포도 재배에서 Artec Space Spider 사용: 포도송이 스캔으로 포도 나무 질병 퇴치에 도움 주기

고대 아테네 역사가인 투키디데스(Thucydides)는 인간 문명을 촉진하는 데 중요한 역할을 하는 데에 Artec 3D 솔루션을 적용 할 가능성이 적다고 생각했습니다.

고대 아테네 역사가인 투키디데스(Thucydides)는 인간 문명을 촉진하는 데 중요한 역할을 하는 데에 Artec 3D 솔루션을 적용 할 가능성이 적다고 생각했습니다. 그러나 몇몇 연구원들은 최근 그들의 논문에서 Artec 3D 솔루션을 사용하여 포도 재배에서 많은 이익을 얻을 수 있다고 발표했습니다. 2018년 3월에 출판 된 "Sensors" 저널에서 연구원들은 곰팡이 질병 및 "덩어리 부패"에 대해 연구 했습니다. 덩어리 부패는 해충 감염을 유발하여 결국 농작물 피해를 입히고 수확량을 감소시킬 수 있다고 알려져 있습니다. 가일바일러호프(Geilweilerhof) 포도 재배 연구소와 본 대학교 (University of Bonn) 연구원은 덩어리 부패를 줄이고 재배 목적을 위한 포도 선택 방법을 개선하기 위해 연구를 진행하고 이미지 기반의 혁신적인 분석 방법을 개발했습니다

이 연구를 위해 선정된 장치는 Artec 3D의 고유 제품인 Space Spider 3D 스캐너였습니다.

연구원들은 실험 중에 Space Spider를 사용하여 포도 송이를 시각화하면 기존 방법과 비교했을 때 식물 특성에 대한 통계적 평가를 크게 향상시킬 수 있음을 발견했습니다. 블루 LED 구조광 기술을 기반으로 하는 Artec Space Spider는 사용하기 간편하며 빠르고 강력한 3D 스캔 장치로서 풍부한 질감의 고해상도 디지털 이미지를 생성합니다. 다양한 업계에서 사용되는 이 제품은 최대 0.05mm의 3D 포인트 정확도로 복잡한 형상, 텍스처 및 색상을 다양하게 캡처 할 수 있습니다. 2 파운드 이하의 이 초경량 3D 스캐너는 현장 또는 실험실에서 동일하게 잘 작동합니다. 이것은 연구원이 고안한 다양한 스캔 맥락에 이상적으로 사용됩니다.

그들의 연구 논문에서 저자는 "덩어리 압축"과 부패 덩어리의 위험 사이의 상관 관계를 즉시 인식합니다. 마찬가지로, 다른 연구들도 포도 나무의 밀도가 높을수록 감염이 발생할 가능성이 높음을 확인했습니다. 실제로 많은 포도 재배자들은 유사한 결론을 내렸는데, 이는 느슨한 덩어리 구조를 가진 포도 재배의 기호에 근본적인 기저를 이룹니다.

더 넓은 시각으로 경제성을 고려할 때, 덩어리의 부패로 인한 농작물의 감염이 악영향을 줄 수 있기 때문에 송이의 다짐도를 제거하는 것만이 좋은 사업을 만들어 낼 수 있습니다. 어쨌든 현재 연구의 첫 페이지에서 선언하는 바에 따르면, "포도 덩굴은 세계에서 가장 유익한 작물 중 하나입니다."

그러나 포도 재배론적 관점에서 볼 때 덩어리를 방지하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.

첫째, 포도나무의 물리적 구성은 복잡하고 다양합니다. 포도 재배자는 각 포도 나무의 고유한 유전 구조에 뿌리를 두고 있는 겉으로는 셀 수 없는 물리적 특징을 철저히 이해하고 있어야 합니다. 두 번째로, 포도나무의 "모자이크" 구성이 주어지면, 한 덩어리만으로 엄청난 양의 데이터를 생성 할 수 있으며, 포도의 양, 크기 및 나이와 같은 정보를 자세히 설명합니다. 국제 포도나무 및 포도주 양조기구 (International Organization for Vine and Wine)는 일련의 특성에 따라 포도나무 형태를 분류하기 위한 포인트 방식을 제공합니다. 하지만 이런 종류의 점수 기반 방식은 시간과 인력이 과도하게 필요하게 됩니다. 또한 가장 바람직하지 않은 것 중 하나는 연구원에 따라 생성되는 궁극적인 데이터는 주관적이고 오류가 있는 데이터라는 것입니다.

데이터 수집 및 매개 변수 추출을 위해 이 연구에서 사용된 포도 다발

반면, Artec 3D의 Space Spider는 포도 덩굴 구조를 평가하는 데보다 효과적이고 객관적인 접근 방식을 제공합니다. 연구소의 연구원은 Space Spider를 사용하여 10개의 생식용 포도의 이미지를 캡처했습니다. 스캐닝 프로세스는 서로 다른 회전 속도로 10번 수행되었습니다. 서로 다른 회전 속도가 다른 점 밀도를 생성하므로, 이를 통해 연구원들은 Space Spider의 데이터 출력의 정확성을 검증 할 수 있었습니다. Space Spider가 포도 다발의 3D 포인트 클라우드 재생을 완료했을 때, 연구원들은 3D Bunch-Tool을 사용하여 데이터를 분석했습니다. 3D-Bunch-Tool은 열매의 크기 및 양과 같은 포도 송이에 대한 정보를 추출하도록 설계된 소프트웨어 응용 프로그램입니다.

3D-Bunch-Tool ("3D-BT"라고도 함)은 수정 된 알고리즘을 기반으로 합니다. 작업 과정은 세 단계로 이루어집니다. 첫째, 전처리 단계의 일부로 고해상도 클라우드가 축소되어 컴퓨팅 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다. 둘째, 클라우드의 포인트는 일반적으로 단일 포도의 영역으로 제한되는 "지역"별로 세분화됩니다. 마지막으로 RANSAC 기반 접근 방식을 사용하여 데이터를 기반으로 구체적인 모델을 구성합니다. 포도 다발의 디지털화 된 모습은 최종 단계에서 조정할 수 있습니다.

3D-Bunch-Tool (3D-BT)의 그래픽 기능을 활용한 사용자 인터페이스(GUI)

연구원들은 Space Spider로 생성한 포인트 클라우드 데이터에서 3D-BT를 실행 한 후 3D 특성 데이터를 지상 실측 정보와 교차 점검했습니다. 그들은 이 실험 단계에서 이 통계적 비교가 데이터 세트 사이에서 매우 높은 상관 관계 값을 산출함을 나타낸다는 긍정적인 결과를 얻었습니다.  이는 3D 데이터와 실제 데이터간에 매우 적은 차이만이 존재한다는 것을 의미합니다.

특히 연구원들은 이 3D 스캐닝 방법이 잠재적인 비용 및 시간 절약에 도움이 된다는 이점을 강조합니다. 포도 덩굴의 특성 평가에 대한 접근 방법을 비교함에 있어서 그들은 다음과 같이 말합니다. “포도 덩굴의 크기와 전체 열매 수에 따라, [다른 방법이 사용되는 곳에서의] 전체 과정은 한 다발 당 평균 10 분이 필요합니다. 이는 매우 노동 집약적이며 균이 침입할 수 있다고 말할 수 있습니다. 비교해 보면, Artec Spider와 데이터 저장소를 사용하여 포인트 클라우드를 획득하는 데에는 평균 1분이 소요되며, 따라서 이 방법은 기존 방법보다 최대 10배 빠르고 강력하며 비 침입적인 방법임을 보여줍니다. 또한 자연적인 3D 구조로서 다발의 구조를 조사 할 수도 있습니다. "

연구원들은 3D 포인트 클라우드를 얻기 위한 이미지 기반의 접근법은 오랫동안 존재해 왔지만 종종 과장된 가격의 레이저 기술의 사용과 침입 기술의 적용을 필요로 한다고 강조합니다. 당연히 그 방법은 높은 비용과 한계점 때문에 연구자들에게 매력적이지 않았습니다. 이것이 연구원들로 하여금 Artec 3D의 이미징 솔루션을 사용하게 한 이유입니다. 특히 Space Spider의 다기능 및 균이 침투되지 않는 특성에 박수를 보냈습니다. "Artec Spider를 사용하여 현장에서 직접 포도 송이를 스캔하는 것은 비 침습적이며 신속하게 3D 다발 특성을 얻을 수 있습니다."

현장에서의 표현형 구조 적용

Space Spider의 추가적인 장점인 가벼운 무게 및 휴대성은 현장 조사를 포함하여 실질적으로 모든 환경 및 연구 형식에 적용될 수 있음을 의미합니다. 사실, 연구자들은 현장 조사에서 이러한 이미지 기반 방법을 사용하여 다양한 식물 생태를 비교 평가할 수 있다는 큰 기대를 가지고 있습니다. 더불어, Space Spider와 같은 3D 스캐닝 솔루션을 사용함으로써 오랜 기간 동안 다양한 환경 조건에서 포도 품종의 성장을 추적하고 모니터링 할 수 있습니다.

포도 재배자의 경우, 이 3D 스캐닝 방법을 사용하면 포도 품종 선택 및 재배에 있어 보다 올바른 선택을 할 수 있습니다. 덕분에 곰팡이 질병 및 침입의 가능성에 대하여 적극적이고 예방적인 조치를 취함으로써 작물 수확량을 증가시킬 수 있지요. 사실 수 천 년간 유지된 포도 재배 과학에 21세기 3D 이미징 솔루션을 적용하는 것만으로도 충분한 발전입니다.

http://www.mdpi.com/1424-8220/18/3/763/htm에서 모두 인용하였습니다.