토양내 이온 농도 정량화 영상처리 알고리즘 설계 = Development of image analysis algorithm for quantification of ion concentration in soil
저자
주우혁 ( Woohyeok Ju ) ; 오민희 ( Minhee Oh ) ; 한광현 ( Gwanghyun Han ) ; 이동훈 ( Donghoon Lee )
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
351-351(1쪽)
제공처
토양현장진단은 토양 시료 분석 결과로부터 진단 및 처방을 위한 양분상태를 확인하고 관리하는 과정을 포함한다. 토양현장진단을 위한 장비는 분광광도계 등 고가의 화학 분석기를 이용하여 분석 결과의 신뢰성을 확보하였다. 한편 고가의 장비 경우 일반 농가 보급에 경제적 부담으로 이어져 상용화에 어려움이 있다. 상용화를 위해 저가의 이미지센서 기반 양분 농도 정량화의 신뢰성 확보가 필수적으로 요구된다. 따라서 본 연구에서 표준시약을 이용하여 이온 농도별 정량화를 위한 영상분석을 수행하였다.
영상 분석용 이미지 촬영은 카메라 모듈(OV2640, OmniVision, US)을 이용하며, 이미지 크기는 1600× 1200 픽셀 비트맵 형식으로 저장했다. 본 실험을 위해 사용된 이온별 농도는 마그네슘 0, 5, 10, 15, 20, 25 mg/L, 인산 0, 20, 40, 60, 80, 100 mg/L, 질산 0, 50, 100, 150, 200, 250 mg/L이다. 3가지 이온 이미지를 분석하기 위해 매트랩(MATLAB, R2021a, USA)을 사용하였다. 각 이온-농도별 이미지에 대해 RGB 채널 히스토그램을 확인하였고, 히스토그램의 피크점을 이용하기 위하여 이동평균을 이용하여 히스토그램의 평활화를 진행하였다. RGB 색상 채널에서 개별 채널(R, G, B)과 2채널 별(RG, RB, GB)에 대하여 1차, 1차+2차, 2차 방정식을 이용하여 이미지의 RGB 색상과 이온 농도를 회귀분석을 진행하였다.
개별 채널로 나누어 분석을 진행하였을 경우 1차 방정식보다 2차 방적식을 이용하였을 때 높은 상관성을 보여주었으며 대부분 0.95 이상의 높은 상관계수(R2)를 보여주었다. 하지만 마그네슘이온의 경우 G 채널을 이용하여 분석하였을 때 R2=0.7143, 질산이온의 경우 R 채널에서 분석하였을 때 R2=0.5360의 낮은 상관성을 나타내었다. 2채널 별로 분석을 진행하였을 때 인산이온과 질산이온의 경우 다른 방정식보다 2차 방정식을 이용하였을 때 높은 상관성을 보여주었지만, 마그네슘 이온의 경우 G 채널을 포함한 RG, GB의 경우 R2가 각각 0.5186, 0.4042로 나타났다. B채널만을 이용하여 3가지 이온의 농도 정량화가 가능할 것으로 나타났지만, R채널과 B채널을 함께 사용한다면 보다 정밀한 농도 정량화가 가능할 것으로 판단된다.
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