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고추 탄저병 정밀 탐색을 위한 영상분석 기술에 대한 연구
A Study on the Image Analysis Technique for the Precision Exploration of Chili Anthracnose 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.25 no.5, 2020년, pp.73 - 81  

백정호 (국립농업과학원 유전자공학과) ,  김년희 (국립농업과학원 유전자공학과) ,  이은경 (국립농업과학원 유전자공학과) ,  이홍석 (국립식량과학원 생산기술개발과) ,  김송림 (국립농업과학원 유전자공학과) ,  박상렬 (국립농업과학원 유전체과) ,  지현소 (국립농업과학원 유전자공학과) ,  최인찬 (국립농업과학원 스마트팜개발과) ,  김경환 (국립농업과학원 유전자공학과)

초록
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전세계적으로 널리 재배되는 고추 (Capsicum annuum)는 한국에서 소비가 많은 채소류 중 매우 중요한 작물중 하나이다. 고추는 생육기간 동안에 고추 탄저병에 심한 피해를 입어 방제나 저항성 품종에 대한 연구가 중요하다. 본 연구에서는 탄저병에 저항성이 있는 고추 4품종과 민감성을 가진 1품종에 대해 K1탄저균을 접종하였으며, 시간이 지나면서 나타나는 병 면적을 촬영하여 프로그램을 통해 정량화한 내용을 분석하였다. 고추과일 면적과 병면적의 비율을 통해 감수성 품종인 An-S는 약 40%로 약하게 나타났으며, 저항성 품종인 An-12R (23%), AR-Tan (21%), An-9R (19%)로 비교적 강하게 나타났고, PBC81는 약 11%로 탄저균에 강한 병 반응을 보였다. 이와 같은 정량적인 수치는 탄저병 품종이나 탄저균에 대한 저항성 연구를 수행하는데 비교할 수 있는 기초자료로 활용할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

One of the most important vegetables consumed in Korea, chili peppers (Capsicum annuum) are widely cultivated around the world. Chili peppers have been severely damaged by anthracnose during their growth, so it is important to study prevention and resistance varieties. K1 anthracnose was inoculated ...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 환경에 따른 색상의 변화는 색상값을 이용한 영상분석에서 고추과일과 배경을 제거하고 병징 데이터를 추출하는데 어려움을 주는 요소 중 하나이다. 본 논문에서는 고추과일의 색상 변화의 오차 없이 K1 탄저균의 병징이 진행되는 과정을 촬영하기 위해 개화 후 20일이 지난 고추과 일만을 수확하였다. 이는 수확 후 크기와 노화정도에 따라 점차적으로 빨간색으로 익어가는 고추과일의 특성상 개화시기를 맞춤으로 각 고추 품종에 대한 크기와 노화정도를 일치시키 위함이다.
  • 본 논문에서는 영상 촬영된 결과들이 실제 측정 값과 일치하는지에 대한 신뢰성을 알아보기 위해 고추과일을 무작위로 30개체를 채취하여 단폭 (Width)과 장폭 (Height)을 실측하고 영상 촬영 결과들과 비교하였다. 또한 영상 촬영 값이 다른 부위에서도 동일한 신뢰성을 가지는지 확인하기 위해 고추과일이 아닌 고추잎 부분도 촬영하여 Fig.
  • 이 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원에서 식물 영상 분석기술을 이용하여 고추 유전자원의 탄저병 특징을 살펴보고 정량화된 디지털 자료와 함께 고추 탄저병 정밀 탐색을 위한 정보를 제공하고자 수행하였다. 본 논문에서는 영상을 이용하여 고추에서 탄저균이 발현되는 양상을 정량적인 수치데이터로 분석하고 이를 병원균에 대한 저항성 판별 및 품종 육성 등 농업적으로 이용하기 위해 영상분석 기술을 활용하는 방법에 대해 보고하여 디지털 농업연구의 활용성을 증진시키고자 한다.
  • 이 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원에서 식물 영상 분석기술을 이용하여 고추 유전자원의 탄저병 특징을 살펴보고 정량화된 디지털 자료와 함께 고추 탄저병 정밀 탐색을 위한 정보를 제공하고자 수행하였다. 본 논문에서는 영상을 이용하여 고추에서 탄저균이 발현되는 양상을 정량적인 수치데이터로 분석하고 이를 병원균에 대한 저항성 판별 및 품종 육성 등 농업적으로 이용하기 위해 영상분석 기술을 활용하는 방법에 대해 보고하여 디지털 농업연구의 활용성을 증진시키고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고추 탄저병 영상의 처리 및 분석은 어떤 과정을 거쳐 진행되었는가? . Step 1: Data creation 고추 생육 영상과 탄저병 영상 그리고 제작된 장치에서 촬영된 영상을 생산하는 단계. . Step 2: Data processing 획득된 영상을 분석하기 위해 자르고 처리 영역 설정하고 스케일 기준을 설정하는 전처리 단계와 노이즈제거와 채널분리, 이진화 그리고 처리된 영상기반으로 데이터를 추출하는 처리 단계. . Step 3: Data analysis 처리되어 추출된 데이터 값을 기반으로 병 면적을 비교 분석하고, 시간의 흐름에 따라 변화하는 양상을 비교하는 분석단계. . Step 4: Option 데이터 생산, 처리, 분석 과정을 거치면서 생산되는 데이터를 재분석 및 데이터 정확도 검증 작업을 수행 할 수 있게 영역정보를 저장하는 단계이다.
고추 탄저병은 어떤 피해를 주는가? 고추 탄저병(Colletotrichum spp.)은 고추과일에 발생하여 상품성을 떨어뜨리고 생산량에 직접적으로 영향을 미쳐 농가의 피해를 입히는 주된 병원균중 하나로서 국내에서는 7월에서 발생하기 시작하여 9월을 지나 고추 탄저병이 급격히 증가하기 때문에 이를 위한 방제나 저항성 품종에 대한 연구가 지속적으로 수행되어 왔다(Kim et. al.
식물 영상 분석기술의 이점은? 이처럼 식물 영상 분석기술은 영상으로 촬영된 실험재료의 재사용, 시간 스케줄에 따른 지속적인 관찰, 정량적 수치를 통해 일관된 판별을 하는데 도움이 되며 이를 통해 연구를 수행하는 것이 시간과 노력을 줄일 수 있고 정확성과 정밀성의 확보도 할 수 있어 사람의 노동력에 의존하는 식물연구하는 연구자들에게 많은 도움을 줄 수 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (12)

  1. BAEK, J., Lee, E., Kim, N., Kim, S. L., Choi, I., Ji, H., Chung, Y. S., Choi, M.-S., Moon, J.-K., and Kim, K.-H. (2020). High throughput Phenotyping for Various Traits on Soybean Seeds using Image Analysis, Sensors, 20(1), 248. 

  2. Barka, G. D., and Lee, J. (2020). Molecular Marker Development and Gene Cloning for Diverse Disease Resistance in Pepper (Capsicum annuum L.): Current Status and Prospects, Plant Breed. Biotech., 8(2), 89-113. 

  3. Jo, J. W., Lee, M. H., Lee, H. R., Chung, Y. S., Baek J. H., Kim, K. H., and Lee, C. W. (2019). LeafNet: Plants Segmentation using CNN, Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, 24(4), 1-8. 

  4. Khirade, S. D., and Patil, A. B. (2015). Plant Disease Detection using Image Processing, International Conference on Computing Communication Control and Automation, Pune, 768-771. 

  5. Kim, K.-H., Yoon, J.-B., Park, H.-G., Park, E. W., and Kim, Y. H. (2004). Structural Modifications and Programmed Cell Death of Chili Pepper Fruit related to Resistance Responses to Colletotrichum Gloeosporioides Infection, Phytopathology 94, 1295-1304. 

  6. Kim, S. G., R, N.-Y., Hur, O.-S., Ko, H.-C., Gwag, J.-G., and Huh, Y.-C. (2012). Evaluation of Resistance to Colletotrichum Acutatum in Pepper Genetic Resources, Res. Plant Dis., 18(2), 93-100. 

  7. Kim, S. L., Chung, Y, Silva, R. R., Ji, H., Lee, H., Choi, I., Kim N., Lee, E., Baek, J., Lee, G.-S., Kwon, T.-R., and Kim, K.-H. (2019). The Opening of Phenome-assisted Selection Era in the Early Seedling Stage, Scientific Reports, 9, 9948. 

  8. Lee, W.-M., Yang, E. Y., Cho, M. C., Chae, S. Y., Choi, H. S., and Moon, J.-H. (2018). Breeding of Korean Red Pepper Variety 'Jeockyoung' with High Carotenoid Content, Korean J . Breed. Sci., 50(3), 302-306. 

  9. Lee, J. H., Kim, B. M., and Shin, Y. S. (2018). Effects of Preprocessing and Feature Extraction on CNN-based Fire Detection Performance, Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, 23(4), 41-53. 

  10. Schneider, C. A., Rasband, W. S., and Eliceiri, K. W. (2012). NIH Image to ImageJ:25 Years of Image Analysis, Nat Methods, 9(7), 671-5. 

  11. Song, S., Kim, S., Jin, Y. S., and Lee, J. (2020). Enhancement Techniques of Color Segmentation for Detecting Missing Persons in Smart Lighting System using Radar and Camera Sensors, Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, 25(3), 53-59. 

  12. Yoon, J. B., Do, J. W., Yang, D. C., and Park, H. G. (2004). Interspecific Cross Compatibility among Five Domesticated Species of Capsicum Genus, J. Korean Soc. Hort. Sci., 45, 324-329. 

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