명암값 분포를 이용한 자동화된 간과 비장의 정교한 추출

유승화,성윤창,조준식,노승무,신경숙,박종원,Yu, Seung-Hwa,Seong, Yun-Chang,Jo, Jun-Sik,No, Seung-Mu,Sin, Gyeong-Suk,Park, Jong-Won 한국정보과학회 2001 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.28 No.1

각 장기는 고유한 명암값의 범위와 각 명암값에 대한 서로 다른 비율을 지니고 있으므로 제안된 연구에서는 이러한 명암값의 비율을 이용하여 장기의 영역과 노이즈를 구분할 수 있도록 하였다. 장기의 영역을 세 종류의 메쉬영상으로 표현하여 이들의 유니온 영상으로 장기의 전반적인 형태인 템플리트를 생성하였다. 템플리트 방식은 기존의 방식에서 명암값의 범위가 같은 노이즈의 제거가 어려운 단점을 해결하여 장기의 영역만을 분리할 수 있었다. 장기의 위치를 탐색하기 위한 위치탐색과정에서는 장기의 존재여부의 파악과 함께 분리된 장기까지 추적할 수 있도록 하였다. 외곽선 표현을 위해서는 템플리트로 이진영상에서 서브트랙션(subtraction)하는 방법을 사용하여 장기의 말단부위까지 세밀하게 표현하였다. 제안된 연구에서 사용된 오프닝과 클로징 방법으로 기존의 structuring element를 사용하는 방법에 비해 처리속도를 단축시킬 수 있었다. 추출된 장기의 면적을 토대로 체적계산을 시행하였고 동물실험을 통하여 임상 실험치를 제시하였다.

조영제를 사용한 복부CT영상에서 명암값 비율을 이용한 간의 자동 추출

유승화,조준식,노승무,신경숙,박종원,Yu, Seung-Hwa,Jo, Jun-Sik,No, Seung-Mu,Sin, Gyeong-Suk,Park, Jong-Won 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.43 No.2

제안된 연구에서는 조영제를 사용한 복부 CT 영상에 대한 특성을 분석함으로써 간에 대한 자동추출을 시행하였다. 영상에 나타난 명암값을 지형적 고도정보로 해석하는 침수실험에 근거하여 영역을 분리하였고 임계값에 의하여 장기 내부의 국부최대점들을 제거함으로써 장기에 해당하는 부분들을 합병하였다. 임계값은 장기를 구성하는 각 명암값의 비율에 의하여 생성된 메쉬영상으로부터 결정되었고 간과 노이즈 영역의 분리에 사용되었다. 장기의 외곽선추출을 위해서는 장기의 전반적인 형태를 나타내는 템플리트를 생성한 후 이진 영상에서 서브트랙션하는 방법을 사용하였다. 템플리트의 생성과정에서는 처리시간이 긴 기존의 오프닝 방법을 사용하지 않고 8-연결성에 의한 방법을 사용함으로써 처리속도를 단축하였다. 추출된 장기의 면적을 토대로 체적계산을 시행하였고 동물실험을 통하여 임상 실험치를 제시하였다. In this proposed study, observing and analyzing contrast enhanced abdominal CT images, we segmented the liver automatically. We computed the ratio of each gray value from the estimated gray value range. With the average value of mesh image, we distinguished the liver from the noise parts. We divided the region based on immersion simulation. The threshold value is determined from the mesh image which is generated from each gray value portion of the liver and is used in dividing the liver to the noise region. To get the outline of the liver, we generated template image which represents the lump of the liver, and subtracted it from the binary image. With the results we use the proposed algorithm using 8-connectivity instead of the present opening algorithm, to reduce the processing time. We computed the volume from the segmented organ size and presented a clinical demonstration with the animal experiment

머신러닝 기법의 복합재 연구 활용

유승화,Yu, Seung-Hwa 한국전산구조공학회 2020 전산구조공학 Vol.33 No.2

데이터 기반 소재 및 구조 최적화 방법 소개

유승화,Yu, Seung-Hwa 한국전산구조공학회 2022 전산구조공학 Vol.35 No.1

고밀도 유방영상에서 종양의 추출

유승화,노승무,박종원,Yu, Seung-Hwa,No, Seung-Mu,Park, Jong-Won 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.38 No.6

제안된 연구는 유방촬영영상(Mammogram)에서 종양의 추출에 관한 연구로서, 맘모그램의 특성을 파악하여 종양에 대한 자동적인 추출을 시행하였다. 처리과정에서 동질성 특성을 이용하여 정상조직인 Cooper's ligament로부터 종양조직을 분리하였고 고밀도 후보에 대한 처리방법으로 다중 문턱값 적용방식을 사용하였다. 추출된 부분을 8-연결성 관계를 사용하여 1차 후보를 추출하였다. 1차 추출된 각 후보에 대하여 명암값을 지형적 높이정보로 해석한 이분화영상으로 표현하여 이중원형성과 분포 비율을 비교하는 방법을 통하여 2차 후보 추출을 시행하였다. 최종적인 종양의 결정은 공간원형성 판단을 위한 반구 형태의 템플리트를 생성하여 비교하는 방법을 이용하여 후보에 대한 순위를 결정하였다. 알고리즘을 실제 종양이 확진된 환자의 136 예에 적용하여 추출된 결과와 전문의가 지적한 결과를 비교하여 93.38%의 민감도를 얻었으며, 최종추출 단계에서는 124 예에서 1 순위로 종양을 추출하여 97.63%의 FP(False positive)의 결과를 나타냈다. This paper proposed automated methods for the detection of breast mass. We analysed characteristic of the mass by using the features on mammograms. The homogeneity was used to distinguish mass and abnormal homogeneous tissue from the Cooper's ligament and multiple threshold method was used to deal with the high density candidates. By using the 8-connectivity, the first step candidates were selected. We generated the dualistic images of each candidate in which we regard the gray value as topographic height information. From these candidates, the second candidates were selected by comparing the circularity and the distribution rates. The final detection was done with the method in which we generated the template of each candidate and compared each other. From these methods, we grade the order from the candidate. We applied the algorithm to the 136 mammograms and compared to the radiologist's outlines of the leisions. The detection resulted that the sensitivity of the proposed methods was 93.38% and 97.63% FP(False positive) which we can segmented mass in the first grade in the 124 cases.

들깨 기계 정식을 위한 플러그 트레이 파종 및 육묘의 기계 적합성 구명

유승화 ( Seung-hwa Yu ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),최일수 ( Il-su Choi ),김진구 ( Jin-gu Kim ),이상희 ( Sang-hee Lee ),강태경 ( Tae-gyoung Kang ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong-choi ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

들깨의 다양한 건강 기능성이 알려지면서 국내 들깨 생산면적이 꾸준히 증가하고 있다. 들깨는 대부분 인력식 기계파종이나 손으로 파종하고 있고 일부 농가에서 트레이에 파종하여 묘를 길러 인력으로 정식하고 있다. 들깨는 소립종자로 파종시 한 곳에 많은 양이 파종되어 발아 후 1주만 남기고 나머지 들깨를 솎아내야 한다. 이러한 솎음작업은 많은 노력이 소요되어 노동력이 부족한 농촌에서 들깨재배에 많은 어려움이 있다. 최근 들깨를 플러그 트레이에 육묘하여 인력으로 정식하는 농법이 늘어나고 있으나 노동력 절감을 위한 기계화 정식기술의 보급은 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 들깨 생산의 노력절감을 위하여 플러그 트레이에 효과적으로 소립종자를 정밀하게 파종할 수 있는 방법과 기존의 채소정식기를 이용한 정식기의 작업성능 및 기계정식을 위한 트레이 육묘의 적정 조건을 구명하고자 하였다. 시험방법으로는 정식기(TAP1)용의 128구 육묘 트레이에 간이용 128구 인력 파종기를 이용하여 파종시험을 하였다. 들깨종자는 원형으로 파종기의 파종성능시험을 위헤 파종기의 구멍을 직경 3.1 mm, 3.4 mm, 3,5 mm로 제작하여 시험하였다. 들깨용 간이 파종기는 구멍이 128개 이고 손으로 흔들어 종자를 구멍으로 자연스럽게 들어가도록 한후 트레이에 파종하여 파종률을 측정하였다. 또한 포장에서 기계 정식시험을 위하여 육묘의 기계적합성을 구명하였다. 참깨 육묘의 기계적합성 시험을 위해 자동 정식기(TAP1)과 반자동 정식기(KTP-30)을 이용하여 시험하였다. 시험결과 인력식 간이파종기의 파종성능은 파종기의 구명 직경 3.5mm 일때 1립 파종률이 86.5%, 2립파종 12.5%, 3립파종 1.0%로 나타났다. 이와 같은 결과는 들깨 종자의 크기가 작고 종자 간에 크기 편차가 있어 발생하는 것으로 판단되어 정밀한 파종을 위해서는 일정한 크기로 종자를 코팅하여 파종할 경우 1립 파종의 정밀도를 높일 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 시험용 정식기 모두 육묘의 초장이 0.2 m 이상일 경우 식부 호퍼가 정식한 육묘를 다시 끌어올려 정식 작업이 원활하게 되지 않았다. 특히 정식기(TAP1)은 육묘 뿌리의 매트형성 상태 및 초장과의 관계가 매우 중요한 것으로 나타났고 정식기(KTP-30)은 육묘 뿌리의 매트형성이 손으로 뽑아서 부서지지 않을 정도에서도 정식작업이 가능하여 육묘에 영향이 적은 것으로 판단되었다.

농업용 드론의 분무시스템 최적화를 위한 로터블레이드 유동 특성 분석

유승화 ( Seung-hwa Yu ),김영근 ( Young-keun Kim ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),최일수 ( Il-su Choi ),김영화 ( Young-hwa Kim ),우제근 ( Jea-keun Woo ),최용 ( Yong Choi ),윤영태 ( Young-tae Yun ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

드론은 2010년 이후 급격한 기술 발전과 함께 농업 분야에 새로운 플랫폼이 되었다. 우리나라 농업환경에서는 드론의 분무시스템을 이용하여 농약 살포에 아주 유용하게 사용하고 있다. 하지만 대부분의 드론 분무시스템은 분무된 약액의 비산 또는 확산 특성을 고려하고 있지 않아 농업용 드론에 최적화된 분무시스템이 필요하다. 이에 본 연구에서는 농약 살포용 드론의 분무시스템을 최적화 하기 위해 블레이드의 하향풍을 가시화하고 특성을 분석하여 최적의 분무 노즐 위치를 제시하고자 하였다. 농업용 드론의 로터 블레이드의 하향풍 유동구조 측정을 위해 하향풍 유동 가시화 측정시스템을 이용하였다. 이 시스템은 프로펠러, 모터 및 전자속도제어기, H/W 프레임, 전원공급 장치, 노즐, 노즐 홀더, 튜브, 펌프, 펌프 속도제어기, 물탱크으로 이루어졌다. 로터 블레이드 회전수 변화에 따른 하향풍 구조를 측정하기 위해 회전수 3수준(1,000, 1,500, 2,000rpm)과 측정위치 5수준(100, 200, 300, 400, 500mm)을 축-방향, 반경-방향, 접선-방향에 대한 속도를 각각 측정하였다. 데이터 측정은 로터 블레이드 회전 중심과 모터 하단부를 원점으로 5mm 간격으로 측정하였다. 데이터 측정을 위한 Hot-wire probe 센서는 3차원 이송장치에 연결되어 미리 설정된 측정점을 이동하며 자동으로 측정하였다. 측정된 데이터는 순간 값을 평균 처리하여 사용하였으며, 평균에 사용된 데이터 수는 10,000개이며, 평균값 및 난류강도(turbulent intensity), 레이놀드 응력(Reynolds stress) 등을 측정하여 평균값으로 나타내었다. 그 결과, 그 결과 로터 블레이드에 의해 형성된 하향 풍속의 축방향 속도 분포는 축방향 거리가 증가함에 따라 감소하고 회전 횟수가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였습니다. 또한, X-Y plane 에서 축방향 속도분포는 블레이드 회전축 근처에서 가장 낮은 분포를 나타내었다. 반경방향 거리가 증가할수록 블레이드의 1/4 ~ 3/4 지점 근처에서 비교적 높은 속도분포를 보였다. 로터 블레이드 회전 중심 부분에서 낮은 축-방향 속도는 블레이드에 낮은 접선-속도(V=rω)와 구동모터의 영향인 것으로 판단되었다. 블레이드 반경 (R=370mm) 근처에서 주위 공기와의 강한 전단 유동으로 인하여 축-방향 속도가 감소함을 알 수 있다. 이 결과를 종합하면, 드론 로터 블레이드에 의해 형성되는 강한 하향풍을 이용하여 노즐에서 분사되는 분무를 가속하기 위해서는 블레이드 길이의 3/4 지점에 노즐을 설치하는 것이 가장 적합하다고 판단된다.

마늘 파종기용 결주 보충 시험 장치에 관한 연구

유승화 ( Seung-hwa Yu ),우제근 ( Jea-keun Woo ),문태익 ( Tae-ick Moon ),이춘구 ( Chun Gu Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

마늘은 세계적으로 많이 사용하는 조미 채소로 우리나라에서도 2020년 기준 2.5만ha의 재배지에서 36.3만톤 생산되고 있다(농림축산식품부, 2021). 그러나 마늘 재배면적이 점차 감소하고 국내 마늘 생산량이 수요량에 미달하여 기계화를 통한 생산성 향상이 필요하다. 정밀 마늘파종기를 개발하기 위하여 연구를 수행한 결과 파종 과정 중 마늘 결주가 발생하는 문제점을 발견하였다. 마늘 결주를 줄이기 위하여 기구학적 보완과 더불어 결주가 발생하는 경우 감지하여 마늘 종자를 보충해 주는 시스템을 개발하기 위하여 시험장치를 제작하였다. 시험 장치는 배종호퍼, 배종장치, 결주 감지 장치, 파종장치로 구성되어 있으며 최적 작업 속도를 연구하기 위하여 각 부분별 작업속도는 조절할 수 있도록 설계하였다. 배종장치는 체인에 일정 간격으로 버킷을 설치하여 호퍼에 담겨 있는 마늘을 버킷을 이용하여 회전 이송하도록 구성하였고 마늘 크기에 따라 버킷의 길이를 조절할 수 있도록 설계하였다. 배종 장치 상단에 설치된 결주 감지 장치는 2개의 포토센서와 마늘 보충 장치로 구성하였다. 전방의 포토센서를 이용하여 버킷의 이동을 검출하고 버킷이 검출된 경우 후방의 포토센서를 이용하여 마늘의 존재 유무를 판단하도록 구성하였다. 마늘이 검출되지 않은 경우 결주 보충용 모터가 작동하여 결주 보충용 호퍼에 담겨있는 마늘을 배종부 버킷에 낙하시키는 방식으로 결주 보충 장치를 구성하였다. 결주 보충 모터는 리미트를 이용하여 1회만 회전하도록 구성하였다. 이 후 마늘은 파종부롤 전달되어 지면에 파종이 될 수 있도록 구성하였다. 구성된 시스템을 이용하여 테스트를 진행한 결과 99%의 마늘 결주를 인식하였으며 배종 장치도 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다. 다만 결주 보충시 마늘의 파손을 방지하고 마늘이 버킷에 성공적으로 안착하기 위하여 배종장치의 속도를 제한할 필요가 있었다. 향후 마늘파종기에 부착하여 현장 실험을 통하여 보완하고자 한다.

등검은말벌집 방제용 드론 약액 살포장치 설계 및 제작

유승화 ( Seung-hwa Yu ),김영근 ( Young-keun Kim ),우제근 ( Jea-keun Woo ),신소영 ( So-young Shin ),김동원 ( Dong-won Kim ),김수배 ( Su-bae Kim ),김경철 ( Kyoung-chul Kim ),최인찬 ( In-chan Choi ),최용 ( Yong Choi ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

2003년 국내 유입된 외래종 등검은말벌(Asian Hornet)은 2016년 전국으로 확산되어 양봉 농가에 큰 피해(꿀벌 봉군 전체의 약 30% 이상)를 주고 있다(Kim et al., 2017, Yu et al., 2020.). 이에 따른 방제 비용과 피해액은 연간 약 1,750억원 이상이 발생하는 것으로 추정하고 있다(Kim, 2017). 양봉장 주변의 나무 높은 곳에 위치하고 있는 등검은말벌을 퇴치하기 위해서는 여왕벌이 서식하는 말벌집을 물리적으로 제거하거나 화학적 살충 방제하는 것이 효과적이다. 이에 최근 농업에 활발히 보급되고 있는 방제용 드론을 개량해 말벌집에 직접 약액을 살포하는 기술 개발이 필요하다(YU, et. al., 2020). 본 연구에서는 선행 말벌집 퇴치 현황 등 설계요인을 분석한 결과를 기초로 하여 드론에 탑재가 가능하고 말벌집에 직접 살충제를 분사할 수 있는 드론용 살포장치를 설계 제작하였다. 드론용 약액 살포장치는 선행된 설계요인을 분석하여 물리적 제거와 화학적 살충 방법 각각의 강점을 복합적으로 사용하여 상호 보완할 수 있도록 설계하였다. 드론용 약액 살포를 위하여 살포 분사대(카본 φ10mm X 1m, 직분사노즐, 모터펌프(9bar 이상), 타깃팅용 영상모니터링 장치, 살포 각 제어장치 등으로 구성하였다. 또한 말벌집 표면은 물에 잘 젖지 않는 특성이 있어 분사 약액만으로 말벌집 전체 살충에 어려움이 있어 말벌집 표면에 구멍을 뚫어 살충액을 내부까지 침투시키고자 하였다. 이에 말벌집으로부터 3~5m 거리에서 약액 살포와 동시에 말벌집 표면에 구멍을 뚫을 수 있는 타공장치를 제작하였다. 이 타공장치는 공기압축 방식의 전동식 공기압축 실린더를 사용하였으며, 이 실린더에 장착이 가능한 원형 탄환을 적용하여 실린터 압축력으로 이 탄환이 날아가 말벌집 표면을 타공할 수 있도록 하였다. 이와 같이 제작된 타공장치는 분당 최대 300회 구멍을 뚫을 수 있으며, 동시에 약액을 말벌집 내부까지 분사해 살충 효과를 높일 수 있도록 제작 하였다.

벼 포장에서 드론 방제기의 살포 조건과 노즐에 따른 도포율 분석

유승화 ( Seung-hwa Yu ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong Choi ),강영호 ( Young-ho Kang ),이지근 ( Jee-keun Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

방제작업은 농작물의 생산량 손실을 방지하기 위하여 매우 중요한 작업이다. 국내의 경우 여러 방제 방법 중 멀티콥터를 이용한 항공방제가 높은 작업 효율과 작업 편의성으로 인하여 방제 면적을 점차 늘려가고 있다. 특히 수도작에서 방제드론의 활용율이 높은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 벼 포장에서 멀티콥터를 이용하여 항공살포하면서 지상에서의 도포율(coverage) 차이를 비교하였다. 살포조건으로 비행 속도(2,3,4m/s)와 비행 고도(2,3,4m)를 조절하였고 각 경우에 두 종류의 노즐(XR, AI)을 이용하여 실험하였다. 실험 중 기온은 24.8~26.1℃, 풍속은 1.5~2m/s 정도의 수준을 유지하였다. 측정 결과 XR노즐과 AI노즐 모두에서 드론의 비행 속도가 증가함에 따라 도포율이 감소하는 것을 확인하였다. 이는 멀티콥터의 비행 속도 증가가 멀티콥터 후류 영역의 넓이를 증가시켜 비산량을 증가시키는 것으로 판단하였다. 따라서 멀티콥터를 이용하여 항공 방제를 수행하는 경우 비행 속도에 비례하여 도포율이 감소하므로 비행속도를 3m/s 이내의 범위에서 설정할 필요가 있겠다. 3m/s로 비행하는 경우 두 노즐 모두 비행 고도 증가에 따라 도포율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다(78%, 43%). 이는 AI노즐의 액적 크기가 커 높은 고도에서 분사하여도 비산량이 적기 때문인 것으로 분석하였다. 멀티콥터를 이용하여 항공 방제를 실시하는 경우 비행 고도와 비행 속도의 증가는 분무 입자의 도포율을 감소시키므로 제한을 두어야 할 것으로 보이며, 작업 효율을 고려하여 적정한 운영 조건을 찾아야 할 것으로 보인다.