[논문]휴대용 근적외선 카메라를 이용한 소나무 재선충 피해목 조기탐지 방법개발

정성은; 김유승; 노병윤; 이영원

휴대용 근적외선 카메라를 이용한 소나무 재선충 피해목 조기탐지 방법개발
Development of early diagnosis method of damaged tree by pine wilt disease using Portable NIR camera 원문보기

정성은 (고려대학교 환경생태공학부) , 김유승 (고려대학교 환경생태공학부) , 노병윤 (고려대학교 환경생태공학부) , 이영원 (고려대학교 환경생태공학부)

소나무 재선충에 감염되어 고사하는 소나무의 증가는 우리나라 산림에 심각한 위협이 되고 있다. 재선충은 매개 후 고사단계에 이르기까지 진행과 확산이 빨라 감염목이 발견되면 곧바로 임내에서 벌채 및 훈증 처리해야 하며 5${\sim}$6월에 감염되어 10${\sim}$11월에 육안으로 고사를 확인할 수 있다. 재선충에 의해 소나무가 고사되는 과정에서 식생활력도가 크게 감소하며 이러한 현상은 근적외선 영역에서 분광반사의 감소를 수반한다. 따라서 본 연구는 근적외선영역의 분광감소를 이용하여 재선충 피해목의 조기진단이 가능할 수 있다는 것에 착안하여 수행하였다. 근적외선영상 취득 방법으로 휴대가 간편한 근적외선 카메라를 이용하여 재선충 피해지역의 소나무림을 5월부터 11월까지 매월 촬영하였다. 이렇게 수집된 분광반사값으로부터 식생지수(Vegetation Index: VI)의 변화를 분석하였고, VI의 감소율로부터 소나무 재선충 감염목을 조기에 발견할 수 있다는 결과를 도출하였다.

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문제 정의

따라서본 연구에서는 휴대 및 촬영이 용이한 휴대용 근적외선 카메라를 이용하여 재선충피해목의 조기진단이 가능할 수 있다는것에 착안하여 본 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 ADC에서 획득한 영상으로부터 산정한 다양한 식생지수(VI)를 비교해 봄으로써 소나무의 활력도 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 입사식 근적외선 카메라로취득한 영상을 이용하여 식생지수를 산출하는 방법으로 소나무 재선충 감염목의식생지수 변화를 발견할 수 있다는 것을알 수 있었다.

제안 방법

2007년 5월부터 11월까지 총 8회의 현지조사를 실시하였다. 각 지점에서 삼각대설치 후 피해 대상지의 남사면을 일반 디지털 카메라와 ADC를 이용하여 촬영하였다.
VI변화율을 참고하여 적절하다고 판단되는 탐지율(Detection Index: DI)을 설정하고, 이 이를 적용하여 감염목의 조기탐지율을 추정하였다. 탐지율이 특정 임계값이상이 되면 임목의 고사가 진행되고 있다는 것을 나타낸다.
실시하였다. 각 지점에서 삼각대설치 후 피해 대상지의 남사면을 일반 디지털 카메라와 ADC를 이용하여 촬영하였다. 획득한 영상들은 일자별로 광량이 다르기 때문에 이 광량을 일정하게 맞춰야할 필요가 있다.
그러나 11월에 디지털카메라로 촬영한 영상에서 재선충에 의해 고사된 피해목이 육안으로 확인되어 각 지점에 대한 NDVI값을역추적 하였다.
변화율을 적용하여 탐지된 모든 화소수에대한 감염목 위치에 속한 화소수의 비율을식 (7)과 같이 탐지율(DR)을 구하였다.
식생지수(VI)의 종류로는 여러 가지가 있지만 NIR, Red, Green Band의 포괄적인값을 화상으로 나타내는 Camera의 특성상 정규식생지수(Normalized Difference Vegetation Index: NDVI) 와 단순식 생지수(Ratio of Vegetation Index: RVI)의사용이 적절하다고 판단되어 이 두 가지의 식생지수(VI)를 선택하였다.
촬영한 대상지에서 소나무 재선충 감염목을 발견하고 조사된 자료를 바탕으로 일자별로 역추적하여 분석하였다.
측정장비 또는 지상형 원격탐사 장비로가시광선 파장대역 및 근적외선대역을 감지하는 CMOS 센서를 장착한 Agricultural Digital Camera(이하 ADC) 를 이용하였다. 센서의 밴드는 3가지 밴드로 근적외선 (Near Infra Red: NIR), 적색(Red), 녹색(Green)으로 되어있으며 파장대는 500 ~ 1, 050nm를 감지한다.

대상 데이터

획득한 영상들은 일자별로 광량이 다르기 때문에 이 광량을 일정하게 맞춰야할 필요가 있다. 18% 회색보정판(18% grey card)을 촬영하여 촬영된 보정판으로부터 시기별 장소별로 획득된 영상을보정하였다.
본 연구는 휴대용 근적외선 카메라를 이용하여 재선충에 감염된 소나무를 조기에찾아내는 것이 목적이므로 재선충 감염지역 중 경남 진주시와 사천시#를 연구대상지로 선정하였다.
이번 실험에서 사용한 Calibration Tag는일반적인 사진촬영 시 노출을 결정하기위해 사용하는 영상보정판인 회색보정판 (18% 반사)을 이용하였다. 18% 회색보정판은 입사광의 18%를 반사하는 무채색 (회색)으로 이루어진 판으로 사람의 눈은이 18% 회색보정판을 중간 정도의 명도를 가지는 회색으로 인식한다.

성능/효과

3). 각 지점별 변화율을 비교해본 결과 NDVI 와 마찬가지로 8~10월에 변화가크게 나타났고 11월에는 이미 고사하여변화율이 낮게 나타났다(Fig.4).
결론적으로 본 연구를 통해서 지상원격탐사용 도구인 휴대용 근적외선 카메라 (ADC)의 분광특성을 이용하여 재선충에감염된 소나무가 고사하여 육안으로 확인하기 전에 조기 탐지할 수 있는 가능성이있음을 확인하였다.
경향이 나타났다. 이 중 단순식생지수(RVI)에서 정상목과 감염목 사이의감소폭이 NDVI보다 비교적 크게 나타났다. 이 외에도 다양한 식생지수를 통한 분석이 필요하다.
재선충에 감염되어 육안으로 고사가 확인되는 부분을 100x100화소 크기로 이의감염목 탐지 가능성을 확인하였다. Fig.
정 규식 생지수 (NDVI), 단순식 생지수 (RVI) 두 지수 모두 재선충에 감염이 되었을 때떨어지는 경향이 나타났다. 이 중 단순식생지수(RVI)에서 정상목과 감염목 사이의감소폭이 NDVI보다 비교적 크게 나타났다.
정규식생지수(NDVI)와 단순식생지수(RVI) 모두 재선충에 감염이 되었을 때 7월 ~ 9월 사이에 감소현상이 나타났다. 특히 단순식생지수에서 정규식생지수보다 감염목과 정상목 사이의 수치 차이가 크게 나타났다.
사이에 감소현상이 나타났다. 특히 단순식생지수에서 정규식생지수보다 감염목과 정상목 사이의 수치 차이가 크게 나타났다.

후속연구

이와 같이육안으로 확인된 고사목을 벌채하여 현장에서 훈증 처리하는 것이 지금까지의 대처방식이다. 그러나 재선충 감염목을 조기에 발견할 수 있다면 피해규모를 줄일 수있고, 확산 및 예방에도 큰 효과가 있을것으로 판단된다.
필요하다. 또한 정확도 향상을 위해 영상 취득시 동일조건에서 영상을 취득할 수 있도록 주의해야 하며 보다 많은 샘플지역에서 추가적인 연구가 진행되야 할 것이다.
본 연구에서 수행된 NDVI와 RVI 외에도다양한 식생지수를 통한 분석이 필요하다. 또한 정확도 향상을 위해 영상 취득시 동일조건에서 영상을 취득할 수 있도록 주의해야 하며 보다 많은 샘플지역에서 추가적인 연구가 진행되야 할 것이다.
이와 함께 영상을 취득하는 기기에 GPS, 방위계, 거리측정계가 결합하면 좌표와 방향, 거리를 측정, 연산하여 대상지의 위치를 파악할 수 있으리라 판단된다.

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