초록 ▼

○ 연구결과
- 주관연구기관(제1세부:성균관대학교)
계란 품질의 결정인자들에 대한 정량화 계측 알고리즘 및 시스템 개발 구축
본 연구는 계란의 품질을 결정할 수 있는 인자들에 대한 정량화 계측을 위한 알고리즘 및 시스템을 개발하기 위해 수행되었다.본 연구에서 개발된 계측시스템은 컬러 컴퓨터 시각시스템을 이용하여 비접촉식으로 난백과 난황의 색상 정보를 획득 할 수 있으며,고해상도의 컬러 카메라를 사용하여 계란을 파각 후에 난백과 난황의 시간에 따른 변화 상태와 중량을 정밀하게 측정하도록 개발 되었다.
시스템의 정

○ 연구결과
- 주관연구기관(제1세부:성균관대학교)
계란 품질의 결정인자들에 대한 정량화 계측 알고리즘 및 시스템 개발 구축
본 연구는 계란의 품질을 결정할 수 있는 인자들에 대한 정량화 계측을 위한 알고리즘 및 시스템을 개발하기 위해 수행되었다.본 연구에서 개발된 계측시스템은 컬러 컴퓨터 시각시스템을 이용하여 비접촉식으로 난백과 난황의 색상 정보를 획득 할 수 있으며,고해상도의 컬러 카메라를 사용하여 계란을 파각 후에 난백과 난황의 시간에 따른 변화 상태와 중량을 정밀하게 측정하도록 개발 되었다.
시스템의 정확도를 측정할 인자로는 난황의 높이,난황의 면적,난백의 높이,난백의 면적,계란의 중량이다.5가지 주요 인자의 정확도를 측정하기 위해 정형화된 물체를 사용하여 물체를 다 각도에서 측정한 후 측정값과 정형화된 물체의 실제 값과 비교하여 검증하였다.결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 기존의 품질계측 시스템인 영국 TSS사의 QCM-SYSTEM이 독립적인 측정 방식의 불편함을 개선할 수 있도록 하나의 모듈로 통합하였다.
2. 접촉식으로 측정 하던 기존의 시스템에서 컬러 컴퓨터시각시스템을 이용하여 비접촉식으로 난백과 난황의 색상 정보를 획득할 수 있게 하였다.
3. 영상처리 알고리즘 적용을 통하여 기존의 시스템이 하드웨어 적인 부분으로 인해 발생하던 비용적인 측면과 시간적인 측면을 소프트웨어적으로 해결함으로써 비용과 시간적인 낭비를 줄였다.
4. 개발된 시스템의 정확도 검증 결과 중량의 경우 최대 0.5g오차를 나타내었으며 난백과 난황의 높이 측정 시 물체의 이동에 따른 오차율은 2% 이하의 정확성,난황과 난백의 면적 측정 결과 평균 3%이하의 높은 정확성을 보였다.
5. 기존의 시스템에서는 느린 계측 속도로 인해 측정할 수 없었던 계란의 파각 후 나타나는 변화에 대한 측정을 수행할 수 있도록 컬러 컴퓨터시각시스템을 사용하여 수행한 결과 계란의 경우 파각 이후에도 몇 초 동안 난황과 난백의 수양화 현상으로 높이가 변화한다는 것을 수치적으로 확인 할 수 있도록 개발 하였다.
6. 난백의 높이의 변화로 인해 난황의 높이 값을 인자로 받는 기존의 신선도 측정 방법인 호우유닛 수치에도 시간에 따라 변화한다는 것을 사용자가 쉽게 가시적으로 확인할 수 있도록 GUI(graphical userinterface)환경 하의 사용자 인터페이스를 구축하였다.
- 협동연구기관(제1협동연구기관 :강원대학교)
계란의 품질계측을 위한 최적인자 선정 및 품질 인자와 신선도의 상관관계 규명
1. 계란 품질 계측 인자 선정 및 시험 평가
- 계란 품질 계측 인자 선정:논문들을 참고문헌으로 하여 계측인자를 선정
가. 계란 저장 실험에서 신선도를 평가하는 품질 계측 인자로 저장 기간에 따른 무게 감소율,난백의 pH 변화,호우유닛(HaughUnit:HU)의 변화 확인 [Rocculietal.(2009)]
나. 저장 기간이 증가함에 따라 기실의 부피가 증가하는 것을 무게 감소율을 인용하여 비교 계측 [Kim etal.(2007)]
다. 암탉의 종류에 따른 저장 기간 동안의 신선도 변화를 평가하기 위하여 품질 계측 인자로 난황의 점도 변화 및 난황의 pH를 측정 [Severaetal.(2010)]
라. 계란 저장 실험에서 저장기간에 따른 신선도 변화를 계측하기 위하여 계란의 무게와 농후난백의 높이를 활용한 호우유닛과 전처리(균질화)한 난백 점도를 측정하여 상관관계를 분석 [Kempsetal.(2010)]
마. 저장 기간이 증가함에 따라 농후난백의 수양화로 인하여 난백의 높이가 감소하며, 이는 할란시 난백의 퍼짐도에 영향 [연구 기록이 없으며 본 과제에서 수행]
-품질 계측 인자 선정을 위한 저장시점별 측정
가. 저장 기간동안 계란 품질 계측 인자의 변화 및 패턴을 확인하기 위하여 5℃, 20℃, 35℃에서 저장실험을 실시
-시험 평가
가. 계란의 무게감소율
▪ 계란의 초기 무게를 기준으로 저장 기간에 따른 무게 감소율을 측정
나. 난황 및 난백의 pH
▪ 계란의 난황과 난백을 분리하여 각각의 저장 기간에 따른 pH를 측정
다. 농후난백의 높이
▪ 컬러컴퓨터시각계측 시스템을 이용하여 농후난백이 안정화된 30초를 기준으로 농후난백의 높이를 계측
라. 호우유닛(HU)
▪ 컬러컴퓨터시각계측 시스템을 통해 계측된 농후난백 높이와 무게를 이용하여 호우유닛을 측정
마. 난황 및 난백의 점도
▪ 계란의 난황과 농후난백, 수양난백을 각각 분리하여 난백의 점도는 LVDV-Ⅱ Pro(Brookfieldengineering laboratory,Middleboro,Inc.USA)를 이용하여 측정,난황의 점도는 RVDV-Ⅱ Pro를 이용하여 측정
2. 계란의 품질인자와 신선도 상관관계 규명 및 최적인자 선정
가. 계란의 무게감소율
▪ 계란의 호흡 작용으로 인하여 기공을 통하여 성분들 배출됨으로서 지속적으로 증가
나. 난황 및 난백의 pH
▪ 신선한 계란의 난백의 경우 pH는 7.0-8.5로 측정되나 계란에 용해된 CO2의 배출로 인하여 난백의 경우 초기에 급속도로 상승이후 미소적으로 증가하였으며,난황의 경우 신선란은 5.8-6.5로 계측되나 난황과 난백의 성분 농도차로인한 삼투압 현상으로 상대적으로 pH가 높은 난백 성분 및 수분이 유입됨으로서 지속적인 증가
다. 농후난백의 높이
▪ 농후난백의 수양화로 인하여 지속적인 감소
라. 호우유닛(HU)
▪ 계란의 무게 및 농후난백의 높이 감소로 인하여 지속적인 감소
마.난황 및 난백의 점도
▪ 난황의 점도는 난백의 유입으로 인하여 지속적으로 감소하였으나,농후난백을 포함한 난백의 점도는 일정한 점도수치를 기록하지 않고 높은 편차범위로 측정되어 품질 계측 인자로서 적합하지 않음
▪ 수양 난백의 점도는 저장 초기 점도수치가 매우 낮으며 저장 기간에 따른 유의차 있는 점도 감소 경향을 나타내지 않아 품질 계측 인자로 적합하지 않음
바. 퍼짐도 측정
▪ 저장 초기의 경우 퍼짐도 측정시 초기 난백 높이의 강하속도가 빠르고 측정 초기(0.5초)와 마지막 측정시기(30초)간의 높이차이가 비교적 높게 나타났으나 저장기간이 증가함에 따라 농후난백의 수양화로 인해 측정 초기와 마지막 측정치의 높이차이가 낮으며 이로 인해 강하속도가 느림
- 최적인자 선정
▪ 컬러 컴퓨터 시각계측 시스템을 통한 농후난백의 높이 계측은 영상 분석을 통한 자동화로 인한 짧은 측정 시간 및 객관적인 데이터 측정으로 신뢰성 확보함으로 최적인자로 선정하였으며 신선도에 대한 기준인자로서 기존 품질 계측 인자 중 오차범위가 낮은 인자를 선정
▪ 동일 시료 반복 계측:오차범위 ±최소 0.01,최대 0.22mm으로 계측 가능
※ 계측 높이(100%)대비 오차 범위:최소치(0.001%) 최대치(3.01%)
▪ 동일 저장 조건 시료 계측:오차범위 ± 최소 0.32최대 2.51mm로 계측 가능
▪ 무게 감소율의 경우 최대 오차범위가 ±0.6%로 매우 낮아 비교할 기준인자로 선정
3.유통품질 기준 확립에 있어서 시간에 따른 품질인자의 변화 조사
- 난황 높이,크기(체적),농후난백 높이,크기(체적),난황 색상,난백 색상,시간에 따른 난백의 퍼짐도(탄성),시간에 따른 난황의 높이 변화율(탄성)
-시간에 따른 품질 인자의 변화 조사:농후난백 높이,시간에 따른 난백의 퍼짐도
가.농후난백 높이:저장 기간이 증가함에 따라 농후난백의 수양화로 인하여 높이 감소
※ 저장 온도별 A등급 판별 최대 저장 기간 측정
5℃ 저장:저장 기간 30일까지 신선도 유지
20℃ 저장:저장 기간 20일까지 신선도 유지
35℃ 저장:저장 기간 35일까지 신선도 유지
【측정시 특이사항】
5℃ 저장시 30일 이후에도 신선도 유지 예상,기타 온도 저장 실험에서 위 기제된 기일 이후의 측정 불가.
▪ 시간에 따른 난백의 퍼짐도:저장 초기 농후난백의 퍼짐도에 비하여 저장기간이 증가함에 따라 난백의 수양화로 인하여 퍼짐도 수치가 낮아짐.이는 난백의 수양화로 인하여 농후난백을 이루고 있는 ovomuchin-lysozyme복합체의 disulfidebond결합력이 약해짐으로서 농후 난백의 초기 높이가 낮아짐으로서 퍼짐도가 저장기간이 증가함에 따라 낮아짐
4. 사육에 따른 계란 품질인자의 변화 규명.
- 대형할인마트에서 구매한 계란과 강원지역 농가에서 친환경 사육한 모계(母鷄)가 산란한 계란에 대한 품질인자인 퍼짐도를 비교해보았으나 출하시점이 동일한 이유로 시료간의 유의차가 없는 것으로 판명
5. 기존 품질 검사인자와의 비교.
- 기존 품질 검사 인자인 난황 점도측정은 측정에 있어 난황의 분리가 실험자의 숙련도에 따라 데이터에 많은 영향을 미치며,시간이 오래 걸리고 복잡하며 자연시료인 계란의 특성상 시료간의 편차가 크게 발생한다.또한 난백 점도 측정은 Kempsetal.(2010)에 따르면 측정이 매우 어려우며 농후 난백을 함께 측정할시 점도가 일정하지 않고,수양 난백만을 측정시 점도가 너무 낮아 저장 기간에 따른 점도변화가 유의차가 없었다.따라서 자동화 영상 분석을 통한 품질 계측이 데이터에 대한 객관적인 신뢰성이 더 높음
6. 개발 시스템의 축산물품질평가원에서의 적용 가능성 검증.
- 저장 실험을 통하여 개발 시스템인 컬러 컴퓨터 시각 계측시스템을 검증 완료
- 동일 시료 반복 계측:오차범위는 최소 ±0.01,최대 0.22mm으로 계측 가능
※ 계측 높이(100%)대비 오차 범위:최소치(0.001%),최대치(3.01%)
- 동일 저장 조건 시료 계측:오차범위 ±최소 0.32최대 2.51mm로 계측 가능

Abstract ▼

Two commercial systems for the egg quality measurement have been imported and available in Korean market. QCM+system manufactured by TSS Co., Ltd, is composed of 5 independent units which measure color of the egg shell, weight of an egg, value of the haugh unit. height of the yolk of an egg, and hei

Two commercial systems for the egg quality measurement have been imported and available in Korean market. QCM+system manufactured by TSS Co., Ltd, is composed of 5 independent units which measure color of the egg shell, weight of an egg, value of the haugh unit. height of the yolk of an egg, and height of the dense white part of an egg. Measurements using QCM+system are mostly performed manually and color is examined by the naked eye via comparing with color model templates. The accuracy and repeatability of the measurement are low since it utilizes the mechanical probe and naked eye in measuring the height. Egg Analyzer utilizes the ultra-sonic wave to measure the height of the yolk of an egg and the height of the dense white part of an egg. It takes long measuring time and can not also measure the color property of an egg.
In this research, nondestructive automatic measurement system via color computer vision system was developed to measure the color properties and variation of the heights of the yolk and the white of an egg. Load cells were also mounted to measure the weight of an egg. The egg quality was obtained from the top and side view images of an egg via measuring the height of the yolk and the dense white, color of the yolk. and time variation of the heights of the yolk and the white.
The image processing algorithms were developed to recognize the existence of an egg for the difference of the images, binarization, labeling, and Hough transformation using Microsoft Visual Studio 2008 C# language and OpenCV of the Intel Co., Ltd. Halcon 10.0 image processing library of MVtec Co., Ltd. was also used in developing image processing routines. Heights of the yolk and the white of an egg were obtained from the side images of an egg.
In other to measure the yoke color of an egg, RGB image was transformed to HSI color image after performing illumination compensation. The noise of the image was removed via labeling process and edge extraction was performed. Contour of the yolk was extracted and location which is 1 cm apart from the boundary of the yolk was selected to measure the height of the dense white of an egg.
The egg livestock is excellent with good proteins and various nutrients. But egg cause quality changes of internal due to breathing and moisture evaporation in the distribution process. Therefore, It is necessary to grade eggs inside the physical and chemical changes in the distribution process observed by quality factors of clear standards set. In this study, The new method of non-contact was introduced in order to improve the accuracy based on the problems that caused by measurement time, manpower consumption, and the user's skill in operating the contact measurement method in the system of existing commercial eggs quality.
Experiments were carry out in the 5, 20, 35 ℃ temperature conditions to make indicators for the changes of egg freshness according to distribution temperature and duration of distribution conditions utilizing non-contact devices. Existing factors; Weight, pH, and viscosity were used as the criteria to make freshness indicators for each the temperature range through the unit. The weight of egg decreased depending on the storage period by respiration. PH increased due to the emission of CO2 dissolved in the internal.
In addition, the viscosity of the albumen decreased due to the liquefaction of the egg white, yet it was impossible to be used as an indicator of freshness in case of thick albumen which does not record constant viscosity figures, and no significant change in viscosity was found during storage period in case of thin albumen which has too low initial viscosity. In the measuring of the degree of diffusion using non-contact device, and Haugh unit based on the height of egg white albumen, the degree of diffusion decreased as storage temperature increased due to the liquefaction, and Haugh unit declined due to the weight reduction during the storage period and to the liquefaction of thick albumen. In the evaluation of freshness during 30 days of the storage period in the low temperature conditions, A grade was successfully maintained until the end of the term in the storage at 5℃, and for 20 days at 20℃, and 12 days at 35℃.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 14
• CONTENTS ... 16
• 목차 ... 19
• List of Table ... 22
• List of Figures ... 23
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 27
• 제 1 절 연구 목표 ... 27
• 1. 최종 연구 목표 ... 27
• 2. 최종 연구 개발 사업 세부 목표 ... 27
• 제 2 절 연구의 필요성 ... 30
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 32
• 제 1 절 국내 제품생산 및 시장 현황 ... 32
• 제 2 절 국외 제품생산 및 시장 현황 ... 32
• 1. 영국 TSS(Technical Services and Supplies)사의 QCM+system ... 32
• 2. 중국 Crescent Science and Technology사의 EMT-5200 ... 34
• 3. 미국 brookfield의 점도계 ... 39
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 41
• 제 1 절 기초이론 ... 41
• 1. 영상처리 이론 ... 41
• 제 2 절 계란 측정 시스템의 구성 및 사양 ... 53
• 1. 전제구성 ... 53
• 2. 영상 획득부 ... 55
• 3. 중량 측정 ... 58
• 제 3 절 계란 시스템의 측정 알고리즘 ... 60
• 1. 각 모드별 화면 ... 61
• 2. 측정 알고리즘 ... 64
• 제 4 절 실험 방법 ... 73
• 1. 윗면 카메라 보정 방법 ... 75
• 2. 측면 카메라 보정 방법 ... 76
• 3. 로드셀 보정 방법 ... 78
• 제 5 절 결과 및 고찰 ... 80
• 1. 측면 측정 정확도 ... 80
• 2. 윗면 측정 정확도 ... 81
• 3. 로드셀 정확도 ... 94
• 4. 시간에 따른 난황과 난백의 면적, 높이 변화 ... 97
• 제 6 절 35℃ 저장 기간에 따른 품질인자와 신선도 상관관계 규명 및 최적인자 선정 ... 100
• 1. 연구 목적 ... 100
• 2. 연구 방법 ... 101
• 3. 연구 결과 ... 103
• 제 7 절 사육에 따른 계란 품질 및 측정 기기 평가 ... 115
• 1. 연구 목적 ... 115
• 2. 연구 방법 ... 115
• 3. 연구 결과 ... 116
• 제 8 절 20℃에서 저장 기간에 따른 신선도 평가 ... 117
• 1. 연구 목적 ... 117
• 2. 연구 방법 ... 117
• 3. 연구 결과 ... 120
• 제 9 절 5℃, 20℃, 35℃에서 저장 기간에 따른 신선도 평가 ... 132
• 1. 연구 목적 ... 132
• 2. 연구 방법 ... 132
• 3. 연구결과 ... 134
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 144
• 제 1 절 연도별 연구 목표 및 달성도 ... 144
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 146
• 제 1 절 실용화·산업화 계획 ... 146
• 1. 실용화 계획 ... 146
• 2. 제품화 계획 ... 146
• 3. 사업화 계획 ... 146
• 제 2 절 교육·지도·홍보 등 기술확산 계획 등 ... 148
• 제 3 절 특허, 연구 등 지식재산권 확보계획 ... 149
• 제 4 절 추가연구, 타연구에 활용 계획 등 ... 150
• 1. 추가 연구계획 ... 150
• 2. 타연구에 활용 계획 ... 150
• 제 6 장 참고문헌 ... 151
• 끝페이지 ... 153