KR102047238B1 - 수중생물 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중생물 측정장치에 관한 것으로, 수중생물이 포함된 샘플수를 보관하며, 샘플수의 무게를 측정하는 저울 및 샘플수를 교반하는 교반기가 마련되는 샘플수 저장부; 샘플수 저장부에서 샘플수를 공급받아 수용하는 챔버; 챔버 내측으로 광을 조사하는 광원부; 광이 조사된 상태에서 챔버내의 수중생물을 촬영하는 촬상부; 샘플수 저장부에서 챔버로 샘플수를 이동시키는 펌프; 및 펌프의 운전을 제어하는 제어부;를 포함하되, 제어부는, 펌프를 가동시켜 챔버를 채우고 촬상부에서 촬영된 영상이미지를 근거로 생존 수중생물 개체수를 측정한 후 챔버를 비우는 과정을 반복하도록 구성됨으로써, 동물 플랑크톤 및 식물 플랑크톤을 동시에 신속하게 자동 측정 가능하도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 수중생물 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동물 플랑크톤 및 식물 플랑크톤을 동시에 측정할 수 있도록 한 수중생물 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박평형수 또는 밸러스트수(Ballast Water)는 선박으로부터 화물을 하역시킨 상태 또는 선박에 적재된 화물량이 매우 적은 상태에서 선박을 운행할 경우, 선박이 균형을 유지할 수 있도록 선박에 설치된 밸러스트탱크에 채우는 해수를 말하는 것이다.
이러한 선박평형수에는 각종 수중생물이 서식하고 있으므로, 이를 아무런 처리없이 타지역에서 배출시킬 경우 심각한 해양오염 및 생태계 파괴를 유발시킬 우려가 높게 된다.
이에 따라 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서는 국제협약을 체결하여 선박평형수의 살균 및 정화처리에 필요한 장치를 선박에 탑재토록 하였다.
선박에 탑재된 선박평형수 처리장치는, 국제해사기구(IMO)의 기준에 맞추어 육상시험 및 선상시험을 거쳐 인증서를 받은 다음 운항하여야 하기 때문에 선박평형수 처리장치에 의하여 처리된 선박평형수가 국제해사기구에서 규정한 배출기준(IMO D-2기준)에 적합한 것인지를 모니터링하는 시스템이 필요하게 된다.
그러나, 선박평형수 처리장치가 배출기준을 만족하는지를 판단하기 위해서는 배출되는 선박평형수 내의 생물 살균 유무를 판별하여야 하는데, 이를 위해 실험실에서 분석이 필요한 관계로 오랜 시간이 소요되고, 실시간 대응이 어려운 문제점이 있었다.
또한, 측정하는 인력의 전문적인 지식이 요구되기 때문에 교육 및 숙련에 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 생물 분석 결과는, 측정하는 인력의 주관이 관여되며, 측정 인력의 신체적 상태에 따라 측정 결과가 달라질 가능성도 있다.
특히, 동물 플랑크톤과 식물 플랑크톤은 서로 다른 생물적 특성을 가지고 있기 때문에 개별적인 기구(해부현미경, 형광현미경, 광학필터 등)를 각각 사용하여 분리하여 분석해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 동물 플랑크톤 및 식물 플랑크톤을 동시에 신속히 측정할 수 있는 수중생물 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 수중생물이 포함된 샘플수를 보관하며, 샘플수의 무게를 측정하는 저울 및 샘플수를 교반하는 교반기가 마련되는 샘플수 저장부; 샘플수 저장부에서 샘플수를 공급받아 수용하는 챔버; 챔버 내측으로 광을 조사하는 광원부; 광이 조사된 상태에서 챔버내의 수중생물을 촬영하는 촬상부; 샘플수 저장부에서 챔버로 샘플수를 이동시키는 펌프; 및 펌프의 운전을 제어하는 제어부;를 포함하되, 제어부는, 펌프를 가동시켜 챔버를 채우고 촬상부에서 촬영된 영상이미지를 근거로 생존 수중생물 개체수를 측정한 후 챔버를 비우는 과정을 반복하도록 구성된다.
본 발명의 일실시예에서 제어부는, 저울에서 측정된 샘플수의 무게와, 반복하여 측정된 총 생존 수중생물 개체수와, 생존 수중생물 개체수 측정횟수를 근거로 샘플수 저장부에 보관된 전체 샘플수에 대한 생존 수중생물 개체수를 환산할 수 있다.
또한, 펌프는 자흡(Self-Priming)능력이 있는 연동펌프일 수 있다.
또한, 챔버는 샘플수가 유입되어 배출되도록 유입배관 및 배출배관과 각각 결합되는 유입부 및 배출부를 구비하고, 유입배관 및 배출배관에는 각각 유입밸브 및 배출밸브가 설치되고, 펌프는 배출배관에 설치될 수 있다.
여기서, 유입밸브 및 배출밸브는, 핀치밸브(Pinch Valve)일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 광원부는, 챔버 내측으로 백색광을 조사하는 백색광원부와, 챔버 내측으로 청색광을 조사하는 청색광원부를 포함하고, 촬상부는, 백색광이 조사될 때, 동물 플랑크톤을 측정하기 위해 챔버 내 수중생물의 동영상을 촬영하고, 청색광이 조사될 때, 식물 플랑크톤을 측정하기 위해 챔버 내 수중생물의 정지영상을 촬영할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치는, 촬상부에서 촬영된 영상이미지를 분석하되, 식물 플랑크톤을 분석할 경우, 정지영상 이미지의 적색만을 분석하도록 구성될 수 있다.
여기서, 정지영상은, 동영상의 해상도보다 높은 해상도로 촬영될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 챔버는, 백색광원부 및 청색광원부 방향으로 광확산판이 구비될 수 있다.
또한, 챔버는, 용량이 1ml 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제어부는, 촬영된 동영상이미지에서 이전 이미지와 현재 이미지의 차이값을 추출하고, 상기 차이값이 제1기준 휘도값 이상인 제1픽셀이 연속적으로 분포할 때 수중생물이 움직인 영역으로 간주하여 생존 수중생물로 판단할 수 있다.
여기서, 동영상은, 초당 10프레임 이상으로 촬영될 수 있으며, 1분간 촬영될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제어부는, 촬영된 정지영상이미지에서 적색 휘도값이 제2기준 휘도값 이상인 제2픽셀이 연속적으로 분포할 때 수중생물이 움직인 영역으로 간주하여 생존 수중생물로 판단할 수 있다.
본 발명에서 청색광은, 280nm~480nm 중 일부 또는 전체 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 검출된 생존 수중생물의 크기는, 챔버의 세로길이를 동영상 또는 정지영상의 세로방향 해상도로 나누고 제1픽셀 또는 제2픽셀의 세로방향 개수를 곱하여 산출하거나, 챔버의 가로길이를 동영상 또는 정지영상의 가로방향 해상도로 나누고 제1픽셀 또는 제2픽셀의 가로방향 개수를 곱하여 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 백색광 및 청색광을 모두 구비하여 동물 플랑크톤 및 식물 플랑크톤을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자동으로 신속하게 농축 샘플수 내의 생존 수중생물 개체수를 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치를 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에 구비된 챔버를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 이동영역을 검출하는 과정을 보여주는 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 사용되는 Blue LED의 상대광도(Relative Luminous Intensity)와 파장의 관계를 도시한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 정지영상 이미지로부터 Red 영역을 검출하는 일례를 보여주는 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치를 도시한 블록도이고,
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도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 사용되는 Blue LED의 상대광도(Relative Luminous Intensity)와 파장의 관계를 도시한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 정지영상 이미지로부터 Red 영역을 검출하는 일례를 보여주는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치를 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수중생물 측정장치(200)는, 정수장, 하수 처리장, 선박의 밸러스트 탱크 등에서 살균 처리된 물 등 다양한 곳에서 채취된 샘플수 내에 존재하는 수중생물을 측정하기 위한 장치로서, 소정용량을 샘플링한 후 농축된 샘플수가 보관되는 샘플수 저장부(280)와, 샘플수 저장부(280)에서 샘플수를 공급받아 수용하는 챔버(220), 챔버(220)에 광을 조사하는 광원부(230), 광원부(230)에서 조사되는 상태에서 챔버(220) 내측을 촬영하는 촬상부(240)를 포함한다.
샘플수 저장부(280)는, 샘플수를 보관하도록 내측에 수용공간이 형성되는 몸체(281)와, 수용공간에 보관된 샘플수의 무게를 측정하도록 몸체(281)의 하측에 배치되는 저울(285)과, 샘플수 내의 수중생물이 균일하게 분포되도록 보관된 샘플수를 교반하는 교반기(283)를 포함한다.
여기서, 교반기(285)는 회전축이 없는 자력교반기(Magnetic Stirrer)를 사용하는 것이 바람직한데, 이것은 마모 없이 견고하게 작동하고 별도의 유지보수가 필요하지 않는 장점이 있다.
또한, 교반기(285)를 자력교반기로 채택할 경우, 저울(285)의 기능을 겸비한 교반기(285)를 보다 용이하게 구성할 수 있게 된다.
챔버(220)는, 샘플수를 수용하는 수용공간이 형성되어 있는데, 수용공간의 체적은 소정 체적, 일례로 1ml가 되도록 구성할 수 있다. 또한, 챔버(220)는 투명소재로 형성되어 광이 투과될 수 있도록 한다. 챔버(220)의 구체적 구성은 후술한다.
본 발명의 실시예에서 챔버(220)는, 사람이 샘플수를 직접 운반하여 수용공간으로 투입할 수도 있지만, 샘플수가 유입 및 배출되어 연속적으로 샘플수를 측정할 수 있도록 챔버(220)에 유입배관(203)과 배출배관(205)이 연결되고, 유입배관(203)과 배출배관(205)에 각각 유입밸브(213) 및 배출밸브(215)를 설치하여 각 배관을 개폐할 수 있도록 구성한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 샘플수 저장부(280)에서 챔버(220)로 샘플수를 이동시키는 펌프(205)가 포함될 수 있다.
여기서, 펌프(205)는, 펌프 케이싱내의 물만으로도 자흡이 가능하여 마중물을 필요로 하지 않는 자흡(Self-Priming)능력이 있는 것이 바람직하다.
또한, 펌프(205)는 롤러가 회전하면서 이송배관 사이를 누르고, 이에 따라 생기는 압력차에 의해 유체를 이송하는 연동펌프(Peristaltic pump)로 구성될 수 있다. 연동펌프는 자흡능력이 있으며 이송배관상에 체크밸브를 설치하지 않아도 역류를 방지하기 때문에 다양한 크기의 수중생물이 포함된 선박평형수 샘플을 이송하기에 적절하며 내구성이 뛰어나고 유지보수가 손쉬운 장점이 있다.
또한, 펌프(205)는 챔버(220)로 유입되는 수중생물에 영향을 주지 않도록 챔버(220)의 후단인 배출배관(205)에 설치되는 것이 바람직하다.
광원부(230)는, 챔버(220) 내측으로 빛을 조사하여 맞은편에 위치한 촬상부(250)가 챔버(220)에 수용된 샘플수를 촬영할 수 있도록 하는 장치로서, 본 발명의 실시예에서는 백색광을 조사하는 백색광원부(231)과, 청색광을 조사하는 청색광원부(233)를 포함한다.
여기서, 백색광원부(231) 및 청색광원부(233)는, 백색 LED(White LED), 청색 LED(Blue LED)를 적용할 수 있다.
촬상부(250)는, 챔버(220)를 사이에 두고 광원부(230)의 맞은편에 설치되고, 광원부(230)에서 챔버(220)로 빛을 조사할 때 챔버(220) 내의 샘플수를 촬영하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(260)가 광원부(230), 촬상부(250) 및 펌프(205)를 제어하고, 촬상부(250)에서 촬영된 영상이미지를 분석하고, 저울(285)의 측정값을 수신하여 사용하게 되는데, 이하에서는 이를 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서, 촬상부(250)는, 백색광이 조사될 때, 챔버(220) 내 수중생물의 동영상을 촬영하고, 청색광이 조사될 때, 챔버(220) 내 수중생물의 정지영상을 촬영하도록 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 제어부(260)는 광원부(230)의 백색광원부(231) 및 청색광원부(233)를 ON/OFF제어하고, 이에 대응되도록 촬상부(250)가 동영상 촬영 또는 정지영상 촬영을 수행하도록 제어신호를 생성하게 된다.
또한, 제어부(260)는, 펌프(205)를 가동시켜 챔버(220)를 채우고 촬상부(250)에서 촬영된 영상이미지를 근거로 챔버(220) 내의 샘플수에 대한 생존 수중생물 개체수를 측정한 후 챔버(220)를 비우는 과정을 반복하도록 구성되는데, 챔버(220)를 채워 생존 수중생물 개체수를 측정하는 과정을 적어도 2회이상 측정하고, 이를 근거로 샘플수 저장부(280)에 보관된 전체 농축 샘플수 내의 생존 수중생물 개체수를 추정하게 된다.
즉, 제어부(260)는, 샘플수 저장부(280)의 저울(285)에서 측정된 샘플수의 무게와, 반복하여 측정된 총 생존 수중생물 개체수와, 생존 수중생물 개체수 측정횟수를 근거로 샘플수 저장부(280)에 보관된 전체 샘플수에 대한 생존 수중생물 개체수를 환산하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 측정장치를 사용한 샘플수의 분석과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 샘플수의 농축을 수작업으로 수행한다.
샘플링되는 샘플수의 용량은 사용자의 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 샘플수가 선박평형수인 경우에는 1m3의 샘플수를 샘플링한 다음, 소정 용량으로 농축하여 본 발명의 수중생물측정장치(200)의 샘플수 저장부(280)로 이송하게 된다.
다음으로, 농축된 샘플수 내의 수중생물 개체수를 자동으로 측정하는 과정을 수행하게 되는데, 먼저, 샘플수 저장부(280)로 이송된 농축 샘플수의 무게를 저울(285)에서 측정하고, 교반기(283)를 가동시켜 농축 샘플수 내의 수중생물이 골고루 분포될 수 있도록 한다.
이후, (a) 유입밸브(213) 및 배출밸브(215)를 개방하고, (b) 펌프(217)를 가동시켜 챔버(220)에 농축 샘플수를 유입시켜 채운다.
다음으로, (c) 유입밸브(213) 및 배출밸브(215)를 폐쇄하고, (d) 촬상부(250)에서 동영상이미지 또는 정지영상이미지를 촬영하여 동물 플랑크톤 또는 식물 플랑크톤의 생존개체수를 자동으로 계산하게 된다. 보다 자세한 과정은 후술한다.
본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치(200)은 전술한 챔버(220)에 농축 샘플수를 유입시키고 수중생물의 생존개체수를 측정하는 과정((a),(b),(c),(d))을 적어도 2회이상 반복하여 측정된 생존개체수를 근거로 샘플수 저장부(280)에 보관된 전체 농축 샘플수 내의 생존 수중생물 개체수를 환산하게 된다.
예를 들면, 샘플수 저장부(280)에 보관된 전체 농축 샘플수의 무게가 1kg(부피로 환산시 1000ml)이고, 챔버(220)의 기설정 용량이 1ml(무게로 환산시 1g)이고, 수중생물의 생존개체수를 측정하는 과정((a),(b),(c),(d))을 반복하는 횟수(즉, 측정횟수)가 100회이고, 100회 반복하며 측정된 생존 수중생물 개체수가 총 100마리인 경우, 전체 농축 샘플수 내의 생존 수중생물 개체수는 다음과 같다.
100마리 x 1000g(전체 농축 샘플수 무게) / 100회(측정횟수) = 1,000마리
여기서, 측정횟수는 예를 들면 100회와 같이 미리 정해질 수도 있지만, 측정 용량에 따라 조절될 수 있다. 측정용량이 전체 농축 샘플수의 1/10로 정해지면 전체 농축 샘플수가 500ml일 경우 측정횟수는 50회가 되고, 전체 농축 샘플수가 1000ml일 경우 측정횟수는 100회가 된다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치(200)는, 샘플수 저장부(280)에 저장된 농축 샘플수를 모두 측정하지 않고 일부만 측정해서 환산하여 전체 농축 샘플수 내의 생존 수중생물 개체수를 측정할 수 있도록 구성함으로써 보다 신속하며 자동화된 측정이 가능해진다.
본 발명의 실시예에 따른 촬상부(250)는, 고해상도 CCD 또는 CMOS 센서를 사용할 수 있으며, 이를 통해 동영상이나 정지영상 촬영시 원하는 크기의 해상도를 얻을 수 있게 된다.
일례로, 36M Pixel의 촬상부(250)는 정지영상 촬영시 최대 7,360 x 4,912 해상도의 이미지를 얻을 수 있게 된다.
촬상부(250)에서, 동영상은, Full HD 또는 Ultra HD 해상도로 촬영될 수 있는데, Full HD 해상도는 1,920 x 1,080이고, Ultra HD의 해상도는 3,840 x 2,160이다.
또한, 촬상부(250)에서, 정지영상은, 동영상의 해상도보다 높은 해상도로 촬영될 수 있다.
즉, 본 발명의 수중생물 측정장치(200)은, 동물 플랑크톤을 자동 측정하기 위해서 연속 촬영된 동영상 이미지를 사용하고, 식물 플랑크톤을 측정하기 위해 정지영상 이미지를 사용하는데, 식물 플랑크톤은 동물 플랑크톤보다 크기가 작기 때문에 분석할 이미지의 해상도도 커야 하기 때문에 고해상도의 정지영상 촬영이 필요하게 된다.
이와 같이 본 발명의 수중생물 측정장치(200)는, 고해상도 촬상부(250)를 사용하여 하나의 챔버(220에 수중생물이 포함된 샘플수를 수용한 다음, 동물 플랑크톤과 식물 플랑크톤을 동시 검출 가능하도록 구성된다.
한편, 챔버(220)는, 백색광원부(231) 및 청색광원부(233) 방향으로 광확산판(미도시)이 더 구비되어 입사되는 빛이 균일한 면발광이 되도록 구성할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에 구비된 챔버를 도시한 사시도이다.
본 발명의 실시예에서는, 수용공간의 상측 개방부에 체결되는 덮개(240)를 더 포함하여 챔버(220)의 수용공간이 폐쇄되도록 구성할 수도 있다.
여기서, 챔버(220)와 덮개(240)의 체결수단의 일실시예로서, 덮개(240)에 볼트(미도시)가 관통하는 관통홀(241)이 형성되고, 챔버(220)의 상측면 대응되는 위치에 나사홈(221)을 형성하여 볼트 체결하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 챔버(220)는, 덮개(240)가 체결될 때, 챔버(220)의 밀폐상태를 강화하기 위해, 덮개(240)가 챔버(220)에 체결시 접촉되는 부분에는 가스켓(미도시) 또는 오링(미도시)이 삽입될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 챔버(220)는, 샘플수의 연속 측정이 가능하도록 챔버(220)의 측면을 관통하는 유입부(223) 및 배출부(225)가 구비되어 샘플수가 연속적으로 유입 및 배출되도록 구성한다.
여기서, 유입부(223) 및 배출부(225)는 챔버(220)의 동일한 측면에 형성될 수도 있지만, 수용공간을 신속히 채우는 유동을 발생시키고, 배출시에도 신속하게 배출될 수 있도록 서로 대향되는 측면에 각각 형성되고, 배치 위치도 가능한 멀리 이격되도록 하는 것이 바람직하다.
유입부(223) 및 배출부(225)는, 도 1에 도시된 유입배관(203)과 배출배관(205)과 연결되도록 유입배관체결부(미도시) 및 배출배관체결부(미도시)가 구비될 수 있는데, 유입부(223) 및 배출부(225)에는 나사 체결홈이 형성되어 유입배관체결부(미도시) 및 배출배관체결부(미도시)가 결합되도록 한다.
챔버(220)는, 수집된 샘플수를 저장하는 용기로서, 광이 투과될 수 있는 투명 재질로 이루어진다.
또한, 본 실시예에 따른 챔버(220)와 체결되는 덮개(240)는, 투명 재질로 형성됨으로써 촬상부가 덮개(240)을 통해 샘플수를 촬영할 수 있도록 한다.
한편, 챔버(220)는, 내측 수용공간의 용량이 1ml이상이 되도록 구성할 수 있다.
국제해사기구에서 규정한 배출기준(IMO D-2기준)은, 50㎛ 이상의 생물(동물 플랑크톤)은 1톤, 10~50㎛ 생물(식물 플랑크톤)은 20리터의 해수를 걸러 각각 샘플링하도록 규정하고 있으며, 50㎛ 이상 생물은 샘플수를 최종 100ml로 농축하여 분석하고, 10~50㎛ 생물은 확보된 샘플수에서 1ml 단위로 분석하여야 한다.
IMO D-2기준에 따라, 다양한 크기의 여러 생물을 동시에 분석하기 위해서는 챔버(220)의 용량을 10~50㎛ 생물 기준으로 1ml 또는 그 이상으로 하는 것이 바람직하고, 수회 반복 측정하여 50㎛ 이상 생물은 100ml을 측정하고 10~50㎛ 생물은 측정된 개체수를 측정 회수로 평균하여 사용한다.
일실시예로, 챔버(220)는, 수용공간의 크기가 20mm(가로) x 10mm(세로) x 5mm(높이)의 직육면체 형상으로 형성할 경우, 수용용량이 1ml가 되어 1회 측정으로 10 ~ 50㎛ 생물에 대해 IMO D-2 기준을 충족한 시험을 할 수 있게 되며, 100회 측정으로 50㎛ 이상의 생물에 대해 IMO D-2 기준을 충족한 시험을 할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 이동영역을 검출하는 과정을 보여주는 것이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 사용되는 Blue LED의 상대광도(Relative Luminous Intensity)와 파장의 관계를 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치에서 정지영상 이미지로부터 Red 영역을 검출하는 일례를 보여주는 것이다.
본 발명의 제어부(260)는, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수중생물 측정장치는, 촬영된 동영상이미지에서 동물 플랑크톤을 검출하기 위해 먼저, 이전 이미지(Previous frame)와 현재 이미지(Current frame)의 차이값(│Previous frame-Current frame│)을 추출한다.
이후, 현재 이미지(Current frame)과 차이값(│Previous frame-Current frame│)의 논리곱 연산을 통해 차이값 중 이전 이미지만의 영역을 제거하여 현재 이미지의 움직임 영역을 산출할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 수중생물 측정장치(200)에서, 촬영된 동영상 이미지를 통해 동물 플랑크톤을 분석할 경우, 광원부(230)는, 백색광원부(231)를 ON하여 백색 조명을 사용하고, 정지영상 이미지를 통해 식물 플랑크톤을 분석할 경우, 청색광원부(233)를 ON하여 청색 조명을 사용하도록 구성한다.
Blue LED의 상대광도(Relative Luminous Intensity)와 파장의 관계를 도시한 도 5의 그래프를 참조하면, 청색광원부(233)는, 상대광도를 고려하여 파장이 380nm~480nm 중 일부 또는 전체 영역을 포함하는 Blue 조명을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 수중생물 측정장치(200)에 포함된 제어부(260)는, 도 6에 도시된 바와 같이 식물 플랑크톤을 분석할 경우, 엽록소를 보유한 식물 플랑크톤이 Blue 계열의 빛을 받으면 620nm ~ 780nm 파장의 Red 계열 빛을 방출하는 것을 고려하여 촬영된 정지영상 이미지에서 Red 색상만을 분석하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 수중생물 측정장치(200)는, 제어부(260)에서 정지영상 이미지의 Red 색상만을 분석하도록 구성함으로써 추가적인 620nm ~ 780nm 파장의 광학 필터를 구비하지 않고도 식물 플랑크톤을 분석할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 수중생물 측정장치(200)에서, 검출된 수중생물의 크기를 산출하는 방법을 설명한다.
제어부(260)는, 동물 플랑크톤 검출을 위한 동영상이미지 분석시, 차이값(│Previous frame-Current frame│)에서 제1기준 휘도값 이상인 제1픽셀의 개수를 검출한다.
또한, 제어부(260)는, 식물 플랑크톤 검출을 위한 정지영상이미지 분석시, 적색 휘도값이 제2기준 휘도값 이상인 제2픽셀의 개수를 검출한다.
여기서, 제1기준 휘도값과 제2기준 휘도값은 동일한 수치일 수도 있고, 다른 수치로 설정할 수도 있다.
다음으로, 각 픽셀의 개수를 실제 길이로 환산하는 과정을 수행한다.
즉, 챔버(220)의 세로길이를 동영상 또는 정지영상의 세로방향 해상도로 나누고 제1픽셀 또는 제2픽셀의 세로방향 개수를 곱하여 산출하거나, 챔버(220)의 가로길이를 동영상 또는 정지영상의 가로방향 해상도로 나누고 제1픽셀 또는 제2픽셀의 가로방향 개수를 곱하여 실제 길이로 환산하게 된다.
일례로, 제어부(260)는, 동영상이 Full HD 해상도인 경우, 제1픽셀의 개수가 가로방향 5개 이상이거나 세로방향 6개 이상이 연속으로 검출되면 50㎛이상 크기인 동물 플랑크톤으로 판정할 수 있다.
다른 실시예로서, 제어부(260)는, 동영상이 Full HD 해상도인 경우, 제1픽셀의 개수가 가로방향 5개 이상이거나 세로방향 6개 이상이 소정 영역 내에서 검출되면 50㎛이상 크기인 동물 플랑크톤으로 판정할 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 제어부(260)는, 연속적으로 검출되는 픽셀의 개수를 기준으로 동물 플랑크톤의 크기를 판정할 수도 있고, 소정 영역 내에서 검출되는 픽셀의 개수를 기준으로 동물 플랑크톤의 크기를 판정할 수도 있다. 일반적인 경우에는 동물 플랑크톤이 연속적인 이미지로 검출되지만, 특정 자세에서는 비연속적인 이미지로 검출될 수도 있기 때문에 필요에 따라 기준을 다르게 설정할 수 있다.
동영상 촬영시, Full HD 해상도는 1,920 x 1,080이고, Ultra HD의 해상도는 3,840 x 2,160이며, 챔버(220)의 가로길이(20mm) x 세로길이(10mm)를 Full HD 해상도로 나누면, 촬영된 동영상이미지에서 가로방향은 1 픽셀당 10.4㎛의 크기에 해당되고, 세로방향은 1 픽셀당 9.3㎛의 크기가 된다. 또한, 동일한 방식으로 Ultra HD로 촬영시를 계산하면, 가로방향은 1 픽셀당 5.2㎛ 이며 세로방향은 1 픽셀당 4.6㎛의 크기에 해당하게 된다.
결과적으로, Full HD 해상도에서는 기준 휘도값 이상의 픽셀이 가로방향으로 5픽셀이상, 세로방향으로 6픽셀 이상 연속으로 검출되거나, 소정 영역에 검출되면 50㎛ 이상의 동물 플랑크톤으로 판정하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 동영상은, 초당 10프레임 이상으로 촬영하고, 1분이내의 시간으로 촬영함으로써 동물 플랑크톤을 보다 효과적으로 검출할 수 있다.
동물 플랑크톤 검출이 완료되면, 고해상도로 정지영상이미지를 촬영하여 식물 플랑크톤을 검출한다.
일례로, 제어부(260)는, 정지영상이 7,360 x 4,912 해상도인 경우, 제2픽셀의 개수가 가로방향 4개 이상이거나 세로방향 5개 이상이 연속으로 검출되면 10~50㎛크기인 식물 플랑크톤으로 판정할 수 있다.
다른 실시예로서, 제어부(260)는, 정지영상이 7,360 x 4,912 해상도인 경우, 제2픽셀의 개수가 가로방향 4개 이상이거나 세로방향 5개 이상이 소정영역 내에서 검출되면 10~50㎛크기인 식물 플랑크톤으로 판정할 수도 있다.
전술된 동물 플랑크톤 검출과정과 동일한 방식으로, 도 6을 참조하면, 정지영상이 7,360 x 4,912 해상도인 경우 픽셀당 크기를 환산하면 1픽셀은 가로방향으로는 2.7㎛로 환산되며(20mm / 7,360), 세로방향으로는 2.04㎛로 환산(10mm / 4,912)된다.
결과적으로, 7,360 x 4,912 해상도에서는 기준 휘도값 이상의 픽셀이 가로방향으로 4픽셀이상, 세로방향으로 5픽셀 이상 연속으로 검출되거나, 소정 영역에 검출되면 10~50㎛ 이상의 식물 플랑크톤으로 판정하게 된다.
이와 같이 수중생물의 크기는 챔버(200)의 크기와 촬상부(250)의 이미지 해상도에 따라 픽셀당 세로방향, 가로방향 크기가 다르게 환산되게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 수중생물 측정장치(200)는, 백색광원부(231) 및 청색광원부(233)를 구비하여 광원부(230)와 챔버(220)사이에 별도의 광학필터가 설치되지 않고도 원하는 광(백색광 또는 청색광)을 선택적으로 조사할 수 있도록 구성됨으로써 동물 플랑크톤과 식물 플랑크톤을 동시에 신속하게 검출할 수 있게 된다.
또한, 식물 플랑크톤 분석시, 제어부(260)에서 정지영상 이미지의 Red 색상만을 분석하도록 구성함으로써 챔버(220)와 촬상부(250)사이에 별도의 광학필터가 설치되지 않고도 식물 플랑크톤을 분석할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 수중생물 측정장치
220: 챔버
230: 광원부
231: 백색광원부
233: 청색광원부
250: 촬상부
260: 제어부
220: 챔버
230: 광원부
231: 백색광원부
233: 청색광원부
250: 촬상부
260: 제어부
Claims (16)
- 수중생물이 포함된 샘플수를 보관하며, 샘플수의 무게를 측정하는 저울 및 샘플수를 교반하는 교반기가 마련되는 샘플수 저장부;
샘플수 저장부에서 샘플수를 공급받아 수용하는 챔버;
챔버 내측으로 광을 조사하는 광원부;
광이 조사된 상태에서 챔버내의 수중생물을 촬영하는 촬상부;
샘플수 저장부에서 챔버로 샘플수를 이동시키는 펌프; 및
펌프의 운전을 제어하는 제어부;를 포함하되,
제어부는,
펌프를 가동시켜 챔버를 채우고 촬상부에서 촬영된 영상이미지를 근거로 생존 수중생물 개체수를 측정한 후 챔버를 비우는 과정을 반복하도록 구성되고, 저울에서 측정된 샘플수의 무게와, 반복하여 측정된 총 생존 수중생물 개체수와, 생존 수중생물 개체수 측정횟수를 근거로 샘플수 저장부에 보관된 전체 샘플수에 대한 생존 수중생물 개체수를 환산하는, 수중생물 측정장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
펌프는,
자흡(Self-Priming)능력이 있는 연동펌프인, 수중생물 측정장치.
- 청구항 3에 있어서,
챔버는 샘플수가 유입되어 배출되도록 유입배관 및 배출배관과 각각 결합되는 유입부 및 배출부를 구비하고,
유입배관 및 배출배관에는 각각 유입밸브 및 배출밸브가 설치되고,
펌프는 배출배관에 설치되는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 4에 있어서,
유입밸브 및 배출밸브는,
핀치밸브(Pinch Valve)인, 수중생물 측정장치.
- 청구항 4에 있어서,
광원부는,
챔버 내측으로 백색광을 조사하는 백색광원부와, 챔버 내측으로 청색광을 조사하는 청색광원부를 포함하고,
촬상부는,
백색광이 조사될 때, 동물 플랑크톤을 측정하기 위해 챔버 내 수중생물의 동영상을 촬영하고,
청색광이 조사될 때, 식물 플랑크톤을 측정하기 위해 챔버 내 수중생물의 정지영상을 촬영하는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 6에 있어서,
제어부는,
촬상부에서 촬영된 영상이미지를 분석하되,
식물 플랑크톤을 분석할 경우, 정지영상 이미지의 적색만을 분석하도록 구성되는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 7에 있어서,
정지영상은,
동영상의 해상도보다 높은 해상도로 촬영되는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 6에 있어서,
챔버는,
백색광원부 및 청색광원부 방향으로 광확산판이 구비되는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 1에 있어서,
챔버는,
용량이 1ml 이상인, 수중생물 측정장치.
- 청구항 7에 있어서,
제어부는,
촬영된 동영상이미지에서 이전 이미지와 현재 이미지의 차이값을 추출하고,
상기 차이값이 제1기준 휘도값 이상인 제1픽셀이 연속적으로 분포할 때 수중생물이 움직인 영역으로 간주하여 생존 수중생물로 판단하는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 11에 있어서,
동영상은,
초당 10프레임 이상으로 촬영되는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 11에 있어서,
동영상은,
1분간 촬영되는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 11에 있어서,
제어부는,
촬영된 정지영상이미지에서 적색 휘도값이 제2기준 휘도값 이상인 제2픽셀이 연속적으로 분포할 때 수중생물이 움직인 영역으로 간주하여 생존 수중생물로 판단하는, 수중생물 측정 장치.
- 청구항 7에 있어서,
청색광은,
280nm~480nm 중 일부 또는 전체 영역을 포함하는, 수중생물 측정장치.
- 청구항 14에 있어서,
검출된 생존 수중생물의 크기는,
챔버의 세로길이를 동영상 또는 정지영상의 세로방향 해상도로 나누고 제1픽셀 또는 제2픽셀의 세로방향 개수를 곱하여 산출하거나,
챔버의 가로길이를 동영상 또는 정지영상의 가로방향 해상도로 나누고 제1픽셀 또는 제2픽셀의 가로방향 개수를 곱하여 산출하는, 수중생물 측정장치.
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