KR20210053692A - Apparatus and method for analyzing microorganism - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 샘플수 분석장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박평형수 처리장치에 적용가능하도록 선박평형수 내의 동물성 플랑크톤을 보다 정확하게 분석할 수 있도록 하는 샘플수 분석장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sample number analysis apparatus and method, and more particularly, to a sample number analysis apparatus and method capable of more accurately analyzing zooplankton in ballast water so as to be applicable to a ballast water treatment apparatus.
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 밸러스트 탱크에 채우는 해수를 말하는 것이다.In general, ballast water or ballast water is a ballast tank installed on a ship to maintain balance when a ship is operated in a state where cargo is unloaded from the ship or when the amount of cargo loaded on the ship is very small. It refers to the seawater to fill in.
이러한 선박평형수에는 각종 수중생물이 서식하고 있으므로, 이를 아무런 처리없이 타지역에서 배출시킬 경우 심각한 해양오염 및 생태계 파괴를 유발시킬 우려가 높게 된다.Since various aquatic organisms inhabit these ballast waters, there is a high concern that serious marine pollution and ecosystem destruction are caused if they are discharged from other areas without any treatment.
이에 따라 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서는 국제협약을 체결하여 선박평형수의 살균 및 정화처리에 필요한 장치를 선박에 탑재토록 하였다.Accordingly, the International Maritime Organization (IMO) concluded an international agreement to install equipment necessary for sterilization and purification of ballast water on the ship.
선박에 탑재된 선박평형수 처리장치는, 국제해사기구(IMO)의 기준에 맞추어 육상시험 및 선상시험을 거쳐 인증서를 받은 다음 운항하여야 하기 때문에 선박평형수 처리장치에 의하여 처리된 평형수가 국제해사기구에서 규정한 배출기준에 적합한 것인지를 모니터링하는 시스템이 필요하게 된다. The ballast water treatment system mounted on a ship must be operated after receiving a certificate after undergoing a land test and on-board test in accordance with the standards of the International Maritime Organization (IMO), so the ballast water treated by the ballast water treatment system has to be operated by the International Maritime Organization. There is a need for a system to monitor whether it meets the emission standards specified in the regulations.
그러나, 선박평형수 처리장치의 배출기준 만족여부를 판단하기 위한 수중생물의 생사판별 측정이나 동물성 플랑크톤을 분석할 때, 영상분석 장치의 화면에 표시된 물체의 움직임(Mobility)만으로 판단하였기 때문에 선박과 같이 진동이나 흔들림(rolling)이 빈번하게 발생되는 환경하에서는 동물성 플랑크톤의 움직임과 생물이 아닌 물체(예를 들면, 부유물)의 움직임이 구분되기 어려워 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.However, when measuring live and death of aquatic organisms or analyzing zooplankton to determine whether the discharge standard of the ballast water treatment system is satisfied, it is determined only by the mobility of the object displayed on the screen of the image analysis device. In an environment in which vibration or rolling occurs frequently, it is difficult to distinguish between the movement of zooplankton and the movement of non-living objects (for example, floating objects), and thus there is a problem of inferior accuracy.
또한, 살아있는 동물성 플랑크톤의 개체수를 사람이 직접 계수하여야 하기 때문에 인적 오류(Human error)가 발생되는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that human error occurs because humans must directly count the number of live zooplankton.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 선박평형수 내의 동물성 플랑크톤을 보다 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 샘플수 분석장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to solve the above problems, and in particular, an object thereof is to provide a sample number analysis apparatus and method capable of more quickly and accurately analyzing zooplankton in ballast water.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일관점에 따른 샘플수 분석장치는, 샘플수가 수용되는 챔버; 챔버 내의 샘플수를 촬영하는 촬상부; 및 촬상부를 통해 연속 촬영된 영상을 분석하는 제어부;를 포함하되, 제어부는, 생물 및 무생물의 이동경로를 추적하여 생성되는 도식화된 제1트래킹(tracking) 정보를 각각 입력받아 기계학습을 통해 생성된 모델데이터(model data)를 이용하고, 연속된 2개의 프레임들의 차이를 근거로 이동개체를 검출하고, 검출된 이동개체를 추적하여 도식화된 제2트래킹 정보를 생성하고, 모델데이터와 제2트래킹 정보를 비교하여 이동개체가 살아있는 생물 또는 무생물인지를 판단한다.In order to achieve the above object, the apparatus for analyzing the number of samples according to the aspect of the present invention comprises: a chamber in which the number of samples is accommodated; An imaging unit for photographing the number of samples in the chamber; And a control unit that analyzes the continuously photographed image through the imaging unit, wherein the control unit receives schematic first tracking information generated by tracking movement paths of living and non-living objects, respectively, and generated through machine learning. Using model data, detecting a moving object based on the difference between two consecutive frames, tracking the detected moving object to generate schematic second tracking information, model data and second tracking information Is compared to determine whether the moving object is a living or non-living object.
여기서, 도식화된 제1 또는 제2트래킹 정보는, 프레임별 위치를 연속하여 선으로 연결시킴으로써 생성되는 트래킹 이미지로 구성될 수 있다.Here, the schematic first or second tracking information may be composed of a tracking image generated by connecting the positions of each frame with a line in succession.
다른 실시예로서, 도식화된 제1 또는 제2트래킹 정보는, 프레임별 위치를 2차원 좌표로 표시한 도표로 구성될 수도 있다.As another embodiment, the schematic first or second tracking information may be configured as a table in which the position of each frame is displayed in two-dimensional coordinates.
제어부는, 검출된 이동개체의 가로 및 세로의 화소수와 화소당 실제 크기를 근거로 이동개체의 크기로 환산하고, 소정 크기 이상의 이동개체만을 추적하여 제2트래킹 정보를 생성한다.The controller calculates the size of the moving object based on the detected number of horizontal and vertical pixels and the actual size per pixel, and generates second tracking information by tracking only the moving object having a predetermined size or more.
여기서, 제2트래킹 정보를 생성하는 이동개체의 크기는 10㎛ 이상 50㎛ 이하 또는 50㎛ 이상일 수 있다.Here, the size of the moving object generating the second tracking information may be 10 μm or more and 50 μm or less, or 50 μm or more.
본 발명의 실시예에서 제1트래킹 정보는, 이동경로가 추적된 대상이 구분되도록 생물 또는 무생물이 라벨링(labeling)되어 입력될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first tracking information may be input by labeling a living thing or an inanimate object so that an object whose movement path is tracked is classified.
또한, 본 발명의 실시예에서 기계학습은, CNN(Convolutional Neural Network) 방법을 사용하여 모델데이터를 생성할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, machine learning may generate model data using a convolutional neural network (CNN) method.
한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 샘플수 분석방법은, 생물 및 무생물의 이동경로를 추적하여 생성되는 도식화된 제1트래킹 정보를 각각 입력받아 기계학습을 통해 모델데이터를 생성하는 단계; 챔버 내의 샘플수를 연속 촬영하는 단계; 연속된 2개의 프레임들의 차이를 근거로 이동개체를 검출하고, 검출된 이동개체를 추적하여 도식화된 제2트래킹 정보를 생성하는 단계; 모델데이터와 제2트래킹 정보를 비교하여 이동개체가 살아있는 생물 또는 무생물인지를 판단하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method for analyzing the number of samples according to another aspect of the present invention includes the steps of receiving schematic first tracking information generated by tracking movement paths of living organisms and inanimate objects, respectively, and generating model data through machine learning; Continuously photographing the number of samples in the chamber; Detecting a moving object based on the difference between two consecutive frames, tracking the detected moving object, and generating schematic second tracking information; It includes; comparing the model data and the second tracking information to determine whether the moving object is a living organism or inanimate object.
본 발명의 실시예에서 제1트래킹 정보와 제2트래킹 정보는, 실질적으로 동일한 시간동안 측정될 수 있다In an embodiment of the present invention, the first tracking information and the second tracking information may be measured for substantially the same time.
본 발명에 의하면 진동이나 흔들림이 발생되는 선박 환경하에서 샘플수 내의 부유물과 살아있는 수중생물을 보다 정확하게 구분하도록 함으로써 정밀도 높은 생사판별을 수행할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to perform high-precision life and death judgment by making it possible to more accurately distinguish between floating objects in sample water and living aquatic organisms in a ship environment where vibration or shaking occurs.
또한, 본 발명에 의하면 기계학습을 통해 생성된 모델데이터를 이용하여 자동으로 살아있는 동물성 플랑크톤을 판단하여 인적 오류를 제거하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect of removing human errors by automatically determining live zooplankton using model data generated through machine learning.
또한, 동물성 플랑크톤으로 판단된 이동개체의 크기를 50㎛를 기준으로 자동으로 계수하도록 구성됨으로써 선박평형수 처리장치에 의해 처리된 선박평형수가 IMO의 배출기준에 만족하는 지를 보다 신속하고 정확하게 판단할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is configured to automatically count the size of the moving object determined as zooplankton based on 50㎛, so that it is possible to more quickly and accurately determine whether the ballast water treated by the ballast water treatment system satisfies the emission standard of IMO. There is an effect.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법을 도시한 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법에서 이동개체를 검출하는 과정을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법에서 사용될 모델데이터를 생성하기 위한 생물 및 무생물의 이동경로를 각각 추적하여 생성된 제1트래킹 이미지의 일례를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법에서 검출된 이동개체를 추적하여 제2트래킹 이미지를 생성하는 과정을 도시한 것이고,
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법을 통해 동물성 플랑크톤을 구분하는 과정을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석장치의 디스플레이부를 도시한 것이다.1 is a configuration diagram showing a sample number analysis apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a flow chart showing a sample number analysis method according to an embodiment of the present invention,
3 is a diagram illustrating a process of detecting a moving object in a method for analyzing the number of samples according to an embodiment of the present invention,
4 shows an example of a first tracking image generated by tracking movement paths of living and non-living objects for generating model data to be used in the sample number analysis method according to an embodiment of the present invention,
5 is a diagram illustrating a process of generating a second tracking image by tracking a moving object detected in a method for analyzing the number of samples according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a process of classifying zooplankton through a sample number analysis method according to an embodiment of the present invention,
7 shows a display of the sample number analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, a preferred embodiment of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto, and may be modified and variously implemented by a person skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석장치를 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing a sample number analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 샘플수 분석장치(100)는, 수중생물 포함된 샘플수가 수용되는 챔버(110)와, 챔버(110) 내의 샘플수를 촬영하는 촬상부(120)와, 촬상부(120)에서 촬영된 영상을 처리하는 제어부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the sample
여기서, 챔버(110) 내의 샘플수는, 수중의 생물을 분석할 필요가 있는 다양한 분야에서 샘플링되어 샘플수 내에 포함된 수중생물이 분석될 수 있다. Here, the number of samples in the
일례로, 선박평형수는 밸러스팅(ballasting)시에 전기분해 또는 화학약품 투입 등 다양한 방식으로 처리된 다음, 밸러스트 탱크로 유입되어 저장되었다가 디밸러스팅(deballasting)시 배출배관을 통해 선박 밖으로 배출되는데, 배출되는 선박평형수는 국제해사기구에서 규정한 배출기준에 적합한 것인지를 판단하여야 하기 때문에, 배출되는 선박평형수를 샘플링하여 선박평형수 내에 존재하는 수중생물의 종류, 생사판별 등의 분석작업을 하게 된다.For example, ballast water is treated in various ways, such as electrolysis or chemical injection during ballasting, and then introduced into the ballast tank and stored, then discharged out of the ship through discharge pipes during deballasting. However, since it is necessary to determine whether the discharged ballast water meets the discharge standards prescribed by the International Maritime Organization, the discharged ballast water is sampled and analyzed for the type of aquatic organisms present in the ballast water, life and death judgment, etc. Will do.
도 1에서는 이러한 선박평형수의 샘플링을 도시한 것으로 선박평형수가 배출되는 배관(11)에 구비된 샘플링 포트(12)를 통해 샘플수가 농축장치(20)으로 유입되고, 소정 크기(일례로 가로 및 세로 방향의 눈 크기 32㎛, 이 경우 대각선 방향의 눈 크기는 50㎛가 됨)의 눈을 갖는 메쉬부(21)에 의해 걸러짐으로써 소정 크기 이상의 생물, 부유물 등이 포함된 샘플수가 챔버(110)로 유입되도록 구성된다.1 shows the sampling of the ballast water, and the sample water flows into the
여기서, 메쉬부(21)의 눈에는 생물, 부유물 등이 끼어 있을 수 있기 때문에 이것들로 인한 막힘을 방지하도록 역세수 공급부(30)를 포함하여 역세(back flushing)을 수행하도록 구성된다.Here, since organisms, floating objects, and the like may be trapped in the eyes of the
메쉬부(21)를 통과한 샘플수와, 챔버로 유입되어 측정이 완료된 샘플수는 각각의 배출배관을 통해 수집부(40)로 유입되고, 수집부(40)에서 샘플수가 다시 배관(11)으로 이송된다.The number of samples that have passed through the
도 1의 실시예에서는 선박평형수의 샘플링을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 분야에도 적용될 수 있다. 일예로, 정수장에서 살균처리된 정수를 샘플링하여 본 발명의 샘플수 분석장치(100)를 통해 분석할 수도 있다.In the embodiment of FIG. 1, the sampling of ballast water has been described as an example, but the present invention is not limited thereto and may be applied to other fields. As an example, purified water sterilized in a water purification plant may be sampled and analyzed through the
챔버(110)는, 분석할 샘플수가 수용되어 분석시간 동안 계류될 수 있도록 구성된다. The
여기서, 챔버(110)는 유입부(미도시) 및 유출부(미도시)를 구비하지 않는 그릇 등의 형태로 구성되어 실험자가 수작업으로 물을 담아서 사용할 수도 있지만, 도 1과 같이 샘플링 포트(12)와 연결된 농축장치(20)에 의해 농축된 샘플수가 자동으로 유입 및 유출되도록 유입부(미도시) 및 유출부(미도시)를 구비할 수도 있다.Here, the
촬상부(120)는, 챔버(110)의 샘플수 내에 포함된 수중생물을 촬영하도록 챔버(110)의 상측 또는 하측 방향, 측면 방향에 설치될 수 있다.The
여기서, 촬상부(120)는 상하 또는 좌우로 이동이 가능하도록 구동부(미도시)를 포함하여 챔버(110)와의 이격거리를 측정환경에 맞게 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.Here, the
또한, 촬상부(120)에서 영상을 촬영할 때 수중생물을 보다 잘 촬영할 수 있도록 광원을 생성하는 램프(미도시)를 챔버(110)의 일측에 더 설치할 수도 있다.In addition, a lamp (not shown) for generating a light source may be further installed on one side of the
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(130)는, 촬상부(120)를 통해 촬영된 영상들을 분석하는 구성으로, 특히 샘플수 내에서 이동개체를 검출하고, 검출된 이동개체를 추적하여 트래킹(tracking) 이미지를 생성하고 이를 사전에 기계학습을 통해 생성된 모델데이터와 비교하여 이동개체의 생사여부를 분석할 수 있도록 구성되는 데, 이하에서 이 과정을 상세히 설명한다.On the other hand, the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법을 도시한 순서도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 샘플수 분석방법은, 생물 및 무생물의 이동경로를 추적하여 생성되는 도식화된 제1트래킹 정보를 각각 입력받아 기계학습을 통해 모델데이터를 생성하는 단계(S110)와, 챔버(110) 내에 수용된 샘플수를 연속 촬영하는 단계(S120)와, 샘플수 내의 이동개체를 검출하는 단계(S130)와, 검출된 이동개체를 추적하여 도식화된 제2트래킹 정보를 생성하는 단계(S140)와, 모델데이터와 제2트래킹 정보를 비교하여 이동개체의 생사여부를 판단하는 단계(S150)를 포함한다.2 is a flow chart showing a sample number analysis method according to an embodiment of the present invention. Referring to this, the sample number analysis method of the present invention is a schematic first tracking generated by tracking the movement paths of living and inanimate objects. Steps of receiving each information and generating model data through machine learning (S110), continuously photographing the number of samples accommodated in the chamber 110 (S120), and detecting a moving object within the number of samples (S130) And generating schematic second tracking information by tracking the detected moving object (S140), and determining whether the moving object is alive or dead by comparing the model data with the second tracking information (S150).
본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법은, 먼저, 다수의 제1트래킹 정보를 생성하고, 이것을 학습데이터로 입력하여 기계학습을 통해 모델데이터를 생성한다(S110). 보다 상세한 과정은 도 3 및 도 4를 통해 상세히 설명한다.In the method for analyzing the number of samples according to an embodiment of the present invention, first, a plurality of first tracking information is generated, inputted as training data, and model data is generated through machine learning (S110). A more detailed process will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
다음으로, 샘플수를 분석하기 위해서 샘플수를 챔버(110)로 유입시킨 후 촬상부(120)에서 샘플수를 촬영한다(S120).Next, in order to analyze the number of samples, the number of samples is introduced into the
이후, 제어부(130)는 촬상부(120)에서 연속촬영된 영상을 분석하여 영상 내에서 후술할 도 3의 과정을 통해 이동개체를 검출한다(S130).Thereafter, the
이동개체가 검출된 다음, 검출된 이동개체를 추적(tracking)하는 과정이 진행된다(S140).After the moving object is detected, a process of tracking the detected moving object is performed (S140).
이후, 생성된 이동개체의 트래킹 이미지와 모델데이터를 비교하고, 이를 근거로 이동개체의 생사여부를 판별한다(S150).Thereafter, the generated tracking image of the moving object is compared with the model data, and based on this, it is determined whether the moving object is alive or dead (S150).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법에서 이동개체를 검출하는 과정을 도시한 것으로, 도 3을 참조하면, 촬상부(120)에서 연속으로 촬영된 영상을 입수하고(a), 연속된 2개 프레임들의 영상을 추출한 다음(b), 비교하는 과정으로 진행된다.3 is a diagram illustrating a process of detecting a moving object in the sample number analysis method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, images continuously photographed by the
연속된 2개의 프레임들을 비교하면, 각 프레임 영상들간의 차이에 의해 이동영역이 검출된다(c). 본 발명의 일실시예에서 촬상부(120)는, 1초에 한 프레임(frame) 이상의 영상을 연속적으로 촬영한다. 이를 통해 보다 신뢰성 높은 영상데이터들을 확보하여 수중생물의 분석을 정확하게 진행할 수 있게 된다.When comparing two consecutive frames, a moving area is detected by the difference between the images of each frame (c). In one embodiment of the present invention, the
이후, 검출된 이동영역으로부터 이동개체를 추출하게 된다(d).Then, the moving object is extracted from the detected moving area (d).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법에서 사용될 모델데이터를 생성하기 위한 생물 및 무생물의 이동경로를 각각 추적하여 생성된 제1트래킹 이미지의 일례를 도시한 것이다.4 illustrates an example of a first tracking image generated by tracking movement paths of living organisms and inanimate objects for generating model data to be used in the sample number analysis method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제어부(130)는, 기계학습시 입력되는 제1트래킹 이미지, 즉 학습데이터를 입력받아 학습하는 과정을 통해 모델데이터(model data)를 생성하게 된다. 모델데이터는 본 발명의 제어부(130)에서 생성할 수도 있지만, 별도의 서버 또는 제어장치에서 생성되고 본 발명의 샘플수 분석장치에서 이를 이용하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
본 발명의 일실시예에서 사용된 학습데이터는, 이동개체를 살아 있는 생물(일례로, 동물성 플랑크톤)과 부유물로 각각 분류한 제1트래킹 이미지(210)를 사용한다.The learning data used in an embodiment of the present invention uses a
본 발명의 실시예에서 기계학습은, 하나 또는 여러 개의 콘볼루션 계층(convolutional layer)과 통합 계층(pooling layer), 완전하게 연결된 계층(fully connected layer)들로 구성된 신경망인 콘볼루션 신경망(Convolutional Neural Network, 이하 'CNN'이라 함) 방법을 사용하여 모델데이터를 생성할 수 있다. 상기 CNN 방법은 2차원 데이터의 학습에 적합한 구조로서 본 발명의 수중생물(동물성 플랑크톤)의 이미지를 기계학습시킬 경우 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.In an embodiment of the present invention, machine learning is a convolutional neural network, which is a neural network composed of one or several convolutional layers, a pooling layer, and a fully connected layer. , Hereinafter referred to as'CNN') method can be used to generate model data. The CNN method is a structure suitable for learning two-dimensional data, and it is possible to improve accuracy when machine learning the image of an aquatic creature (zooplankton) of the present invention.
제1트래킹 이미지(210)는, 이동개체를 소정 프레임마다(일례로, 매 프레임마다) 추적(traking)하여 각각의 위치를 선으로 연결하여 생성한 것으로 이동개체 움직임의 추세를 파악하여 동물성 플랑크톤인지 부유물인지 분류할 수 있도록 한다. The
본 발명에서 "트래킹 이미지"는 이동개체를 추적하여 도식화한 트래킹 정보의 일실시예로서 보다 다양한 방식으로 대체가 가능하다. 일례로, 도식화된 트래킹 정보는 프레임별 위치를 2차원 좌표로 표시한 도표로 구성될 수도 있다. 이 경우, 좌표는 (x,y)로 구성된 직교 좌표계 또는 (r,θ)로 구성된 원통 좌표계 등이 사용될 수 있다. 또한, 이러한 좌표는 숫자로 표시될 수 있고, 숫자를 그림으로 대응되게 표현한 그래프로 표시될 수도 있다.In the present invention, the "tracking image" is an embodiment of the tracking information schematized by tracking a moving object, and can be replaced in a variety of ways. As an example, the schematic tracking information may be configured as a diagram in which the position of each frame is displayed in 2D coordinates. In this case, a Cartesian coordinate system composed of (x,y) or a cylindrical coordinate system composed of (r,θ) may be used as the coordinates. In addition, these coordinates may be displayed as numbers, or may be displayed as graphs in which numbers are correspondingly expressed in pictures.
제1트래킹 이미지(210)는 살아 있는 생물(일례로, 동물성 플랑크톤)과 부유물의 이미지가 각각 구별되도록 라벨(label,220)이 더 포함될 수 있다. 다른 실시예로는 각각의 이미지를 파일 이름으로 분류할 수도 있으며, 또는 저장공간을 구별하여 분류할 수도 있다.The
또한, 제1트래킹 이미지(210)는, 소정 시간 동안 취득된 이동개체의 다수 지점에서의 위치를 연결하여 생성되는데, 소정 시간은 제1트래킹 이미지(210)의 특성을 충분히 나타낼 수 있는 시간으로 설정되어야 한다. 본 발명자는 다수의 실험을 통해서, 초당 60프레임으로 샘플수의 영상을 촬영한 경우, 대략 20초 정도 동안 취득된 위치를 근거로 제1트래킹 이미지(210)를 구성하는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.In addition, the
본 발명의 도 4에서는 동물성 플랑크톤 및 부유물의 제1트래킹 이미지(210)을 각각 3개씩 학습하였고, 각 트래킹 이미지(210)는 대략 20초의 사간동안 이동개체를 추적하여 생성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 즉, 보다 많은 트래킹 이미지(210)가 사용될 수도 있고, 추적시간 또한 20초보다 많거나 적은 시간이 사용될 수도 있는데, 이는 실험과 경험의 축적을 통해 최적의 필요 정보개수 및 추적시간을 정할 수 있게 되며, 동물성 플랑크톤 외에 추가적인 생물에 대해서도 필요 정보개수를 정할 수 있게 된다.In FIG. 4 of the present invention, three
전술된 바와 같이 생성된 제1트래킹 이미지(210)를 입력하여 기계학습을 통해 모델데이터(model data)를 생성하게 되며, 본 발명의 샘플수 분석장치는 이러한 모델데이터를 이용하여 이동개체의 생사 판별을 수행하게 된다.The
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법에서 검출된 이동개체를 추적하여 제2트래킹 이미지를 생성하는 과정을 도시한 것이다.5 is a diagram illustrating a process of generating a second tracking image by tracking a moving object detected in a method for analyzing the number of samples according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 검출된 이동개체의 위치를 추적하기 위해 검출된 이동개체에 식별자(ID)를 부여하고, 연속된 2개의 프레임들의 차이를 연속적으로 계산하고 이를 근거로 소정시간 동안 이동개체의 제2트래킹 이미지를 검출하게 된다.5, in order to track the position of the detected moving object, an identifier (ID) is assigned to the detected moving object, and the difference between two consecutive frames is continuously calculated and based on this, The second tracking image is detected.
즉, 매 프레임마다 이전 프레임에서 검출된 이동개체의 위치와 현재 프레임에서 검출된 이동개체의 위치를 추적하여 연결 기록함으로써 이동개체의 제2트래킹 이미지를 생성하게 된다.That is, the second tracking image of the moving object is generated by tracking and recording the position of the moving object detected in the previous frame and the position of the moving object detected in the current frame every frame.
본 발명의 실시예에서 제어부(130)는, 검출된 이동개체의 가로 및 세로의 화소수와 화소당 실제 크기를 근거로 이동개체의 크기로 환산하고, 소정 크기 이상의 이동개체만을 추적하여 제2트래킹 이미지를 생성할 수도 있다. 일례로, 제2트래킹 이미지를 생성하는 이동개체의 크기를 10㎛ 이상 50㎛ 이하 또는 50㎛이상으로 설정하여 샘플수인 선박평형수 살균처리 결과가 IMO 기준에 만족하는 지를 확인할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
본 발명의 실시예에서 제1트래킹 이미지와 제2트래킹 이미지는, 실질적으로 동일한 시간동안 측정됨으로써 동일한 시간 조건하에 트래킹 이미지를 분석 비교할 수 있도록 구성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first tracking image and the second tracking image may be measured for substantially the same time period, and thus may be configured to analyze and compare the tracking images under the same time condition.
한편, 본 발명의 실시예에서 제어부(130)는, 모델데이터와 이동개체의 트래킹 이미지를 비교하여 이동개체가 살아있는 동물성 플랑크톤인지 부유물인지를 판단하게 되는데, 판단된 결과가 참인지 거짓인지 여부는 분석결과의 정확도를 기준으로 판단한다. 즉, 판단된 결과의 정확도가 소정 임계값 이상일 경우, 판단된 결과가 맞다고 인식하도록 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 다수회의 실험결과 정확도가 50% 이상일 경우, 판단결과가 맞을 확률이 매우 높기 때문에 50% 이상일 때 판단결과가 맞다고 인식한다. Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the
살아있는 수중생물 중 10㎛ 이상 50㎛ 또는 50㎛ 이상인 동물성 플랑크톤의 특징은, 실제로 이동하는 경로가 급속하게 변경되고 움직임이 불규칙하기 때문에 그 트래킹 이미지에는 이러한 특성이 반영되어 있게 된다. 이러한 특성 정보를 바탕으로 죽은 생물 또는 부유물과 살아있는 생물(특히, 동물성 플랑크톤)을 구분하여 이동개체의 생사판별을 수행할 수 있게 된다. The characteristics of zooplankton of 10 μm or more and 50 μm or 50 μm or more among living aquatic organisms are reflected in the tracking image because the actual movement path changes rapidly and the movement is irregular. Based on this characteristic information, it is possible to distinguish between dead or floating objects and living organisms (especially, zooplankton) to determine the life or death of a moving object.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석방법을 통해 동물성 플랑크톤을 구분하는 과정을 도시한 것이다. 6 is a diagram illustrating a process of classifying zooplankton through a sample number analysis method according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상측 영상에서는 복수개의 이동개체가 감지되었지만, 감지된 이동개체들의 트래킹 이미지와 기계학습된 모델데이터와 비교한 결과, 하측 영상에 개시된 바와 같이 정확도가 소정 임계값 이상인 하나의 이동개체만이 동물성 플랑크톤인 것으로 판단하게 되었다.Referring to FIG. 6, a plurality of moving objects were detected in the upper image, but as a result of comparing the tracking images of the detected moving objects with machine-learned model data, one movement having an accuracy equal to or greater than a predetermined threshold as disclosed in the lower image. Only the subject was judged to be zooplankton.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석장치(100)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 촬영된 영상을 보여주는 디스플레이부(140)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the
디스플레이부(140)는, 수중생물이 촬영된 영상을 보여주는 영상부(141)가 좌측에 위치되고, 우측에는 영상부(141)에서 표시된 이동개체(141a,141b,141c)의 트래킹 이미지와 모델데이터를 비교분석한 결과 정확도가 소정 임계치이상인 동물성 플랑크톤이 개시된다.In the
여기서, 개시된 동물성 플랑크톤은 종류별로 개시될 수 있는데, 동물성 플랑크톤의 종류를 인식하기 위해서는 종류별 트래킹 이미지를 사전에 기계학습하여 생성된 모델데이터와 이동개체의 트래킹 이미지를 비교하여, 종류이미지(142)와, 종류명(143), 정확도(144)와 크기(145) 등의 분석 정보를 제공할 수 있다.Here, the disclosed zooplankton may be disclosed for each type.In order to recognize the type of zooplankton, the model data generated by machine learning each type of tracking image in advance and the tracking image of the moving object are compared with the
이때, 정확도(144)가 소정값(일례로 50%)이상인 것만 디스플레이부(140)에 표시되도록 구성할 수 있다.In this case, only the
여기서, 표시된 동물성 플랑크톤의 크기(145)는, 이동개체(141a,141b,141c)의 가로 및 세로의 화소수와 화소당 실제 크기를 근거로 산출될 수 있다. 예를 들면, 영역의 화소수가 18*25이고, 화소당 실제 크기가 2.5mm인 경우, 실제 크기는 45mm*62.5mm가 되고, 이 실제 크기를 디스플레이부(140)에 표시하게 된다.Here, the displayed
또한, 디스플레이부(140)는, 이동개체(141a,141b,141c)의 크기를 근거로 동물성 플랑크톤의 크기가 50㎛이상인지 여부를 표시하는 크기표시부(146)를 포함할 수 있다. 크기표시부(146)의 일례로 도 7에서는 50㎛이상인 개체수가 몇 개인지, 10~50㎛미만의 개체수가 몇개인지를 표시하도록 구성하였다.In addition, the
도 7의 실시예에서는, 수중에 3개 종류의 동물성 플랑크톤이 존재한다고 판단하였고, 그 크기는 모두 50㎛이상인 것으로 분석하였다.In the example of FIG. 7, it was determined that three kinds of zooplankton exist in water, and all of the sizes were analyzed to be 50 μm or more.
이와 같이 본 발명의 샘플수 분석장치(100)는, 제어부(130)에서 촬상부(120)에서 촬영된 샘플수의 영상을 수신하고 샘플수내의 부유물과 생물체를 구분하여 분석함으로써 선박평형수 살균처리 결과가 IMO 기준에 만족하는지를 판단할 수 있게 된다. 기준에 만족할 경우, 처리수를 연안해역에 배출하는 디밸러스팅 동작을 수행하고, 기준에 불만족할 경우 처리수의 배출을 중단하고 수중생물의 살균을 위한 재처리공정을 수행하게 된다.As described above, the sample
특히, 본 발명의 일실시예에 따른 샘플수 분석장치 및 방법은, 진동이나 흔들림이 발생되는 선박에 설치되는 선박평형수 처리장치에 적용될 경우, 이동개체의 실제 트래킹 이미지와 미리 생성된 모델데이터를 이용하여 자동으로 살아있는 플랑크톤과 부유물을 정확하게 구분하도록 함으로써 정밀도 높은 생사판별을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 동물성 플랑크톤으로 판단된 이동개체의 크기를 50㎛를 기준으로 자동으로 계수하여 선박평형수 처리장치에 의해 처리된 선박평형수가 IMO의 배출기준에 만족하는 지를 보다 신속하고 정확하게 판단할 수 있게 된다.In particular, the sample number analysis apparatus and method according to an embodiment of the present invention, when applied to a ballast water treatment apparatus installed on a ship where vibration or shaking occurs, the actual tracking image of the moving object and the previously generated model data It is possible to perform high-precision live and death discrimination by automatically distinguishing live plankton from floating objects by using the system. In addition, the size of moving objects determined as zooplankton is automatically counted on the basis of 50 μm to be used in the ballast water treatment system. It is possible to more quickly and accurately determine whether the ballast water processed by this method satisfies the emission standards of IMO.
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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs can make various modifications, changes, and substitutions within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
11: 배관
12: 샘플링 포트
20: 농축장치
100: 샘플수 분석장치
110: 챔버
120: 촬상부
130: 제어부11: plumbing
12: sampling port
20: thickening device
100: sample number analysis device
110: chamber
120: imaging unit
130: control unit
Claims (11)
챔버 내의 샘플수를 촬영하는 촬상부; 및
촬상부를 통해 연속 촬영된 영상을 분석하는 제어부;를 포함하되,
제어부는,
생물 및 무생물의 이동경로를 추적하여 생성되는 도식화된 제1트래킹(tracking) 정보를 각각 입력받아 기계학습을 통해 생성된 모델데이터(model data)를 이용하고,
연속된 2개의 프레임들의 차이를 근거로 이동개체를 검출하고, 검출된 이동개체를 추적하여 도식화된 제2트래킹 정보를 생성하고,
모델데이터와 제2트래킹 정보를 비교하여 이동개체가 살아있는 생물 또는 무생물인지를 판단하는, 샘플수 분석장치.
A chamber in which the number of samples is accommodated;
An imaging unit for photographing the number of samples in the chamber; And
Including; a control unit for analyzing the image continuously photographed through the imaging unit,
The control unit,
Each of the schematic first tracking information generated by tracking the movement paths of living and inanimate objects is input, and model data generated through machine learning is used,
Detects a moving object based on the difference between two consecutive frames, tracks the detected moving object to generate schematic second tracking information,
A sample number analysis device that compares model data and second tracking information to determine whether a moving object is a living organism or inanimate object.
도식화된 제1 또는 제2트래킹 정보는,
프레임별 위치를 연속하여 선으로 연결시킴으로써 생성되는 트래킹 이미지로 구성되는, 샘플수 분석장치.
The method according to claim 1,
Schematic first or second tracking information,
A sample number analysis device consisting of a tracking image generated by connecting the positions of each frame with a continuous line.
도식화된 제1 또는 제2트래킹 정보는,
프레임별 위치를 2차원 좌표로 표시한 도표로 구성되는, 샘플수 분석장치.
The method according to claim 1,
Schematic first or second tracking information,
A sample number analysis device consisting of a chart showing the position of each frame in two-dimensional coordinates.
제어부는,
검출된 이동개체의 가로 및 세로의 화소수와 화소당 실제 크기를 근거로 이동개체의 크기로 환산하고, 소정 크기 이상의 이동개체만을 추적하여 제2트래킹 정보를 생성하는, 샘플수 분석장치.
The method according to claim 1,
The control unit,
The number of samples analyzing apparatus for generating second tracking information by converting the size of the moving object based on the number of horizontal and vertical pixels of the detected moving object and the actual size per pixel, and tracking only moving objects having a predetermined size or more.
제2트래킹 정보를 생성하는 이동개체의 크기는 10㎛ 이상 50㎛ 이하 또는 50㎛ 이상인, 샘플수 분석장치.
The method of claim 4,
The size of the moving object that generates the second tracking information is 10 μm or more and 50 μm or less, or 50 μm or more.
제1트래킹 정보는,
이동경로가 추적된 대상이 구분되도록 생물 또는 무생물이 라벨링(labeling)되어 입력되는, 샘플수 분석장치.
The method according to claim 1,
The first tracking information,
A device for analyzing the number of samples, in which living or non-living objects are labeled and input so that objects whose movement paths are tracked are distinguished.
기계학습은,
CNN(Convolutional Neural Network) 방법을 사용하여 모델데이터를 생성하는, 샘플수 분석장치.
The method according to claim 1,
Machine learning,
A sample number analysis device that generates model data using the CNN (Convolutional Neural Network) method.
챔버 내의 샘플수를 연속 촬영하는 단계;
연속된 2개의 프레임들의 차이를 근거로 이동개체를 검출하고, 검출된 이동개체를 추적하여 도식화된 제2트래킹 정보를 생성하는 단계;
모델데이터와 제2트래킹 정보를 비교하여 이동개체가 살아있는 생물 또는 무생물인지를 판단하는 단계;를 포함하는, 샘플수 분석방법.
Generating model data through machine learning by receiving each of the schematic first tracking information generated by tracking the movement paths of living and non-living objects;
Continuously photographing the number of samples in the chamber;
Detecting a moving object based on the difference between two consecutive frames, and generating schematic second tracking information by tracking the detected moving object;
Comprising the step of comparing the model data and the second tracking information to determine whether the moving object is a living organism or inanimate object; containing, sample number analysis method.
도식화된 제1 또는 제2트래킹 정보는,
프레임별 위치를 연속하여 선으로 연결시킴으로써 생성되는 트래킹 이미지로 구성되는, 샘플수 분석장치.
The method of claim 8,
Schematic first or second tracking information,
A sample number analysis device consisting of a tracking image generated by connecting the positions of each frame with a continuous line.
도식화된 제1 또는 제2트래킹 정보는,
프레임별 위치를 2차원 좌표로 표시한 도표로 구성되는, 샘플수 분석장치.
The method of claim 8,
Schematic first or second tracking information,
A sample number analysis device consisting of a chart showing the position of each frame in two-dimensional coordinates.
제1트래킹 정보와 제2트래킹 정보는, 실질적으로 동일한 시간동안 측정되는, 샘플수 분석방법.
The method of claim 8,
The first tracking information and the second tracking information are measured for substantially the same time period.
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