KR20050107010A - Method for measuring cells of plankton using digital image processing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해수에 포함된 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저에 의해 만들어진 평면광을 상기 해수내부로 조사하여 CMOS 카메라로 해당 이미지를 획득한 다음, 상기 이미지를 컴퓨터 시스템을 통하여 디지털 영상처리 기법을 적용함으로써 해수에 포함된 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the number of phytoplankton contained in seawater, and more particularly, to irradiate planar light generated by a laser into the seawater to obtain a corresponding image with a CMOS camera, The present invention relates to a method for measuring phytoplankton populations in seawater by applying digital image processing techniques through computer systems.
또한, 식물성 플랑크톤이 가지는 고유의 형광특성을 이용하여 상기 플랑크톤의 흡광도가 가장 높은 파장대의 빛을 광원으로 하는 레이저와 고역 통과 필터를 부착한 CMOS 카메라를 사용하여 해당 이미지를 획득하도록 함으로써 플랑크톤과 다른 부유 물질들이 섞여 있을 경우에도 상기 플랑크톤의 개체수를 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.In addition, by utilizing the intrinsic fluorescence characteristics of phytoplankton, the image is obtained by using a CMOS camera equipped with a laser and a high pass filter as a light source of light having the highest absorbance of the plankton. The present invention relates to a method for measuring the population of plankton even when substances are mixed.
Description
본 발명은 해수에 포함된 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 격자무늬를 구비한 계수기를 통한 개체수 측정방식과는 전혀 다른 방식, 즉 레이저와 CMOS 카메라를 사용하여 해당 이미지를 획득 한 다음, 상기 이미지를 컴퓨터 시스템을 통한 디지털 영상처리 기법을 적용하여 개체수를 측정하는 디지털 영상처리 기법을 이용한 식물성 플랑크톤 개체수 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the population of phytoplankton contained in seawater, and more specifically, a method different from that of a population measuring method using a counter having a lattice pattern, that is, using a laser and a CMOS camera. The present invention relates to a method for measuring phytoplankton population using a digital image processing technique for measuring an individual after obtaining an image and applying the digital image processing technique through a computer system.
일반적으로 해수에 포함된 식물성 플랑크톤은 미생물에 의해 분해되면서 용존산소 부족현상을 일으키거나 어패류의 아가미에 흡착되여 어패류를 질식시키게 되므로 연안 수산업에 많은 피해를 주는 것으로 알려져 있다.In general, phytoplankton contained in seawater are known to cause a lot of damage to the coastal fisheries because they are dissolved by microorganisms, causing dissolved oxygen deficiency or being adsorbed by gills of fish and shellfish to suffocate fish and shellfish.
이와 같은 적조현상을 일으키는 일차 원인인 상기 플랑크톤을 효율적으로 방제하고, 나아가 조기에 예보를 하여 적조로 인한 피해를 최대한 줄이고자 하는 것이 매우 중요하며, 따라서 이와 같은 관점에서 볼 때 해수에 포함된 플랑크톤의 개체수를 정확하게 측정하고 이를 실시간으로 제공하는 것이 무엇보다도 중요한 문제라 할 수가 있다. It is very important to effectively control the plankton, which is the primary cause of such red tide, and to make an early forecast to reduce the damage caused by red tide as much as possible. Therefore, from this point of view, Accurately measuring populations and providing them in real time is of paramount importance.
한편, 종래 해수에 포함된 플랑크톤의 개체수를 측정하기 위한 방법으로는, 공개특허공보 제2003-0069619호에 기재된 바와 같이 해수에 포함된 플랑크톤의 개체수를 플랑크톤 계수 슬라이더(Sedgwick-Rafter slide glass)를 사용하여 계수하는 방법이 주로 사용되어져 왔다.On the other hand, as a method for measuring the population of plankton contained in conventional seawater, the plankton coefficient coefficient (Sedgwick-Rafter slide glass) is used as the population of plankton contained in seawater, as described in Patent Publication No. 2003-0069619 The counting method has been mainly used.
상기 방법은 플랑크톤이 포함된 일정량의 해수를 채취하여 고정액(Lugol's iodine solution)으로 상기 플랑크톤을 고정, 침전시킨 후, 농축액을 균일하게 섞어 미량의 샘플을 상기 계수 슬라이더에 넣은 다음, 광학 현미경을 이용하여 계수 슬라이더에 표시된 격자내부의 플랑크톤 개체수를 육안으로 계수하여 단위 부피당 개체수(cells/㎖)를 산출하는 것으로 이루져있다.In the method, a predetermined amount of seawater containing plankton is collected, the plankton is fixed and precipitated with a fixed solution (Lugol's iodine solution), and the concentrate is uniformly mixed with a small amount of sample into the counting slider. The number of plankton populations in the lattice displayed by the coefficient slider is visually counted to calculate the number of cells per unit volume (cells / ml).
그러나, 상기와 같은 방법은 해수를 채취하고 고정액으로 고정시켜야 하는 과정을 거쳐야 하므로 결과를 확인하기까지 비교적 많은 시간이 소요될 뿐 아니라, 현미경을 이용한 육안측정이므로 측정에 따른 오차가 발생할 가능성이 크게 된다.However, the above method requires a relatively long time to check the results because the sea water must be collected and fixed with a fixed solution, and because of the visual measurement using a microscope, the possibility of error due to the measurement is greatly increased.
또한 플랑크톤 계수 슬라이더에 미량의 샘플을 넣을 때 정확한 양을 측정하기도 어려워 측정결과에 대한 신뢰성을 확보하기가 힘들다는 등 많은 문제점이 있어 왔다.In addition, when a small amount of sample is put into the plankton coefficient slider, it is difficult to measure the exact amount, and it has been difficult to secure reliability of the measurement result.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저와 CMOS 카메라를 사용하여 해당 이미지를 획득하고, 이를 컴퓨터 시스템을통한 디지털 영상처리 기법을 적용하여 플랑크톤의 개체수를 측정함으로써 신속하게 적조현상을 규명할 수 있는 방법을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, by using a laser and CMOS camera to obtain the image, and by applying a digital image processing technique through a computer system to measure the number of plankton quickly The purpose is to provide a way to identify red tide phenomena.
또한, 본 발명은 플랑크톤이 가지고 있는 고유한 광특성을 이용하여 해당 플랑크톤의 흡광도가 가장 높은 파장대의 광원을 빛으로 조사하도록 하고, 상기 광원에 대해서 식물성 플랑크톤의 방사도가 가장 높은 파장대만 통과되도록 하는 고역 통과 필터를 사용하여 이미지를 획득하도록 함으로써 다른 부유 물질들이 섞여 있을 경우에도 플랑크톤을 정확하게 구분하여 개체수를 측정할 수 있는 방법을 제공하는데도 그 목적이 있다.In addition, the present invention uses the intrinsic optical properties of the plankton to irradiate the light source of the wavelength band with the highest absorbance of the plankton with light, and to pass only the wavelength band of the highest phytoplankton emission to the light source The objective is to provide a method for accurately measuring the number of plankton, even in the presence of other suspended substances, by using a high pass filter to obtain an image.
이를 위하여 본 발명의 실시예에 의하면, 해수에 포함된 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은, (a) 식물성 플랑크톤이 포함된 상기 해수를 소정크기의 탱크에 채워넣어 계측용 조성물을 만들고, (b) 상기 계측용 조성물 내부로 레이저와 원통형 렌즈를 사용하여 평면광을 조사하고, (c) 상기 평면광내에 형성되는 소정크기의 영역을 CMOS 카메라를 사용하여 디지털 영상을 획득한 다음, 메인보드를 거쳐 컴퓨터 시스템으로 전송하고, (d) 획득된 디지털 영상을 컴퓨터 시스템을 사용하여 영상 왜곡을 보정하여, 필터링을 통하여 영상 노이즈를 제거한 다음, 그 외곽선을 검출하는 전처리 과정을 거쳐 측정 가능한 형태의 영상으로 변환한 후, (e) 변환된 영상에서 소정크기의 체적을 추출하여 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.To this end, according to an embodiment of the present invention, in the method for measuring the population of phytoplankton contained in seawater, the method comprises: (a) filling the tank of a predetermined size with the seawater containing phytoplankton (B) irradiating planar light into the metrology composition using a laser and a cylindrical lens, and (c) acquiring a digital image of a predetermined size region formed in the planar light using a CMOS camera. Next, transfer the digital image to the computer system via the mainboard, and (d) correct the image distortion using the computer system, remove the image noise through filtering, and then perform a preprocessing process to detect the outline. After converting to an image of a possible form, (e) extracting a predetermined size volume from the converted image and measuring the number of phytoplankton It is characterized by consisting of a process.
또한 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 해수에 포함된 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은, (a) 식물성 플랑크톤이 포함된 상기 해수를 소정크기의 탱크에 채워넣어 계측용 조성물을 만들고, (b) 상기 계측용 조성물 내부에 포함된 플랑크톤의 흡광도가 가장 높은 파장대의 빛을 광원으로 하는 레이저와 원통형 렌즈를 사용하여 평면광을 조사하고, (c) 상기 평면광내에 형성되는 소정크기의 영역을 고역 통과 필터를 부착한 CMOS 카메라를 사용하여 디지털 영상을 획득한 다음, 메인보드를 거쳐 컴퓨터 시스템으로 전송하고, (d) 획득된 디지털 영상을 컴퓨터 시스템을 사용하여 측정 가능한 형태의 영상으로 처리한 후, (e) 변환된 영상에서 소정크기의 체적을 추출하여 식물성 플랑크톤의 개체수를 측정하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the method for measuring the population of phytoplankton contained in seawater, the method comprises: (a) filling the tank of a predetermined size with the seawater containing phytoplankton for measurement; (B) irradiating planar light using a laser and a cylindrical lens having light of a wavelength band having the highest absorbance of plankton contained in the measurement composition, and (c) being formed in the planar light. Acquiring a digital image using a CMOS camera equipped with a high pass filter in a predetermined size region, and then transmitting the digital image to a computer system through a main board, and (d) measuring the acquired digital image using a computer system. After processing the image, (e) extracting a predetermined size volume from the converted image to measure the number of phytoplankton It is characterized.
이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 상세히 설명을 하면 다음과 같다.Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 측정장치의 개략도를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 크게 해수를 담은 탱크(1), CMOS 카메라(3), 레이저 다이오드 모듈(4), 메인보드(5) 및 컴퓨터 시스템(6)으로 이루어져 있다.1 shows a schematic diagram of a measuring device according to the invention, in which a tank (1), a CMOS camera (3), a laser diode module (4), a main board (5) and a computer system containing sea water as shown in FIG. It consists of (6).
본 발명에 사용된 CMOS 카메라(3)는 통상 가격이 저렴하면서 RAM, CPU 등의 다른 복합 로직 회로와 호환성이 우수한 장점이 있어 시스템의 가격을 획기적으로 낮추는 것이 가능한 이점이 있다. The CMOS camera 3 used in the present invention has an advantage that it is possible to significantly lower the price of the system because the CMOS camera 3 is generally inexpensive and has excellent compatibility with other complex logic circuits such as RAM and CPU.
또한 상기 CMOS 카메라(3)는 데이터(data)와 어드레스 버스(address bus)에 연결되어 있으며, 대부분의 매개변수는 레지스터(register)에 의해 조정이 가능하게 된다. 예를 들면, 노출시간과 게인(gain)은 자동모드로 설정되거나 또는 어떤 특정한 값을 임의로 지정할 수 있고 이미지 크기 또한 조정이 가능하게 된다.In addition, the CMOS camera 3 is connected to a data and an address bus, and most parameters can be adjusted by a register. For example, the exposure time and gain can be set to automatic mode or any particular value can be set and the image size can be adjusted.
그리고 상기 CMOS 카메라(3)에는 카메라 렌즈(2)가 장착되어 있는데, 상기 카메라 렌즈(2)는 이미지 획득시 보다 선명한 화상을 얻을 수 있도록 렌즈 수차(abberation)가 가능한 적은 것을 선택하는 것이 바람직하다.The CMOS camera 3 is equipped with a camera lens 2, and the camera lens 2 preferably selects as few lens aberrations as possible to obtain a clearer image.
한편 본 발명에 사용되는 레이저 다이오드 모듈(4)는 레이저 다이오드(laser diode)와 원통형 렌즈를 사용하여 평면광을 발생시키는 기능을 가지며, 소정크기의 파장을 가지는 단색광을 이용하게 된다.Meanwhile, the laser diode module 4 used in the present invention has a function of generating plane light by using a laser diode and a cylindrical lens, and uses monochromatic light having a wavelength of a predetermined size.
그리고 메인보드(5)는 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 칩과 2개의 clock 발생기가 장착되어 카메라 보드(camera board)와 펄스 레이저 보드(pulsed laser board)를 제어하면서 동시에 컴퓨터 시스템(6)과 병렬 포트(parallel port)를 이용하여 통신을 담당하게 되며, 보다 빠른 데이터 전송과 시스템 동작을 위하여 ECP(Extend Capabilities Port) 프로토콜(protocol)을 적용하여 설계되어 진다.The main board (5) is equipped with a CPLD (Complex Programmable Logic Device) chip and two clock generators to control the camera board and the pulsed laser board, and at the same time, the computer system 6 and the parallel port. It is in charge of communication using parallel port, and is designed by applying ECP (Extend Capabilities Port) protocol for faster data transmission and system operation.
또한 상기 카메라를 통하여 획득된 디지털 영상은 컴퓨터 시스템(6)을 사용하여 측정 가능한 형태의 영상으로 변환한 후, 플랑크톤의 개체수를 측정하게 되는데, 이때 상기 과정은 디지털 영상처리 기법(digital image processing method)을 적용하여 개발된 프로그램에 의해 수행되어 진다.In addition, the digital image obtained through the camera is converted into an image of a measurable form by using the computer system 6, and then the number of plankton is measured, wherein the process is performed by a digital image processing method. It is executed by the program developed by applying this.
도 2는 본 발명에 적용된 디지털 영상처리 기법의 흐름도를 도시한 것이다.2 is a flowchart illustrating a digital image processing technique applied to the present invention.
상기 디지털 영상처리 기법에는 CMOS 카메라를 사용하여 획득된 디지털 영상(10)이 메인보드를 거쳐 컴퓨터 시스템으로 전송되면 적절한 전처리 과정(pre-processing)을 거쳐 계수가 가능한 영상으로 변환하는 기능을 가지게 되는데, 상기 전처리 과정에는 획득된 디지털 영상 왜곡을 보정하여, 필터링을 통하여 영상 노이즈를 제거(20)한 다음, 그 외곽선을 검출(30)하는 저급 처리 과정(low level processing)이 포함되어 구성되게 된다.The digital image processing technique has a function of converting a digital image 10 obtained by using a CMOS camera to a countable image through appropriate pre-processing when the digital image 10 is transferred to a computer system via a main board. The preprocessing process includes low level processing to correct the acquired digital image distortion, remove image noise 20 through filtering, and then detect the outline 30.
그리고 상기 전처리 과정을 통해 변환된 영상에서 임의의 체적을 추출(4)하여 플랑크톤의 개체수를 계수(50)함으로써 플랑크톤의 공간 밀도를 산출하게 되는 과정이 더 포함되어 구성되게 된다.In addition, a process of calculating a spatial density of plankton is further included by extracting an arbitrary volume (4) from the image converted through the preprocessing process and counting the population of plankton (50).
이상과 같이 구성된 본 발명에 따라 플랑크톤의 개체수를 측정하고자 할 경우, 먼저 플랑크톤의 개체수를 측정하고자 하는 해수를 소정크기의 탱크(1)에 채워넣어 계측용 조성물을 만들게 되는데, 이때 상기 탱크는 레이저 빛이 굴절없이 통과될 수 있도록 하기 위하여 투명한 재질로 제작되는 것이 바람직하다.When measuring the population of plankton according to the present invention configured as described above, first fill the tank 1 of a predetermined size with the seawater to measure the population of plankton to create a measuring composition, wherein the tank is laser light It is desirable to be made of a transparent material so that it can pass through without refraction.
다음, 상기 계측용 조성물 내부로 레이저와 원통형 렌즈로 이루어진 레이저 다이오드 모듈(4)을 통하여 평면광을 조사하게 되고, 상기 평면광은 원통형 렌즈에 의해 그 두께가 적절하게 조절이 가능함으로 이미지 획득이 가능한 최적의 상태로 세팅될 수가 있게 된다.Next, the plane light is irradiated through the laser diode module 4 consisting of a laser and a cylindrical lens into the measuring composition, and the plane light is capable of appropriately adjusting its thickness by a cylindrical lens to obtain an image. The optimum state can be set.
이렇게 하여 평면광이 형성되게 되면, 상기 평면광내의 소정크기의 영역을 CMOS 카메라(3)를 사용하여 디지털 영상을 획득하게 되고, 획득된 영상은 즉시 메인보드(5)를 거쳐 컴퓨터 시스템(6)으로 전송하게 된다.In this way, when the plane light is formed, a digital image is acquired using the CMOS camera 3 in a predetermined size area in the plane light, and the acquired image is immediately passed through the main board 5 and the computer system 6. Will be sent to.
그리고 획득된 디지털 영상은 컴퓨터 시스템(6)을 사용하여 앞서 언급한 바와 같이 영상 왜곡을 보정하여, 필터링을 통하여 영상 노이즈를 제거한 다음, 그 외곽선을 검출하는 전처리 과정을 거쳐 측정 가능한 형태의 영상으로 변환되게 되며, 변환된 영상에서 소정크기의 체적을 추출하여 식물성 플랑크톤의 개체수를 계수하는 과정을 수행하게 된다.The obtained digital image is corrected as described above using the computer system 6 to remove image noise through filtering, and then converted to an image of measurable form through a preprocessing process of detecting the outline. The process of counting the population of phytoplankton by extracting a volume of a predetermined size from the converted image.
도 3은 상기 과정을 수행한 결과 얻어지는 영상을 최초 영상(original image)과 상호 비교하여 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 영상처리 기법을 통하여 얻어진 영상(b)이 최초 영상(a)과 비교할 수 없을 정도로 선명함을 볼 수가 있다.FIG. 3 shows an image obtained by performing the above process compared with an original image. As shown, an image (b) obtained through a digital image processing technique according to the present invention is an original image (a). You can see the sharpness that can not be compared with.
따라서 상기 영상(b)를 토대로 플랑크톤의 개체수를 계수한 결과 2.63㎜×2.63㎜×0.57㎜ 영역에서 180개의 개체수가 확인되는데, 이를 비례적으로 환산했을 경우 45685 cells/㎖의 밀도를 가짐을 알 수가 있다.Accordingly, as a result of counting the plankton population on the basis of the image (b), 180 populations were identified in the 2.63 mm × 2.63 mm × 0.57 mm region, which was found to have a density of 45685 cells / ml in proportion to this. have.
한편 본 발명에 대한 신뢰성을 검증하기 위하여 측정된 플랑크톤의 개체수를 종래 플랑크톤 계수 슬라이더를 사용한 결과와 상호 비교해 보면 다음과 같다.Meanwhile, in order to verify the reliability of the present invention, the measured number of plankton is compared with the result of using a conventional plankton coefficient slider as follows.
이때 사용된 상기 플랑크톤 계수 슬라이더는 0.5㎖용량으로 125×50개의 격자로 이루어져 있으며, 고정액(Lugol's iodine solution)으로 상기 플랑크톤을 고정, 침전시킨 후, 농축액을 균일하게 섞어 상기 계수 슬라이더에 넣은 다음, 광학 현미경으로 16칸의 격자속에 포함된 개체수를 계수하여 비례적으로 1㎖당 개체수를 산출하였다.The plankton coefficient slider used was composed of 125 × 50 grids with a volume of 0.5 ml. The plankton was fixed and precipitated with a fixed solution (Lugol's iodine solution), and then the concentrates were uniformly mixed and placed in the coefficient slider. The number of individuals contained in the grid of 16 columns was counted under a microscope to calculate the number of individuals per ml in proportion.
도 4는 이렇게 하여 광학현미경을 사용하여 획득된 영상을 나타낸 것으로, 16칸의 격자에서 60개의 개체수가 확인되었고 이를 비례식으로 환산하면 46800 cells/㎖의 밀도를 얻을 수가 있는데, 이는 약 3%대의 오차 범위내에서 본 방법에 의한 결과와 잘 일치하고 있음을 보여주고 있다.FIG. 4 shows an image obtained by using an optical microscope. In this case, 60 individuals were identified in a grid of 16 cells, and when converted proportionally, a density of 46800 cells / ml was obtained, which was about 3% error. The results are in good agreement with the results of this method.
따라서 이와 같은 방법을 사용할 경우 종래와 달리 플랑크톤 개체수를 신속하면서 정확하게 측정할 수가 있는 효과를 얻을 수가 있게 된다.Therefore, when using such a method, it is possible to obtain the effect of measuring the plankton population quickly and accurately, unlike in the prior art.
한편, 본 발명에 다른 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, another embodiment of the present invention will be described below.
식물성 플랑크톤은 광합성을 통해 대사를 진행하므로 엽록체가 중요한 생체 구성요소이며, 상기 엽록체는 고유한 광특성을 나타내는 것으로 알려져 있다.Since phytoplankton metabolize through photosynthesis, chloroplasts are important biological components, and chloroplasts are known to exhibit inherent optical properties.
이와 같은 광특성을 조사하기 위하여 상기 플랑크톤에 특정 파장, 예를 들면 430㎚ 파장의 빛을 조사한 다음, 형광 분광 광도계 및 형광 현미경을 사용하여 플랑크톤의 흡광도(Excitation graph)와 방사도(Emission graph)를 조사한 결과인 플랑크톤의 형광특성을 나타낸 그래프를 도 5에 도시하고 있다.In order to investigate such optical properties, the plankton is irradiated with light having a specific wavelength, for example, at a wavelength of 430 nm, and then, using a fluorescence spectrophotometer and a fluorescence microscope, the absorption and emission graphs of the plankton are measured. FIG. 5 is a graph showing the fluorescence characteristics of the plankton as a result of the investigation.
도시된 바와 같이, 흡광도(a)는 460㎚에서, 방사도(b)는 680㎚부근에서 가장 높은 값을 보이고 있는데, 즉 (a) 그래프는 680㎚ 형광 방사를 방출하게 할 때 가장 기여를 많이 하는 흡광 파장 그래프를 나타낸 것으로, Y 값이 클수록 방사 형광 방출에 가장 많이 기여한다고 할 수가 있다.As shown, the absorbance (a) shows the highest value at 460 nm and the emissivity (b) near 680 nm, i.e. the graph (a) shows the most contribution when it emits 680 nm fluorescent emission. The absorption wavelength graph is shown, and it can be said that the larger the Y value, the greater the contribution to the emission fluorescence emission.
여기서 흡광도(a)의 경우 600㎚ 이상 파장에서 강도(intensity)가 올라가는 이유는 방사 파장에 의한 것으로 일종의 노이즈로 해석되며, 방사도(b)의 경우 500㎚대 부근 강도가 높게 나타나는 것은 형광이 워낙 약한 빛으로 흡광 파장의 일부를 기계가 인식한 노이즈로 해석된다.In the case of absorbance (a), the reason why the intensity rises at a wavelength of 600 nm or more is due to the wavelength of radiation, and it is interpreted as a kind of noise. The weak light is interpreted as a noise recognized by the machine as part of the absorption wavelength.
따라서 본 발명에서 사용된 식물성 플랑크톤의 경우 460㎚ 파장의 빛을 조사했을 때 680㎚ 파장의 가장 강한 빛을 방사하는 광특성을 가지게 됨을 볼 수가 있는데, 이때 조사하는 빛의 파장대가 달라지더라도 방사하는 빛의 파장대는 거의 680㎚ 부근에서 변하지 않고 단지 그 강도만 달라지며, 460㎚ 파장의 빛을 조사할 때 가장 강한 강도를 나타낸다는 사실을 확인할 수가 있다.Therefore, when the phytoplankton used in the present invention is irradiated with light of 460nm wavelength, it can be seen that it has an optical characteristic that emits the strongest light of 680nm wavelength, even if the wavelength band of the irradiated light changes It can be seen that the wavelength of light does not change near 680 nm, only its intensity is changed, and shows the strongest intensity when irradiated with light of 460 nm wavelength.
이러한 광특성을 이용할 경우 해수에 플랑크톤과 다른 불순물들이 섞여 있을 경우 플랑크톤만 검출해 낼 수가 있게 되며, 이때 사용되는 빛은 흡광도가 가장 높은 파장대의 빛을 광원으로 사용하고, CMOS 카메라의 카메라 렌즈에 고역 통과 필터(high pass filter)를 설치하여 디지털 영상을 획득하게 되면 불순물이 제거된 순수 플랑크톤만을 검출할 수가 있다.When using this optical property, if plankton and other impurities are mixed in the seawater, only plankton can be detected.In this case, the light used is a light source with the highest absorbance as a light source, If a digital image is obtained by installing a high pass filter, only pure plankton from which impurities are removed can be detected.
이를 위하여 상기 고역 통과 필터는, 상기 광원에 대해서 식물성 플랑크톤의 방사도가 가장 높은 파장대만 통과 가능하도록 선택되는 것이 바람직하다.For this purpose, the high pass filter is preferably selected such that only the wavelength band having the highest luminescence of phytoplankton can pass through the light source.
즉, 본 발명에 의하면 상기와 같은 광특성을 토대로 하여 불순물이 다량으로 섞여 있는 해수에서 플랑크톤의 개체수를 정확하게 측정하는 방법을 제공할 수가 있는데, 앞서 설명한 실시예를 나타낸 도 1과 동일하게 식물성 플랑크톤이 포함된 상기 해수를 소정크기의 탱크(1)에 채워넣어 계측용 조성물을 만든 다음, 상기 계측용 조성물 내부에 포함된 플랑크톤의 흡광도가 가장 높은 파장대의 빛을 광원으로 하는 레이저와 원통형 렌즈로 이루어진 레이저 다이오드 모듈(4)를 사용하여 평면광을 조사하게 된다.That is, according to the present invention, it is possible to provide a method for accurately measuring the population of plankton in seawater containing a large amount of impurities, based on the optical properties as described above. As shown in FIG. Filling the contained seawater into a tank (1) of a predetermined size to make a measurement composition, and then a laser consisting of a laser and a cylindrical lens having a light source of light having the highest absorbance of the plankton contained in the measurement composition as a light source The diode module 4 is used to irradiate plane light.
이렇게 하면 해수에 포함된 플랑크톤은 특정 파장대에서 가장 강한 빛을 방사하게 되며, 상기 평면광내에 형성되는 소정크기의 영역을 고역 통과 필터를 부착한 CMOS 카메라(3)를 사용하여 디지털 영상을 획득한 다음, 메인보드(5)를 거쳐 컴퓨터 시스템(6)으로 전송하여, 컴퓨터 시스템(6)을 사용하여 측정 가능한 형태의 영상으로 처리하게 된다.In this way, plankton contained in the seawater emits the strongest light in a specific wavelength band, and acquires a digital image by using a CMOS camera (3) attached with a high pass filter to a predetermined size region formed in the plane light. The computer system 6 transmits the data through the main board 5 to the computer system 6 and processes the image into a measurable form using the computer system 6.
그 다음 변환된 영상에서 소정크기의 체적을 추출하여 식물성 플랑크톤의 개체수를 정확하게 계수하면 되므로, 많은 불순물이 섞여 있는 해수에서 플랑크톤만 검출이 가능하게 되어 플랑크톤의 개체수를 정확하게 측정할 수가 있게 되는 것이다.Then, by extracting a volume of a predetermined size from the converted image and accurately counting the population of phytoplankton, only plankton can be detected in seawater mixed with many impurities, so that the population of plankton can be accurately measured.
도 6은 상기 본 발명에 의해 얻어진 결과를 검증해 보기 위하여 형광 현미경을 사용하여 얻은 플랑크톤의 이미지를 서로 비교하여 나타낸 것이다.Figure 6 shows a comparison of the images of plankton obtained using a fluorescence microscope to verify the results obtained by the present invention.
여기서, (a)는 백색광을 조사하여 얻은 플랑크톤의 이미지이며, (b)는 상기 플랑크톤의 흡광도가 가장 높은 파장대, 예를 들면 460㎚ 파장의 빛을 조사하고, CMOS 카메라에는 상기 플랑크톤의 방사도가 가장 높은 파장대만 통과 가능하도록 예를 들면, 600㎚ 정도의 필터를 채택하여 획득한 이미지이다.Here, (a) is an image of plankton obtained by irradiating white light, (b) is irradiated with light of the wavelength band having the highest absorbance of the plankton, for example, 460nm, the radiation of the plankton to the CMOS camera For example, it is an image obtained by adopting a filter of about 600 nm so that only the highest wavelength band can pass.
실제 해수에는 (a)에 나타난 바와 같이 플랑크톤(화살표로 표시된 것)이 많은 불순물이 섞여 있어 개체수를 측정하기에 많은 어려움이 있음을 볼 수가 있으나, 본 발명에 의한 방법을 적용할 경우 (b)와 같이 불순물은 필터링되고 플랑크톤만 검출됨을 쉽게 확인할 수가 있게 된다.As shown in (a), the actual seawater contains a lot of impurities such as plankton (marked with arrow), which makes it difficult to measure the population. However, when applying the method according to the present invention, (b) and Likewise, it is easy to confirm that impurities are filtered out and only plankton is detected.
따라서 본 발명에 의하면 플랑크톤의 광특성을 적용하여 해수에 포함된 플랑크톤만을 정확하게 검출할 수가 있는 효과를 얻을 수가 있으며, 또한 획득된 디지털 영상에서 플랑크톤만을 검출하도록 하기 위한 전처리과정이 필요하지 않아 비교적 신속하게 개체수를 계수할 수가 있게 된다.Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain the effect of accurately detecting only plankton contained in seawater by applying the optical properties of plankton, and it is relatively fast since no preprocessing process is required to detect only plankton in the acquired digital image. The number of individuals can be counted.
이상과 같이 하여 본 발명에서는 레이저와 CMOS 카메라를 사용하여 해당 이미지를 획득 한 다음, 상기 이미지를 컴퓨터 시스템을 통한 디지털 영상처리 기법을 적용하고, 나아가 플랑크톤의 광특성을 이용하도록 함으로써 해수에 포함된 플랑크톤의 개체수를 신속하면서 정확하게 계수할 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.As described above, in the present invention, a corresponding image is obtained by using a laser and a CMOS camera, and then the image is applied to a digital image processing technique through a computer system, and further, the plankton included in seawater by using the optical characteristics of plankton. It can be seen that the basic technical idea is to allow a rapid and accurate counting of the number of.
그리고 이는 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.And of course, within the scope of the basic technical idea of the present invention, many modifications are possible to those skilled in the art.
상기와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 예상된다.According to the present invention as described above the following effects are expected.
먼저, 종래 플랑크톤 계수 슬라이더를 이용하지 않아도 되므로 측정에 따른 신속성을 확보할 수가 있으며, 또한 디지털 영상기법을 통하여 개체수를 계수하므로 매우 실용적이면서 쉽게 측정이 가능할 수가 있다.First, since it is not necessary to use the conventional plankton coefficient slider, it is possible to secure the promptness according to the measurement, and since the number of individuals is counted through the digital imaging technique, the measurement may be very practical and easy.
그리고 많은 종류의 불순물과 함께 섞여 있는 경우라 하더라도 오직 플랑크톤만을 검출할 수가 있어 측정에 따른 정확성을 높일 수가 있다.And even when mixed with many kinds of impurities, only plankton can be detected, which increases the accuracy of measurement.
그 결과 적조를 조기에 정확하게 예보가 가능하므로 적조로 인한 피해를 최대한 줄일 수가 있는 매우 유용한 발명인 것이다.As a result, it is possible to predict red tide early and accurately, which is a very useful invention that can reduce damage caused by red tide as much as possible.
도 1은 본 발명에 따른 측정장치의 개략도를 도시한 도면1 shows a schematic diagram of a measuring device according to the invention;
도 2는 본 발명에 적용된 디지털 영상처리 기법의 흐름도를 도시한 도면2 is a flowchart illustrating a digital image processing technique applied to the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예를 상호 비교하여 나타낸 이미지Figure 3 is an image showing a comparison of the embodiments of the present invention
도 4는 종래 플랑크톤 계수 슬라이더의 플랑크톤을 나타낸 이미지Figure 4 is an image showing the plankton of the conventional plankton coefficient coefficient slider
도 5는 플랑크톤의 형광특성을 나타낸 그래프5 is a graph showing the fluorescence characteristics of plankton
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 상호 비교하여 나타낸 이미지6 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1....탱크 2....카메라 렌즈1 .... tank 2 .... camera lens
3....CMOS 카메라 4....레이저 다이오드 모듈CMOS camera 4 .... laser diode module
5....메인보드 6....컴퓨터 시스템5 .... mainboard 6 .... computer system
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