
도 5는 겨울 기준 소의 유효부위 별 체온과 체표온도의 일중 변화.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 (a) 균일한 시간 간격을 두고 표본 가축의 체표 온도를 열화상 카메라로 촬영하는 단계; (b) 상기 (a)단계의 촬영과 동시에 주변 환경요인인 온도, 습도 및 풍속을 각각의 통상의 측정 도구로 측정하는 단계; (c) 상기 (a) 내지 (b)단계에서 수집된 데이터를 통합하여 시간에 따른 환경요인 및 표본 체표온도의 변화 범위를 설정하는 단계; 및 (d) 측정하고자 하는 후보 가축의 체표온도를 열화상 카메라로 촬영하여 상기 (c)단계에서 설정된 범위를 기준으로 비교함으로써 이상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법을 제공한다.
상기 열화상 카메라의 촬영 부위는 표본 및 후보 가축의 눈(eye)인 것을 특징으로 한다.
상기 열화상 카메라의 촬영 거리는 표본 및 후보 가축으로부터 3 m 이내인 것을 특징으로 한다.
상기 환경요인 및 표본 체표온도의 변화 범위는 계절에 따라 달리 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 표본 및 후보 가축은 소과(Bovidae) 동물인 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 체표온도 측정을 위한 소의 준비
체표온도 변화 측정을 위한 표본 데이터의 수집을 위해서 경기도의 비육우 전문 사육농장의 거세우 27두를 준비하였다. 두 당 10 m2 의 바닥 면적을 제공하고, 1개 우리(penitentiary, pen) 당 3두씩 사육하였다. 우사에는 4.5 m 높이의 환기유도 지붕과 겨울철 북서풍을 막아줄 윈치커튼을 설치하였다. 사료는 한우사양표준에 근거하여 완전혼합사료(Total Mixed Ration, TMR) 형태로 자유채식하고, 바닥에는 15 cm 두께의 톱밥을 준비하여 정기적 교체를 통해 마른 상태를 유지하였다.
체표온도의 편차 비교를 위한 표본 데이터의 수집을 위해서는 한우 비육기 암소 8두를 준비하였다. 기타 사육 조건은 상기 거세우 27두의 경우와 동일하게 조성하였다.
실시예 2. 체표온도 변화 측정을 위한 데이터 수집
적외선 열화상 이미지는 계절 별로 하루에 5회 즉 7, 10, 13, 16 및 1시를 기준으로 거세우 27두 개체 당 3회씩 반복하여 수집하였다. 실험일은 계절 별로 환경온도의 스펙트럼을 관찰하기 쉽도록 일교차가 큰 날을 선택하였다. 수집된 자료는 촬영 거리가 3 m 이내의 거리에 해당하는 것이 바람직하다. 측정거리가 3 m를 초과하면 감도가 떨어지므로 실제 수치보다 낮게 측정될 우려가 있기 때문이다. 적외선 열화상 이미지 촬영 시간에 맞춰 공기온도와 상대습도를 기록하였고, Journal of Dairy Science Vol. 83, No. 9, 2000에 근거한 하기 공식에 의하여 온습도지수(THI)를 산출하였다. 하기 공식에서 온도(temperature)는 섭씨 기준 일 최고온도, 습도(humidity)는 비율로 표시된 일 최저습도를 나타낸다.
THI = (9/5 temperature ℃ + 32) - (11/2 - 11/2 × humidity) × (9/5 temperature ℃ - 26)
실시예 3. 체표온도 변화 측정 데이터의 분석
적외선 열화상 이미지를 분석하는 과정에서 각 부위의 최고 표면온도를 기록하고, 그 값을 계절 별, 부위 별로 비교 분석하였다. '눈'은 결막(conjunctiva)과 결막을 뒤덮는 주변 피부(skin)를 포함하고, '코'는 코의 점막(nasal cavity), '뿔'은 뿔의 각질(stratum corneum), '귀'는 표면상으로 드러나 보이는 외이(external ear)를 모두 포함하고, '항문'은 꼬리 안쪽에 감춰진 항문 주변을 의미한다.
코, 뿔 및 귀는 눈과 항문 주변에 비해 대부분 유의적으로 낮은 온도를 기록하였다. 항문 주변은 전반적으로 눈 부위와 비슷한 온도가 분포되어 있었다. 그러나 환경온도가 낮은 봄, 가을, 겨울의 7시와 가을의 10시, 겨울의 16시 및 19시에 측정한 값은 눈보다 유의적으로 낮았으며 꼬리에 가려져 있기 때문에 열화상 촬영을 통한 측정 방법을 적용하는 데 어려움이 있었다. 눈의 체표온도는 가장 높았으며 소의 평균 체온(38.5 ℃)에 가장 근접하게 나타났다. 또한 5개의 체표 부위 중 가장 편차가 적고 가장 안정적인 것으로 확인되었다. 따라서 소의 체표온도 값을 효과적으로 측정하기 위해서는 눈이 가장 적절한 부위라고 판단할 수 있었다(도 1).
한우의 눈 체표온도 평균값은 봄에는 33.78 내지 36.50 ℃, 여름에는 37.91 내지 42.17 ℃, 가을에는 34.31 내지 37.40 ℃, 겨울에는 29.84 내지 32.56 ℃인 것으로 확인되었다. 측정일을 기준으로 한 환경온도의 분포 범위는 봄 4 내지 24 ℃, 여름 25 내지 35 ℃, 가을 13 내지 26 ℃ 및 겨울 -9 내지 2 ℃였다. 10 내지 16시 사이에는 여름이 가장 체표온도가 높았다. 체표온도의 편차는 겨울에 가장 컸으며 여름에는 7시에 측정한 데이터를 제외한 모든 시간대에서 소의 실제 평균 체온인 38.5 ℃를 훨씬 뛰어넘는 39.58 내지 42.17 ℃의 값을 나타냈다.
실시예 4. 체표온도 편차 비교를 위한 데이터 수집
환경온도의 변화에 따른 암소 8두의 체온과 열화상 카메라를 이용한 체표온도를 하루에 2시간마다 7회, 개체 당 3회씩 반복하여 측정하였다. 체온은 직장(TRT) 및 눈(TET)을 대상으로, 체표온도는 항문(ITRT) 및 눈(ITET)을 대상으로 측정하였다. 열화상 카메라 이용시에는 촬영거리 3 m 이내에서 촬영하는 것을 기준으로 하였다. 상기 방법에 따라 봄, 여름, 가을 및 겨울에 대한 각각의 데이터를 계절 별로 수집하였다.
체표온도는 소의 내부체온에 가장 큰 영향을 받으며 외부환경온도에도 깊은 영향을 받는다. 한우의 눈 부위 체표온도는 32 내지 42 ℃의 범위 안에서 외부환경온도에 비례하는 경향이 있다. 체표온도는 외부환경온도 뿐만 아니라 상대습도(%)에도 적지 않은 영향을 받기 때문에, 동일 환경온도라 하더라도 특히 환경온도가 높은 여름철에는 상대습도를 함께 고려하여야 한다. 추후 보정계수 식을 확립하여 신속하게 실시간으로 소의 건강 상태를 판단하기 위해서는 온습도지수를 계산하여 분석 과정에 이용하는 것이 바람직하다.
체표온도는 풍속에도 영향을 받으므로 동일 환경온습도라 하더라도 특히 겨울 및 바람이 많이 불어오는 봄에는 풍속 및 우사 내 환풍시스템을 함께 고려하여야 한다. 체표온도는 소의 내부체온리듬에도 민감하게 반응하여 환경온도가 동일하다 하더라도 한낮의 측정값에 비해 새벽부터 이른 오전까지는 다소 낮게, 늦은 오후부터 저녁까지는 다소 높게 나타날 가능성이 있다.
따라서 체온 및 체표온도를 측정하여 이상 여부를 판단하는 데 있어 주변 환경요인으로부터의 영향과 그로부터의 편차를 인지하는 것이 매우 중요하고, 이를 감안하여 데이터를 분석할 필요가 있다.
체표온도는 그 외에도 측정부위, 측정거리, 초점, 직사광선, 측정대상에 묻은 이물 및 물기에도 영향을 받으므로 측정부위가 적절한 한편 측정거리는 3 m 이내로 가깝고, 초점은 정확해야 하며, 측정대상에 직사광선이 쪼이거나 이물 및 물기가 함께 있는 경우에는 대상에서 제외하였다.
실시예 5. 체표온도 편차 데이터 비교 분석
환경온도로서의 계절 별 눈 및 직장의 체온, 눈 및 항문주위의 체표온도를 측정한 부위별 결과를 비교 분석하였다. 측정일을 기준으로 한 환경온도의 분포 범위는 봄 0 내지 13 ℃, 여름 25 내지 34 ℃, 가을 13 내지 26 ℃ 및 겨울 -10 내지 -1 ℃였다. 실시예 3의 측정일 기준 환경온도의 범위와 명확하게 일치하는 것은 아니나, 기본적인 사계절의 차이를 실험에 반영하고자 한 설정이므로 나타내고자 하는 바가 같아 이로 인한 오류는 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 이를 기준으로 했을 때 하루 중 시간과 환경온습도의 변화에 따른 체온(TRT, TET)과 체표온도(ITRT, ITET)의 증감은 도 2 내지 5와 같다.
소의 직장체온을 직접 측정한 TRT의 수치는 혹한기인 겨울을 제외하고는 환경온도에 따른 영향 없이 38.0 내지 38.9 ℃의 범위(겨울 37.05 내지 40.61 ℃)에서 변화하여 실제 소의 체온을 잘 반영함과 동시에 정온동물로서 체내 항상성 유지 기작의 특징을 보였다.
눈의 체온을 약간의 거리(5 cm 이내)를 두고 체온기로 직접 측정한 TET 또한 TRT보다는 낮지만 36.48 내지 38.29 ℃로 범위가 비교적 안정적이므로 환경온도에는 별다른 영향을 받지 않는 양상을 나타냈다.
그러나 열화상 카메라로 측정한 눈과 항문 부위의 체표온도는 TET, TRT보다 변화 범위도 더 넓어지고 곡선의 증가도 또한 다소 가파른 양상으로 진행함을 보였다.
한우의 항문주위 체표온도(ITRT)는 봄에는 34.18 내지 37.54 ℃, 여름에는 37.68 내지 41.15 ℃, 가을에는 36.50 내지 38.60 ℃, 겨울에는 32.32 내지 35.74 ℃로 나타났다.
한우의 눈 체표온도(ITET) 평균값은 봄에는 35.51 내지 37.85 ℃, 여름에는 37.72 내지 41.73 ℃, 가을에는 35.60 내지 39.00 ℃, 겨울에는 34.09 내지 36.28 ℃로 나타났다.
고온다습한 여름철 26 ℃ 이상의 혹서기에는 적외선 열화상 체표온도인 ITRT(39.28 내지 41.15 ℃)와 ITET(39.91 내지 41.73 ℃)가 소의 평균 체온인 38.5 ℃를 훨씬 웃돌기 때문에 TET 및 TRT 곡선 범위보다 상회하고, 한냉건조한 겨울철 영하 이하의 혹한기에는 ITRT(32.32 내지 35.74 ℃)와 ITET(34.09 내지 36.28 ℃)가 소의 평균 체온인 38.5 ℃를 훨씬 밑돌기 때문에 TET 및 TRT 곡선 범위보다 하회한다. 환경온도가 약 0 내지 25 ℃인 봄, 가을철에는 ITRT와 ITET가 TET 및 TRT 곡선 범위에 근접하거나 겹치는 경향을 나타낸다.
체표온도는 동물의 내외부 열출납지수의 결과이기 때문에 다소 여러 요인이 복합적으로 영향을 미치기는 하나 가축의 상태를 직접적으로 확인할 수 있고, 그 범위 또한 환경온도의 편차(-10 내지 35 ℃)에 비하면 상대적으로 좁아 약 10 ℃(32 내지 42 ℃)의 범위 내에서 변화한다. 그러므로 넓게 보았을 때 체표온도의 편차는 복합적인 요인들의 관여도에 비해 크지 않은 수준이라고 볼 수 있다.
한편 이러한 체표온도의 차이는 결과적으로 소가 느끼는 체감온도를 가감 없이 대변하는 요소로 작용할 수 있다는 점을 반증하는 결과이다. 따라서 열화상 이미지를 활용한 체표온도 측정의 가치는 매우 유용하다고 사료되며, 향후 앞선 요인들을 계산한 보정계수 식을 확립하여 대입한다면 한우를 비롯한 가축을 대상으로 하여 실시간으로 동물의 건강 상태를 판정하는 기술로서 유효하게 이용 가능할 것으로 판단된다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
Claims (5)
- (a) 균일한 시간 간격을 두고 표본 가축 눈(eye)의 체표 온도를 열화상 카메라로 촬영하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 촬영과 동시에 주변 환경요인인 온도, 습도 및 풍속을 각각의 통상의 측정 도구로 측정하는 단계;
(c) 상기 (a) 내지 (b)단계에서 수집된 데이터를 통합하여 시간에 따른 환경요인 및 표본 체표온도의 변화 범위를 계절에 따라 달리 설정하는 단계; 및
(d) 측정하고자 하는 후보 가축의 체표온도를 열화상 카메라로 촬영하여 상기 (c)단계에서 설정된 범위를 기준으로 비교함으로써 이상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 열화상 카메라의 촬영 거리는 표본 및 후보 가축으로부터 3 m 이내인 것을 특징으로 하는 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 표본 및 후보 가축은 소과(Bovidae) 동물인 것을 특징으로 하는 열화상 이미지를 활용한 가축의 건강 상태 판단 방법.
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