KR102297146B1 - System for Evaluation of Visual Function in Fish - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 어류의 시기능 평가 장치는, 어류가 이동할 수 있는 적어도 하나의 레인을 포함하는 이동부; 상기 이동부의 하부에 탈부착 가능하도록 구비되며, 기 설정된 물흐름 시자극 패턴을 가지는 동영상이 디스플레이되는 디스플레이부; 상기 이동부의 상부측으로 소정 거리 이격되도록 설치되어, 상기 동영상에 시각적으로 반응하여 상기 레인 내에서 이동하는 복수의 어류의 3차원 영상을 획득하는 3차원 영상 획득부; 및 상기 3차원 영상을 수신 및 분석하여 상기 복수의 어류의 3차원 위치 정보를 획득하는 영상 분석부를 포함할 수 있다.An apparatus for evaluating the visual function of a fish according to an embodiment of the present invention includes: a moving unit including at least one lane through which the fish can move; a display unit provided to be detachably attached to a lower portion of the moving unit, and displaying a moving picture having a preset water flow stimulation pattern; a three-dimensional image acquisition unit installed to be spaced apart from an upper side of the moving unit by a predetermined distance and configured to visually respond to the moving image and acquire a three-dimensional image of a plurality of fish moving in the lane; and an image analyzer configured to receive and analyze the three-dimensional image to obtain three-dimensional position information of the plurality of fish.

Description

어류의 시기능 평가 장치 {System for Evaluation of Visual Function in Fish}Apparatus for evaluating visual function of fish {System for Evaluation of Visual Function in Fish}

본 출원은 어류의 시기능 평가 장치에 관한 것이다.The present application relates to an apparatus for evaluating the visual function of fish.

다양한 화학 물질의 독성 스크리닝을 위해 제브라피쉬 등과 같은 어류를 활용하는 연구가 널리 이루어지고 있다.Research using fish such as zebrafish for toxicity screening of various chemical substances has been widely conducted.

일 예로, 화학 물질의 안구 독성 스크리닝을 위해서, 제브라피쉬에 소정의 시자극을 제공하고 이에 반응하는 제브라피쉬의 움직임을 분석하는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. For example, in order to screen for ocular toxicity of chemical substances, research is being conducted on a method of providing a predetermined visual stimulus to a zebrafish and analyzing the movement of the zebrafish in response thereto.

기존에는 제브라피쉬의 움직임을 분석하기 위해 시자극에 반응하는 제브라피쉬의 2차원 영상을 촬영하고, 촬영된 2차원 영상을 육안으로 관찰하여 제브라피쉬의 움직임을 분석하였다.Conventionally, in order to analyze the movement of the zebrafish, a two-dimensional image of a zebrafish responding to a visual stimulus was photographed, and the movement of the zebrafish was analyzed by observing the photographed two-dimensional image with the naked eye.

그러나, 영상 분석에 많은 시간과 노력이 소요되었고, 더 나아가 2차원 영상에서는 제브라피쉬를 정확하게 식별하기 어려운 경우가 존재하여 분석 결과의 정확도가 떨어질 수 있다.However, a lot of time and effort is required for image analysis, and furthermore, there are cases in which it is difficult to accurately identify a zebrafish in a two-dimensional image, so that the accuracy of the analysis result may be deteriorated.

따라서, 당해 기술분야에서는 제브라피쉬 등과 같은 어류를 활용하는 화학 물질의 독성 스크리닝에 있어서, 어류의 움직임을 보다 빠르고 정확하게 분석하기 위한 방안이 요구되고 있다.Therefore, in the art, in the toxicity screening of chemical substances using fish such as zebrafish, there is a need for a method for more quickly and accurately analyzing the movement of fish.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 어류의 시기능 평가 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides an apparatus for evaluating the visual function of a fish.

상기 어류의 시기능 평가 장치는, 어류가 이동할 수 있는 적어도 하나의 레인을 포함하는 이동부; 상기 이동부의 하부에 탈부착 가능하도록 구비되며, 기 설정된 물흐름 시자극 패턴을 가지는 동영상이 디스플레이되는 디스플레이부; 상기 이동부의 상부측으로 소정 거리 이격되도록 설치되어, 상기 동영상에 시각적으로 반응하여 상기 레인 내에서 이동하는 복수의 어류의 3차원 영상을 획득하는 3차원 영상 획득부; 및 상기 3차원 영상을 수신 및 분석하여 상기 복수의 어류의 3차원 위치 정보를 획득하는 영상 분석부를 포함할 수 있다.The apparatus for evaluating the visual function of the fish includes: a moving unit including at least one lane through which the fish can move; a display unit provided to be detachably attached to a lower portion of the moving unit and displaying a moving picture having a preset pattern of stimulation during water flow; a three-dimensional image acquisition unit installed to be spaced apart from an upper side of the moving unit by a predetermined distance and configured to visually respond to the moving image and acquire a three-dimensional image of a plurality of fish moving in the lane; and an image analyzer configured to receive and analyze the three-dimensional image to obtain three-dimensional position information of the plurality of fish.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.Incidentally, the means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention. Various features of the present invention and its advantages and effects may be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제브라피쉬 등과 같은 어류를 활용하는 화학 물질의 독성 스크리닝에 있어서, 어류의 3차원 영상을 획득하고 이를 분석하여 3차원 위치 정보를 획득함으로써, 어류의 움직임을 보다 빠르고 정확하게 분석할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the toxicity screening of chemical substances using fish such as zebrafish, the movement of the fish is faster and faster by acquiring a three-dimensional image of the fish and analyzing it to obtain three-dimensional position information. can be accurately analyzed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어류의 시기능 평가 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어류의 시기능 평가 장치의 구현예를 도시하는 도면이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for evaluating visual function of fish according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an implementation example of the apparatus for evaluating the visual function of a fish according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' with another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element interposed therebetween. include In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어류의 시기능 평가 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어류의 시기능 평가 장치의 구현예를 도시하는 도면이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for evaluating the visual function of a fish according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an implementation example of the apparatus for evaluating the visual function of a fish according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어류의 시기능 평가 장치(100)는 이동부(110), 디스플레이부(120), 3차원 영상 획득부(130) 및 영상 분석부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2 , the apparatus 100 for evaluating the visual function of a fish according to an embodiment of the present invention includes a moving unit 110 , a display unit 120 , a 3D image acquisition unit 130 , and image analysis. It may be configured to include the unit 140 .

이동부(110)는 어류가 이동할 수 있는 적어도 하나의 레인을 포함하여 구성될 수 있다.The moving unit 110 may be configured to include at least one lane through which the fish can move.

일 실시예에 따르면, 이동부(110)는 투명 재질로 이루어지며, 이에 따라 후술하는 디스플레이부(120)에서 동영상이 디스플레이되면 어류가 동영상에 시각적으로 반응하여 레인을 따라 이동할 수 있다.According to an embodiment, the moving unit 110 is made of a transparent material, and accordingly, when a moving image is displayed on the display unit 120 to be described later, the fish may visually respond to the moving image and move along the lane.

디스플레이부(120)는 이동부(110)의 하부에 탈부착 가능하도록 구비되며, 기 설정된 물흐름 시자극 패턴을 가지는 동영상이 디스플레이될 수 있다. The display unit 120 is provided to be detachably attached to the lower portion of the moving unit 110 , and a moving picture having a preset pattern of stimulation during water flow may be displayed.

여기서, 물흐름 시자극 패턴은 물 흐름을 보여주면서 동시에 일정 색깔의 반복 무늬의 시자극 패턴을 가지는 동영상 패턴을 의미한다.Here, the water flow visual stimulus pattern refers to a moving picture pattern that shows the water flow and at the same time has a visual stimulus pattern of a repeating pattern of a certain color.

주류성(rheotaxis)이란, 흐르는 물의 자극에 반응하는 세포나 동물의 이동을 의미한다. By rheotaxis, we mean the movement of cells or animals in response to the stimulus of flowing water.

일반적으로, 물이 흐르면 빛의 흐름은 물의 흐름과 반대 방향으로 생긴다. 치어(larvae)의 경우, 빛의 흐름을 따라 움직이는 경향이 있다. In general, when water flows, the flow of light occurs in the opposite direction to the flow of water. In the case of larvae, they tend to move along the stream of light.

본 발명은 이러한 어류의 주류성을 시기능 평가에 도입한 것이다. 구체적으로, 일정 빛(색깔)의 반복 무늬를 가지는 시자극 패턴 동영상을 재생하면, 반복 무늬의 시자극 패턴 동영상은 물 흐름과 반대 방향인 빛의 흐름으로 인지되고, 정상 시각을 가진 어류는 이에 반응하여 시자극 패턴 동영상의 시자극 방향으로 움직일 것이다. The present invention introduces the mainstream of these fishes into the visual function evaluation. Specifically, when a visual stimulus pattern video having a repeating pattern of a certain light (color) is played, the visual stimulus pattern video of the repeating pattern is recognized as a flow of light in the opposite direction to the water flow, and fish with normal vision respond to this. This will move in the direction of the visual stimulus of the visual stimulus pattern video.

본 발명에서는 단계별 대비 감도 차이, 즉 색깔의 대비 감도 차이가 있는 물흐름 시자극 패턴을 가진 동영상을 디스플레이하고, 이에 반응하여 이동하는 어류의 영상을 획득할 수 있다.In the present invention, an image of a moving fish can be obtained by displaying a moving image having a stimulus pattern during a water flow with a difference in contrast sensitivity for each stage, that is, a difference in color contrast sensitivity.

일 실시예에 따르면, 하기의 표와 같이 G1 내지 G16의 16 단계로 구분된 색상표의 색상 차이를 기준으로 단계별 대비 감도 차이가 있는 하나 이상의 물흐름 시자극 패턴을 사용할 수 있다.According to one embodiment, as shown in the table below, based on the color difference of the color table divided into 16 stages of G1 to G16, one or more water flow stimulation patterns having a difference in sensitivity for each stage may be used.

[표] [graph]

Figure 112019082490186-pat00001
Figure 112019082490186-pat00001

디스플레이부(120)는 상술한 바와 같이 대비 감도 차이가 있는 물흐름 시자극 패턴을 가지는 동영상이 디스플레이 될 수 있는 장치라면 어느 장치나 이용이 가능하다. 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 등 휴대성이 있는 디스플레이 구현 장치라면 어느 것이나 사용 가능하다.As described above, the display unit 120 can be used with any device that can display a moving picture having a stimulus pattern during a water flow having a difference in contrast sensitivity. For example, any portable display implementation device, such as a smartphone or tablet, may be used.

3차원 영상 획득부(130)는 이동부(110)의 상부측으로 소정 거리 이격되도록 설치되며, 디스플레이부(120)를 통해 디스플레이되는 동영상에 시각적으로 반응하여 이동부(110)의 레인 내에서 이동하는 복수의 어류의 3차원 영상을 획득할 수 있다.The 3D image acquisition unit 130 is installed to be spaced apart from the upper side of the moving unit 110 by a predetermined distance, and visually responds to a video displayed through the display unit 120 to move within the lane of the moving unit 110 . A three-dimensional image of a plurality of fish may be acquired.

일 실시예에 따르면, 3차원 영상 획득부(130)는 3차원 스테레오 카메라로 구현될 수 있다. 3차원 스테레오 카메라는 2대의 카메라를 사용하여 3차원 영상을 획득하는 것으로 카메라의 배치 방식에 따라 평행식과 직교식으로 분류되고, 주시점 제어 방식에 따라 수평식, 교차식 및 수평 이동식으로 분류될 수 있다. According to an embodiment, the 3D image acquisition unit 130 may be implemented as a 3D stereo camera. A 3D stereo camera acquires a 3D image using two cameras. It is classified into a parallel type and an orthogonal type according to the camera arrangement method, and can be classified into a horizontal type, a cross type, and a horizontal movement type according to the gaze point control method. have.

도 2에서는 직교식 스테레오 카메라를 이용하여 3차원 영상 획득부(130)를 구현한 예를 도시하였으나, 본 발명이 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 즉, 3차원 영상 획득부(130)는 공지된 다양한 스테레오 카메라 또는 입체 카메라에 의해 구현될 수 있다.Although FIG. 2 illustrates an example in which the 3D image acquisition unit 130 is implemented using an orthogonal stereo camera, the present invention is not necessarily limited thereto. That is, the 3D image acquisition unit 130 may be implemented by various well-known stereo cameras or stereoscopic cameras.

영상 분석부(140)는 3차원 영상 획득부(130)에 의해 획득한 3차원 영상을 수신 및 분석하여 복수의 어류의 3차원 위치 정보를 획득할 수 있다.The image analysis unit 140 may receive and analyze the 3D image acquired by the 3D image acquisition unit 130 to obtain 3D position information of a plurality of fish.

또한, 영상 분석부(140)는 복수의 어류의 3차원 위치 정보에 따라 어류의 개체수를 카운트할 수 있고, 카운트한 어류의 개체수를 기초로 복수의 어류의 이동 패턴을 분석할 수 있다.Also, the image analyzer 140 may count the number of fish according to the three-dimensional position information of the plurality of fish, and may analyze the movement pattern of the plurality of fish based on the counted number of fish.

또한, 영상 분석부(140)는 3차원 위치 정보를 기초로 복수의 어류의 높이 방향 분포를 통계화할 수도 있다.Also, the image analyzer 140 may statisticize the distribution in the height direction of the plurality of fish based on the 3D position information.

또한, 영상 분석부(140)는 3차원 영상에서 획득한 3차원 위치 정보에 기반하여, 해당 위치에 어류가 존재하는 2차원 영상을 생성할 수 있으며, 이에 따라 생성된 2차원 영상을 자동화 분석에 활용하도록 할 수도 있다.In addition, the image analysis unit 140 may generate a 2D image in which a fish is present at a corresponding position based on 3D position information obtained from the 3D image, and use the generated 2D image for automated analysis. You can also make use of it.

영상 분석부(140)는, 예를 들어 데스크탑, 노트북, 스마트폰 등과 같은 각종 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다The image analyzer 140 may be implemented in various computing devices such as, for example, a desktop, a notebook computer, and a smart phone.

상술한 바와 같이, 영상 분석부(140)는 3차원 영상을 분석하여 어류의 3차원 위치 정보를 획득함으로써, 이동부(110) 내에서 이동하는 복수의 어류 각각의 3차원 위치를 정확하게 파악할 수 있고, 이를 기반으로 어류의 개체수를 정확하게 카운트할 수 있으며, 더 나아가 어류의 이동 패턴의 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, the image analysis unit 140 obtains the 3D position information of the fish by analyzing the 3D image, so that the 3D position of each of the plurality of fish moving in the moving unit 110 can be accurately identified. , and based on this, it is possible to accurately count the number of fish, and furthermore, it is possible to improve the analysis accuracy of the movement pattern of the fish.

또한, 영상 분석부(140)에 의해 통계화된 어류의 높이 방향 분포를 기초로 어류의 이동 패턴 분석에 있어서 원하지 않는 이동 패턴(예를 들어, 수직 방향 이동)을 보이는 개체를 분석 대상에서 제외하거나, 어류의 높이 방향 분포를 독성 스크리닝 분석에 활용함으로써 제브라피쉬 등과 같은 어류를 활용하는 연구를 보다 활성화하는 효과를 기대할 수 있다.In addition, in the analysis of the movement pattern of the fish based on the distribution in the height direction of the fish statisticalized by the image analysis unit 140 , an object showing an unwanted movement pattern (eg, vertical movement) is excluded from the analysis target, or , it can be expected to further activate research using fish such as zebrafish by utilizing the distribution in the height direction of fish for toxicity screening analysis.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above embodiments and the accompanying drawings. For those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, it will be apparent that the components according to the present invention can be substituted, modified and changed without departing from the technical spirit of the present invention.

100: 어류의 시기능 평가 장치
110: 이동부
120: 디스플레이부
130: 3차원 영상 획득부
140: 영상 분석부100: fish visual function evaluation device
110: moving unit
120: display unit
130: 3D image acquisition unit
140: image analysis unit

Claims (5)

어류가 이동할 수 있는 적어도 하나의 레인을 포함하는 이동부;
상기 이동부의 하부에 탈부착 가능하도록 구비되며, 기 설정된 물흐름 시자극 패턴을 가지는 동영상이 디스플레이되는 디스플레이부;
상기 이동부의 상부측으로 소정 거리 이격되도록 설치되어, 상기 동영상에 시각적으로 반응하여 상기 레인 내에서 이동하는 복수의 어류의 3차원 영상을 획득하는 3차원 영상 획득부; 및
상기 3차원 영상을 수신 및 분석하여 상기 복수의 어류의 3차원 위치 정보를 획득하는 영상 분석부를 포함하며,
상기 영상 분석부는 상기 3차원 위치 정보를 기초로 상기 복수의 어류의 높이 방향 분포를 통계화하는 것을 특징으로 하는 어류의 시기능 평가 장치.
a moving unit including at least one lane through which the fish can move;
a display unit provided to be detachably attached to a lower portion of the moving unit and displaying a moving picture having a preset pattern of stimulation during water flow;
a three-dimensional image acquisition unit installed to be spaced apart from an upper side of the moving unit by a predetermined distance and configured to visually respond to the moving image and acquire a three-dimensional image of a plurality of fish moving in the lane; and
and an image analyzer configured to receive and analyze the three-dimensional image to obtain three-dimensional position information of the plurality of fish,
The image analysis unit Visual function evaluation apparatus of fish, characterized in that for statisticizing the distribution in the height direction of the plurality of fish based on the three-dimensional position information.
 제 1 항에 있어서,
상기 영상 분석부는 상기 복수의 어류의 3차원 위치 정보에 따라 어류의 개체수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 어류의 시기능 평가 장치.
The method of claim 1,
The image analyzer is an apparatus for evaluating visual function of fish, characterized in that counting the number of fish according to the three-dimensional position information of the plurality of fish.
 제 2 항에 있어서,
상기 영상 분석부는 상기 어류의 개체수를 기초로 상기 복수의 어류의 이동 패턴을 분석하는 것을 특징으로 하는 어류의 시기능 평가 장치.
3. The method of claim 2,
The image analyzer is an apparatus for evaluating visual function of a fish, characterized in that it analyzes the movement pattern of the plurality of fish based on the number of the fish.
 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 영상 분석부는 상기 3차원 위치 정보에 기반하여 해당 위치에 어류가 존재하는 2차원 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 어류의 시기능 평가 장치.The method of claim 1,
The image analyzer is an apparatus for evaluating visual function of a fish, characterized in that based on the three-dimensional position information, generating a two-dimensional image of a fish present at the corresponding position.
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