KR102566703B1 - A system for measuring microplastics based on dynamic image analysis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동적 이미지 분석을 기반으로 미세플라스틱을 측정하는 시스템에 있어서, 유체성을 갖는 시료; 일측면에 상기 시료가 연속적으로 주입되는 패널 형태의 플로우 셀; 상기 플로우 셀에 주입되는 시료의 유량을 조절하는 유량조절부; 상기 플로우 셀의 상기 일측면과 연접하는 어느 하나의 타측면과 대면하도록 이격 배치되어 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 광축으로 상기 플로우 셀의 상기 타측면에 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부와 동일한 광축 선상에 상기 플로우 셀을 이격 개재시킨 상태로 상기 광원부와 대면하도록 이격 배치되어, 상기 유량조절부에 의해 조절된 유량으로 상기 플로우 셀을 통과하면서 상기 광원부의 빛에 조사된 시료를, 소정 주파수 이상으로 촬영하는 이미지 센서; 및 상기 광원부, 상기 이미지 센서와 동일한 광축 선상에서 상기 플로우 셀과 상기 이미지 센서 사이에 이격 배치되고, 상기 이미지 센서에 촬영될 시료의 상을 확대하는 광학계를 포함하고,
상기 플로우 셀의 상기 타측면은, 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 방향에 대한 폭이, 상기 플로우 셀의 일측면의 폭보다 상대적으로 크게 이루어진 것을 특징으로 하여, 보다 정확하고 효율적으로 미세플라스틱을 측정할 수 있는 효과가 있다.The present invention is a system for measuring microplastics based on dynamic image analysis, comprising: a sample having fluidity; a flow cell in the form of a panel on one side of which the sample is continuously injected; a flow control unit controlling the flow rate of the sample injected into the flow cell; a light source unit disposed to face the other side surface of the flow cell connected to the one side surface of the flow cell and radiating light to the other side surface of the flow cell with an optical axis perpendicular to the injection direction of the sample; A sample irradiated with the light of the light source unit is disposed to face the light source unit on the same optical axis line as the light source unit and is spaced apart from each other while passing through the flow cell at a flow rate controlled by the flow control unit. , an image sensor that captures images at a predetermined frequency or higher; and an optical system spaced apart between the flow cell and the image sensor on the same optical axis as the light source and the image sensor, and enlarging an image of a sample to be captured by the image sensor,
The other side of the flow cell is characterized in that the width in a direction perpendicular to the injection direction of the sample is made relatively larger than the width of one side of the flow cell, so that microplastics can be more accurately and efficiently It has a measurable effect.
Description
본 발명은 조사 및 촬영을 위한 면적이 주입을 위한 면적보다 비교적 큰 패널 형태의 플로우 셀에 연속적으로 주입되는 유체성의 시료에 대해 고속 플래시 조명과 고속 카메라를 이용하여 동적 이미지를 획득하고, 획득된 동적 이미지를 분석하여 시료 중의 미세플라스틱을 모니터링하는 구성을 통해 보다 정확하고 효율적으로 미세플라스틱을 측정할 수 있는 동시에, 합성섬유 미세플라스틱의 측정까지 용이하게 달성할 수 있는 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention obtains a dynamic image using high-speed flash lighting and a high-speed camera for a fluidic sample continuously injected into a panel-type flow cell in which the area for irradiation and imaging is relatively larger than the area for injection, and the obtained dynamic Microplastics measurement system based on dynamic image analysis that can measure microplastics more accurately and efficiently through a configuration that monitors microplastics in samples by analyzing images, and at the same time can easily achieve measurement of synthetic fiber microplastics It is about.
일반적으로, 미세플라스틱은 세안제, 치약, 기능성 화장품 등 제품으로부터 직접적으로 일어나는 유출을 1차 미세플라스틱, 플라스틱 제품 폐기 또는 사용과정에 의한 유출을 2차 미세플라스틱으로 분류한다.In general, microplastics are classified as primary microplastics for leakages that occur directly from products such as face wash, toothpaste, and functional cosmetics, and secondary microplastics for leakages caused by discarding or using plastic products.
이러한 미세플라스틱을 측정하는 기술은 크기, 모양, 종류를 구별하기 위해 현미경과 적외선분광법(FT-IR, Fourier Transform Infrared Spectroscopy)과 라만분광법(Raman Spectroscopy)이 주로 사용되며, 최근에는 마이크로 라만분광법을 통해 1㎛ 내외의 작은 미세플라스틱 확인도 가능하다고 알려져 있다.To distinguish the size, shape and type of these microplastics, microscopes, infrared spectroscopy (FT-IR, Fourier Transform Infrared Spectroscopy) and Raman spectroscopy are mainly used, and recently, micro-Raman spectroscopy It is known that microplastics as small as 1 μm can be identified.
그러나, 이러한 수동 분석방법은 노동집약적이고 비용이 많이 들고, 시간 소모가 매우 크며, 현미경으로 확인하여 플라스틱처럼 생긴 입자를 선택하여 수동으로 분석하기 때문에 인지편향이나 오류가 나타날 수 있는 단점이 있다.However, these manual analysis methods are labor-intensive, costly, time-consuming, and have disadvantages in that cognitive bias or errors may occur because plastic-like particles are manually analyzed after being checked under a microscope.
한편, 열분해 방법인 Py-GC/MS, MALDI-TOF-MS 등의 분석을 통해서도 1㎛ 내외의 미세플라스틱 분석이 가능하지만, 미세플라스틱 조성에 대한 정보는 확인이 어렵다.On the other hand, analysis of microplastics of around 1 μm is possible through analysis such as Py-GC/MS and MALDI-TOF-MS, which are thermal decomposition methods, but information on the composition of microplastics is difficult to confirm.
또한, 환경 샘플시료의 필터링 과정으로 인한 시간이 많이 소요되고(25mm 필터 기준 7시간 이상), 샘플을 고정시킨 필터 위에서만 분석이 가능하기 때문에 실시간 자동분석과 모니터링이 불가능한 한계점이 있다.In addition, it takes a lot of time due to the filtering process of the environmental sample (more than 7 hours based on a 25mm filter), and since the analysis is possible only on the filter with the sample fixed, real-time automatic analysis and monitoring are impossible.
특히, 미세플라스틱의 주요 발생원을 세탁폐수 합성섬유, 타이어 마모, 도시먼지, 도로페인트, 선박페인트, 개인생활용품 순으로 구분하고 있으며, 육상에서 배출되는 미세플라스틱 중 가장 많은 부분을 차지하고 있는 세탁폐수 내 합성섬유 미세플라스틱을 실시간 분석 및 측정하기 위한 시스템이 요구되고 있는 실정이다.In particular, the major sources of microplastics are classified in the order of laundry wastewater synthetic fibers, tire abrasion, city dust, road paint, ship paint, and personal household items. There is a demand for a system for real-time analysis and measurement of synthetic fiber microplastics.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 조사 및 촬영을 위한 면적이 주입을 위한 면적보다 비교적 큰 패널 형태의 플로우 셀에 연속적으로 주입되는 유체성의 시료에 대해 고속 플래시 조명과 고속 카메라를 이용하여 동적 이미지를 획득하고, 획득된 동적 이미지를 분석하여 시료 중의 미세플라스틱을 모니터링하는 구성을 통해 보다 정확하고 효율적으로 미세플라스틱을 측정할 수 있는 동시에, 합성섬유 미세플라스틱의 측정까지 용이하게 달성할 수 있는 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and high-speed flash illumination and Using a high-speed camera to acquire dynamic images and analyzing the obtained dynamic images to monitor microplastics in the sample, it is possible to measure microplastics more accurately and efficiently, and at the same time, it is easy to measure synthetic fiber microplastics. The purpose of this study is to provide a microplastic measurement system based on dynamic image analysis that can achieve the desired results.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved in the present invention is not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will become clear to those skilled in the art from the description below. You will be able to understand.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단인 본 발명의 실시예에 따른 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템은, 동적 이미지 분석을 기반으로 미세플라스틱을 측정하는 시스템에 있어서, 유체성을 갖는 시료; 일측면에 상기 시료가 연속적으로 주입되는 패널 형태의 플로우 셀; 상기 플로우 셀에 주입되는 시료의 유량을 조절하는 유량조절부; 상기 플로우 셀의 상기 일측면과 연접하는 어느 하나의 타측면과 대면하도록 이격 배치되어 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 광축으로 상기 플로우 셀의 상기 타측면에 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부와 동일한 광축 선상에 상기 플로우 셀을 이격 개재시킨 상태로 상기 광원부와 대면하도록 이격 배치되어, 상기 유량조절부에 의해 조절된 유량으로 상기 플로우 셀을 통과하면서 상기 광원부의 빛에 조사된 시료를, 소정 주파수 이상으로 촬영하는 이미지 센서; 및 상기 광원부, 상기 이미지 센서와 동일한 광축 선상에서 상기 플로우 셀과 상기 이미지 센서 사이에 이격 배치되고, 상기 이미지 센서에 촬영될 시료의 상을 확대하는 광학계를 포함할 수 있고, 상기 플로우 셀의 상기 타측면은, 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 방향에 대한 폭이, 상기 플로우 셀의 일측면의 폭보다 상대적으로 크게 이루어질 수 있다.A system for measuring microplastics based on dynamic image analysis according to an embodiment of the present invention, which is a technical means for achieving the above object, is a system for measuring microplastics based on dynamic image analysis, comprising: a sample having fluidity; a flow cell in the form of a panel on one side of which the sample is continuously injected; a flow control unit controlling the flow rate of the sample injected into the flow cell; a light source unit disposed to face the other side surface of the flow cell connected to the one side surface of the flow cell and radiating light to the other side surface of the flow cell with an optical axis perpendicular to the injection direction of the sample; A sample irradiated with the light of the light source unit is disposed to face the light source unit on the same optical axis line as the light source unit and is spaced apart from each other while passing through the flow cell at a flow rate controlled by the flow control unit. , an image sensor that captures images at a predetermined frequency or higher; and an optical system disposed spaced apart between the flow cell and the image sensor on the same optical axis as the light source unit and the image sensor and magnifying an image of a sample to be captured by the image sensor, The width of the side surface in a direction perpendicular to the injection direction of the sample may be relatively larger than that of one side surface of the flow cell.
또한, 상기 이미지 센서로부터 촬영된 이미지를 미리 저장된 이미지 프로세싱 프로그램을 통해 분석하여 상기 시료에 함유된 미세플라스틱의 길이, 크기, 면적, 형상(모양), 장폭비 중 적어도 하나에 대한 정성분석용 데이터와, 상기 미세플라스틱의 개수에 대한 정량분석용 데이터를 추출하고, 상기 정성분석용 데이터를 기반으로 상기 미세플라스틱의 선별정보를 획득하면서 상기 정량분석용 데이터를 기반으로 상기 미세플라스틱의 농도정보를 획득하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 획득되는 상기 선별정보 및 상기 농도정보에 따라 미리 설정된 알림신호로 임의의 화면 상에 디스플레이하는 표시부를 더 포함할 수 있다.In addition, by analyzing the image taken from the image sensor through a pre-stored image processing program, qualitative analysis data for at least one of the length, size, area, shape (shape), and length-width ratio of the microplastics contained in the sample and , Extracting data for quantitative analysis on the number of microplastics, obtaining selection information of the microplastics based on the data for qualitative analysis, and obtaining concentration information of the microplastics based on the data for quantitative analysis control unit; And it may further include a display unit for displaying on an arbitrary screen as a preset notification signal according to the selection information and the concentration information obtained from the controller.
또한, 상기 선별정보는, 상기 미세플라스틱이 어느 종류에 해당하는지에 대한 선별결과를 나타내는 데이터일 수 있고, 상기 농도정보는, 상기 미세플라스틱이 상기 시료의 주입량 당 어느 정도 함유되어 있는지에 대한 검출결과를 나타내는 데이터일 수 있다.In addition, the selection information may be data indicating a selection result of which type of microplastics corresponds, and the concentration information is a detection result of how much microplastics are contained per injection amount of the sample. It may be data representing
또한, 상기 이미지 센서는, 분당 약 10,000개 내지 11,000개의 캡쳐 이미지를 확보가능하게 구성되는 고속 카메라일 수 있고, 상기 제어부의 이미지 프로세싱 프로그램은, 상기 이미지 센서로부터 확보되는 캡쳐 이미지를 초당 약 10 프레임 내지 20 프레임으로 이미지화하여 분석할 수 있으며, 상기 광원부는, 상기 이미지 센서의 주파수에 대응하는 주파수로 점멸 발광하는 고속 플래시 조명일 수 있다.In addition, the image sensor may be a high-speed camera configured to secure about 10,000 to 11,000 captured images per minute, and the image processing program of the controller may capture images obtained from the image sensor at about 10 to 11,000 frames per second. It can be imaged and analyzed in 20 frames, and the light source unit may be a high-speed flash light flickering and emitting light at a frequency corresponding to the frequency of the image sensor.
또한, 상기 제어부는, 상기 정성분석용 데이터를 미리 설정된 선별기준 데이터와 상호 매칭시켜 상기 선별정보를 획득할 수 있고, 상기 선별기준 데이터에는, 약 1㎛ 내지 1,000㎛의 길이를 갖는 합성섬유 미세플라스틱의 선별을 위한 기준 데이터가 포함될 수 있다.In addition, the control unit may acquire the selection information by mutually matching the data for qualitative analysis with preset selection criteria data, wherein the selection criteria data include synthetic fibers and microplastics having a length of about 1 μm to 1,000 μm. Criteria data for selection of may be included.
또한, 상기 유량조절부는, 압력을 이용하여 상기 시료가 미리 설정된 양으로 균일하게 주입되도록 하는 정량펌프일 수 있다.In addition, the flow control unit may be a metering pump that uniformly injects the sample in a preset amount by using pressure.
본 발명에 따른 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템은, 조사 및 촬영을 위한 면적이 주입을 위한 면적보다 비교적 큰 패널 형태의 플로우 셀에 연속적으로 주입되는 유체성의 시료에 대해 고속 플래시 조명과 고속 카메라를 이용하여 동적 이미지를 획득하고, 획득된 동적 이미지를 분석하여 시료 중의 미세플라스틱을 모니터링하는 구성을 통해 보다 정확하고 효율적으로 미세플라스틱을 측정할 수 있는 동시에, 합성섬유 미세플라스틱의 측정까지 용이하게 달성할 수 있다.The dynamic image analysis-based microplastic measurement system according to the present invention uses high-speed flash lighting and a high-speed camera for fluidic samples continuously injected into a panel-type flow cell in which the area for irradiation and imaging is relatively larger than the area for injection. Through the configuration of acquiring dynamic images and monitoring the microplastics in the sample by analyzing the acquired dynamic images, the microplastics can be measured more accurately and efficiently, and at the same time, the measurement of synthetic fiber microplastics is easily achieved. can do.
또한, 본 발명에 의하면, 기저장된 이미지 프로세싱 프로그램을 이용한 이미지 분석으로 정성분석용 데이터와 정량분석용 데이터를 각각 추출하고, 추출된 데이터에 따른 선별정보 및 농도정보를 획득하는 제어부의 구성과, 제어부에서 획득된 선별정보 및 농도정보를 화면 상에 디스플레이하는 표시부의 구성을 통해 미세플라스틱을 종류에 따라 자동적으로 선별하면서 종류별 함유량을 시각적으로 용이하게 인식할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the configuration of a control unit for extracting data for qualitative analysis and data for quantitative analysis by image analysis using a pre-stored image processing program, and acquiring selection information and concentration information according to the extracted data, and a control unit There is an effect of easily visually recognizing the content of each type while automatically sorting the microplastics according to the type through the configuration of the display unit that displays the selection information and concentration information obtained from the screen.
더불어, 본 발명에 의하면, 압력을 이용하여 플로우 셀에 시료가 미리 설정된 양만큼 균일하게 주입되도록 하는 유량조절부의 구성을 통해 농도정보의 획득 측면에서 측정 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that measurement reliability can be further improved in terms of obtaining concentration information through the configuration of the flow control unit that uniformly injects a sample by a preset amount into the flow cell using pressure.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 도 1에 따른 상기 미세플라스틱 측정 시스템에서 플로우 셀의 촬영면적과 이미지 센서 및 광학계에 의한 화각을 나타낸 도면.1 is a configuration diagram showing the configuration of a microplastic measurement system based on dynamic image analysis according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a photographing area of a flow cell and an angle of view by an image sensor and an optical system in the microplastic measurement system according to FIG. 1;
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element. It should be understood that when an element is referred to as “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “having” refer to a described feature, number, step, operation, component, part, or It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 상기 미세플라스틱 측정 시스템에서 플로우 셀의 촬영면적과 이미지 센서 및 광학계에 의한 화각을 나타낸 도면이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of a microplastic measurement system based on dynamic image analysis according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a photographic area of a flow cell, an image sensor, and an optical system in the microplastic measurement system according to FIG. 1 It is a drawing showing the angle of view by .
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템(100)은 동적 이미지 분석을 기반으로 미세플라스틱을 측정하는 시스템에 있어서, 시료(부호 미표시), 플로우 셀(110), 유량조절부(120), 광원부(130), 이미지 센서(140), 광학계(150), 제어부(160) 및 표시부(170)를 포함하여 구성할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the dynamic image analysis-based
상기 시료는 유체성을 갖는 액체 또는 기체로 이루어져 미세플라스틱(P)을 함유한 샘플 물질로서, 본 발명에 의하면, 바람직하게는, 세탁폐수가 될 수 있다.The sample is a sample material composed of liquid or gas having fluidity and containing microplastics (P), and according to the present invention, preferably, it may be laundry wastewater.
이러한 상기 시료는 별도의 저장부(미도시)에 수용된 상태로 저장되어 있다가 후술될 유량조절부(120)를 통해 플로우 셀(110)로 주입 공급될 수 있으나, 어느 일정 공간에 수용되지 않은 상태로 바로 상기 유량조절부(120)에 유입될 수도 있다.The sample may be stored in a separate storage unit (not shown) and then injected and supplied to the
상기 플로우 셀(110)은 빛을 이용한 유체의 성분 측정을 위해 유리 또는 수정 등의 투과성 재료를 사용하여 제작되는 시험관으로서, 본 발명에 따르면, 6개의 면을 갖는 패널 형태로 이루어지는 것이 바람직하고, 일측면(111)에는 상기 시료가 연속적으로 주입될 수 있다.The
상기 유량조절부(120)는 플로우 셀(110)에 주입되는 시료의 유량을 조절하는 구성으로, 바람직하게는, 압력을 이용하여 상기 시료가 미리 설정된 양으로 상기 플로우 셀(110)에 균일하게 주입되도록 하는 기능을 수행하고, 이는 정량펌프가 취급될 수 있다.The
상기 광원부(130)는 플로우 셀(110)로 빛을 조사하기 위한 구성으로, 상기 플로우 셀(110)의 일측면(111)과 연접하는 어느 하나의 타측면(112)과 대면하도록 이격 배치되어 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 광축으로 상기 플로우 셀(110)의 타측면(112)에 빛을 조사하는 기능을 수행한다.The
이러한 상기 광원부(130)는 후술될 이미지 센서(140)의 주파수에 대응하는 주파수로 점멸 발광하는 고속 플래시 조명인 것이 바람직하고, 이는 해당관련분야의 통상지식을 가진 당업자에 의해 고속 플래시 기능을 갖는 본 발명의 기술적 범위 내에서 다양한 공지의 조명기기가 적용될 수 있다.It is preferable that the
상기 이미지 센서(140)는 플로우 셀(110)을 통과하는 시료의 순간적인 이미지를 획득하기 위한 구성으로, 상술한 광원부(130)와 동일한 광축 선상에 상기 플로우 셀(110)을 이격 개재시킨 상태로 상기 광원부(130)와 대면하도록 이격 배치될 수 있고, 상기 유량조절부(120)에 의해 조절된 유량으로 상기 플로우 셀(110)을 통과하면서 상기 광원부(130)의 빛에 조사된 시료를, 소정 주파수 이상으로 촬영하는 기능을 수행한다.The
이러한 상기 이미지 센서(140)는 분당 약 10,000개 내지 11,000개의 캡쳐 이미지를 확보가능하게 구성되는 고속 카메라인 것을 특징으로 하고, 더 바람직하게는, 회전프리즘식 고속도 카메라가 적용될 수 있다.The
여기서, 상기 회전프리즘식 고속도 카메라는 필름을 연속적으로 윤동하여 렌즈와 필름 사이에 평행한 두 면의 다각주 프리즘을 넣고 회전시키면서, 프리즘을 통과한 상의 이동속도를 필름의 속도와 일치시키는 방식으로서, 약 1만 장면/초까지 촬영할 수 있다.Here, the rotating prism type high-speed camera continuously rotates the film to put a parallel two-sided polyprism prism between the lens and the film and rotate it, matching the moving speed of the image passing through the prism with the speed of the film, about It can shoot up to 10,000 scenes/second.
다만, 본 발명에 따르면, 상기 이미지 센서(140)는 상기 구성에 한정되지 않고, 간헐촬영방식 카메라, CMOS형 카메라 또는 CCD 카메라, 스피드돔 카메라, 핀홀 카메라, 팬틸트줌 카메라 등에 고속 모터가 부가적으로 구비되도록 하여 고속 카메라 기능을 구현하는 구성이 적용될 수도 있다.However, according to the present invention, the
또한, 상기 광원부(130) 및 이미지 센서(140)는 유기적인 구성으로 초고속 카메라 기능을 구현할 수도 있다.In addition, the
예컨대, 회전드럼식 초고속도 카메라는 필름을 드럼에 고정하고 회전시키면 필름이 보강되어 윤동속도가 높아지게 되는데, 이때, 렌즈를 통과한 광선은 회전반사경에 반사되어, 필름 위에 상대적으로 정지된 상을 맺도록 하며, 순간 플래시를 함께 사용하면 약 10만 내지 50만 장면/초까지 획득한다.For example, in a rotating drum-type ultra-high-speed camera, when the film is fixed to the drum and rotated, the film is reinforced and the rotational speed is increased. And when using instant flash together, it acquires about 100,000 to 500,000 scenes/sec.
또한, 상술한 광원부(130) 및 이미지 센서(140)와 관련하여, 본 발명에 바람직한 실시예에 의하면, 상기 플로우 셀(110)의 타측면(112)은 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 방향에 대한 폭이, 상기 플로우 셀(110)의 일측면(111)의 폭보다 상대적으로 크게 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in relation to the above-described
즉, 상기 플로우 셀(110)은 시료의 조사 및 촬영을 위한 면적이 주입을 위한 면적보다 상대적으로 큰 패널 형태가 될 수 있고, 이러한 상기 플로우 셀(110)의 구조는 시료가 통과 도중에 얇게 골고루 분포된 상태로 통과할 수 있도록 유도하며, 이에 따라, 미세플라스틱(P) 또는 이물질이 겹쳐 촬영되는 노이즈 현상이 최소화될 수 있으므로, 보다 정확한 미세플라스틱(P)의 측정이 가능해질 수 있게 된다.That is, the
상기 광학계(150)는 이미지 센서(140)에 촬영될 시료의 상을 확대하는 구성으로서, 본 발명에 따르면, 상기 광원부(130) 및 이미지 센서(140)와 동일한 광축 선상에서 상기 플로우 셀(110)과 이미지 센서(140) 사이에 이격 배치되도록 구성될 수 있다.The
이러한 상기 광학계(150)는 대물렌즈를 포함한 현미경 모듈이 적용될 수 있고, 이는 통상적으로 게재된 일반적인 공지기술이므로, 더 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 기술적 범위 내에서 해당관련분야의 당업자에 의해 다양한 광학기기가 취급될 수 있음은 물론이다.The
상기 제어부(160)는 시료에 함유된 미세플라스틱(P)을 종류에 따라 자동 선별하기 위한 구성으로서, 상기 이미지 센서(140)로부터 촬영된 이미지를 미리 저장된 이미지 프로세싱 프로그램을 통해 분석하여 상기 시료에 함유된 미세플라스틱(P)의 길이, 크기, 면적, 형상(모양), 장폭비 중 적어도 하나에 대한 정성분석용 데이터와, 상기 미세플라스틱(P)의 개수에 대한 정량분석용 데이터를 추출하도록 구성될 수 있다.The
또한, 상기 제어부(160)는 정성분석용 데이터를 기반으로 상기 미세플라스틱(P)의 선별정보를 획득하면서 상기 정량분석용 데이터를 기반으로 상기 미세플라스틱(P)의 농도정보를 획득하도록 구성될 수 있다.In addition, the
여기서, 상기 선별정보는 미세플라스틱(P)이 어느 종류에 해당하는지에 대한 선별결과를 나타내는 데이터인 것이 바람직하고, 상기 농도정보는 미세플라스틱(P)이 상기 시료의 주입량 당 어느 정도 함유되어 있는지에 대한 검출결과를 나타내는 데이터인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the selection information is data indicating a selection result for which type of microplastic (P) corresponds, and the concentration information is the amount of microplastic (P) contained per injection amount of the sample. It is preferable that the data represent the detection result for
더불어, 본 발명에 따른 상기 제어부(160)의 이미지 프로세싱 프로그램은 상기 이미지 센서(140)로부터 확보되는 캡쳐 이미지를 초당 약 10 프레임 내지 20 프레임으로 이미지화하여 분석하도록 구성될 수 있다.In addition, the image processing program of the
또한, 상기 이미지 프로세싱 프로그램은 픽셀을 분석하여 백터로 정의된 화소들의 물질의 색상, 음영, 위치, 크기 등을 인식하거나, 물질의 경계선 및 윤곽선 등의 에지, 윤곽에 근사하는 선분, 곡선 등을 구하여 인식할 수도 있고, 상기 이미지 내에 존재하는 모서리점을 포함한 불변인 특징점을 추출하여 인식을 수행할 수도 있다.In addition, the image processing program analyzes the pixels to recognize the color, shade, position, size, etc. of the material of the pixels defined as vectors, or obtains edges, contours, etc. Recognition may be performed, or recognition may be performed by extracting invariant feature points including corner points existing in the image.
이러한 이미지 프로세싱 프로그램은 일반적인 공지의 기술로서, 해당관련분야의 통상지식을 가진 당업자에 의해 다양한 변경설계가 가능함은 물론이다.Such an image processing program is a generally known technology, and various modifications and designs are possible by those skilled in the art.
나아가, 상기 제어부(160)는 상술한 정성분석용 데이터를 미리 설정된 선별기준 데이터와 상호 매칭시켜 상기 선별정보를 획득할 수 있고, 상기 선별기준 데이터에는 약 1㎛ 내지 1,000㎛의 길이를 갖는 합성섬유 미세플라스틱의 선별을 위한 기준 데이터가 포함될 수 있다.Furthermore, the
이러한 선별기준 데이터는 추출 예상되는 정성분석용 데이터에 미리 대응하여 미세플라스틱(P)을 일정 기준에 따라 종류별로 선별하기 위해 당업자에 의해 미리 입력 설정된 데이터를 의미한다.Such selection criterion data refers to data input and set in advance by a person skilled in the art in order to select microplastics (P) by type according to a predetermined standard in advance in response to the data for qualitative analysis expected to be extracted.
상기 표시부(170)는 미세플라스틱(P)의 종류별 함유량이 시각적으로 용이하게 인식되도록 한 구성으로, 상기 제어부(160)로부터 획득되는 상기 선별정보 및 농도정보에 따라 미리 설정된 알림신호로 임의의 화면 상에 디스플레이하는 기능을 수행한다.The
이러한 상기 표시부(170)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.The
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.Detailed descriptions of the preferred embodiments of the present invention disclosed as described above are provided to enable those skilled in the art to implement and practice the present invention. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the scope of the present invention. For example, those skilled in the art can use each configuration described in the above-described embodiments in a manner of combining with each other. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that do not have an explicit citation relationship in the claims may be combined to form an embodiment or may be included as new claims by amendment after filing.
100 : 미세플라스틱 측정 시스템 110 : 플로우 셀
111 : 일측면(주입면) 112 : 타측면(조사면/촬영면)
120 : 유량조절부 130 : 광원부
140 : 이미지 센서 150 : 광학계
160 : 제어부 170 : 표시부
P : 미세플라스틱100: microplastic measuring system 110: flow cell
111: one side (injection side) 112: the other side (irradiation side/photography side)
120: flow control unit 130: light source unit
140: image sensor 150: optical system
160: control unit 170: display unit
P: Microplastic
Claims (6)
유체성을 갖는 시료;
일측면에 상기 시료가 연속적으로 주입되는 패널 형태의 플로우 셀;
상기 플로우 셀에 주입되는 시료의 유량을 조절하는 유량조절부;
상기 플로우 셀의 상기 일측면과 연접하는 어느 하나의 타측면과 대면하도록 이격 배치되어 상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 광축으로 상기 플로우 셀의 상기 타측면에 빛을 조사하는 광원부;
상기 광원부와 동일한 광축 선상에 상기 플로우 셀을 이격 개재시킨 상태로 상기 광원부와 대면하도록 이격 배치되어, 상기 유량조절부에 의해 조절된 유량으로 상기 플로우 셀을 통과하면서 상기 광원부의 빛에 조사된 시료를, 소정 주파수 이상으로 촬영하는 이미지 센서; 및
상기 광원부, 상기 이미지 센서와 동일한 광축 선상에서 상기 플로우 셀과 상기 이미지 센서 사이에 이격 배치되고, 상기 이미지 센서에 촬영될 시료의 상을 확대하는 광학계를 포함하고,
상기 플로우 셀의 상기 타측면은,
상기 시료의 주입방향과 수직을 이루는 방향에 대한 폭이,
상기 플로우 셀의 일측면의 폭보다 상대적으로 크게 이루어진 것을 특징으로 하며,
상기 이미지 센서로부터 촬영된 이미지를 미리 저장된 이미지 프로세싱 프로그램을 통해 분석하여 상기 시료에 함유된 미세플라스틱의 길이, 크기, 면적, 형상(모양), 장폭비 중 적어도 하나에 대한 정성분석용 데이터와, 상기 미세플라스틱의 개수에 대한 정량분석용 데이터를 추출하고, 상기 정성분석용 데이터를 기반으로 상기 미세플라스틱의 선별정보를 획득하면서 상기 정량분석용 데이터를 기반으로 상기 미세플라스틱의 농도정보를 획득하는 제어부; 및
상기 제어부로부터 획득되는 상기 선별정보 및 상기 농도정보에 따라 미리 설정된 알림신호로 임의의 화면 상에 디스플레이하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 선별정보는,
상기 미세플라스틱이 어느 종류에 해당하는지에 대한 선별결과를 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하며,
상기 농도정보는,
상기 미세플라스틱이 상기 시료의 주입량 당 어느 정도 함유되어 있는지에 대한 검출결과를 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하고,
상기 이미지 센서는,
분당 10,000개 내지 11,000개의 캡쳐 이미지를 확보가능하게 구성되는 고속 카메라인 것을 특징으로 하며,
상기 제어부의 이미지 프로세싱 프로그램은,
상기 이미지 센서로부터 확보되는 캡쳐 이미지를 초당 10 프레임 내지 20 프레임으로 이미지화하여 분석하는 것을 특징으로 하고,
상기 광원부는,
상기 이미지 센서의 주파수에 대응하는 주파수로 점멸 발광하는 고속 플래시 조명인 것을 특징으로 하며,
상기 고속 카메라는,
회전프리즘식 고속도 카메라 또는 회전드럼식 초고속도 카메라인 것을 특징으로 하는 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템.
In the system for measuring microplastics based on dynamic image analysis,
Samples with fluidity;
a flow cell in the form of a panel on one side of which the sample is continuously injected;
a flow control unit controlling the flow rate of the sample injected into the flow cell;
a light source unit disposed to face the other side surface of the flow cell connected to the one side surface of the flow cell and radiating light to the other side surface of the flow cell with an optical axis perpendicular to the injection direction of the sample;
A sample irradiated with the light of the light source unit is disposed to face the light source unit on the same optical axis line as the light source unit and is spaced apart from each other while passing through the flow cell at a flow rate controlled by the flow control unit. , an image sensor that captures images at a predetermined frequency or higher; and
An optical system spaced apart between the flow cell and the image sensor on the same optical axis as the light source and the image sensor, and enlarging an image of a sample to be captured by the image sensor,
The other side of the flow cell,
The width in the direction perpendicular to the injection direction of the sample,
Characterized in that it is made relatively larger than the width of one side of the flow cell,
Data for qualitative analysis of at least one of the length, size, area, shape (shape), and length-width ratio of the microplastics contained in the sample by analyzing the image taken from the image sensor through a pre-stored image processing program; a controller that extracts data for quantitative analysis on the number of microplastics, obtains selection information of the microplastics based on the data for qualitative analysis, and obtains concentration information of the microplastics based on the data for quantitative analysis; and
Characterized in that it further comprises a display unit for displaying on an arbitrary screen as a preset notification signal according to the selection information and the concentration information obtained from the control unit,
The selection information,
It is characterized in that the data indicating the selection result for which type the microplastic corresponds to,
The concentration information,
Characterized in that the data representing the detection result of how much the microplastics are contained per injection amount of the sample,
The image sensor,
Characterized in that it is a high-speed camera configured to secure 10,000 to 11,000 captured images per minute,
The image processing program of the control unit,
Characterized in that the captured image obtained from the image sensor is imaged and analyzed at 10 to 20 frames per second,
The light source unit,
Characterized in that it is a high-speed flash lighting that flickers and emits light at a frequency corresponding to the frequency of the image sensor,
The high-speed camera,
A microplastic measurement system based on dynamic image analysis, characterized in that a rotating prism-type high-speed camera or a rotating drum-type ultra-high-speed camera.
상기 제어부는,
상기 정성분석용 데이터를 미리 설정된 선별기준 데이터와 상호 매칭시켜 상기 선별정보를 획득하는 것을 특징으로 하고,
상기 선별기준 데이터에는,
1㎛ 내지 1,000㎛의 길이를 갖는 합성섬유 미세플라스틱의 선별을 위한 기준 데이터가 포함된 것을 특징으로 하는 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템.
According to claim 1,
The control unit,
Characterized in that the selection information is obtained by mutually matching the data for qualitative analysis with preset selection criterion data,
In the selection criteria data,
A microplastic measurement system based on dynamic image analysis, characterized in that it includes reference data for selecting synthetic fiber microplastics having a length of 1 μm to 1,000 μm.
상기 유량조절부는,
압력을 이용하여 상기 시료가 미리 설정된 양으로 균일하게 주입되도록 하는 정량펌프인 것을 특징으로 하는 동적 이미지 분석 기반의 미세플라스틱 측정 시스템.According to claim 1,
The flow control unit,
A microplastic measurement system based on dynamic image analysis, characterized in that the metering pump uses pressure to uniformly inject the sample in a preset amount.
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