3D 이미징 기술을 이용한 바다 기생충(sea lice) 제거 방법

Point Grey의 Grasshopper 카메라 탑재

가두리 양식장에서 자란 연어의 바다 기생충(sea lice) 농도가 양식장뿐만 아니라 야생 연어의 개체 수 손실에 큰 문제가 되고 있다. 단일 문제로는 바다 기생충이 양식 사업의 가장 큰 부분을 차지하고 있으며, 매년 수백만 달러가 바다 기생충을 퇴치하기 위해 소비되고 있다. 전통적으로 화학 약품을 사용하여 이를 제거하였으나, 몇 년 전부터 대안 책을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 그 노력의 결과로 노르웨이 오슬로에 위치한 Stingray Marine Solutions가 새로운 제거 시스템을 개발 하였다. 이 글을 통해 3D 이미징 기술을 이용한 바다 기생충 제거 방법에 대해 알아본다.

최근 Stingray Marine Solutions(Oslo, Norway)에서 또 하나의 생태학적으로 친 환경적인 연어 기생충(sea lice) 제거 시스템이 개발 되었다. Mestec(Oslo, Norway)의 스테레오 비전 시스템은 물고기가 펜에 들어가면 물고기의 3D 이미지를 캡쳐한 후 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 물고기 외각의 기생충 위치를 나타내게 되며, 그 후 레이저를 통해 자동으로 이를 제거한다.

Into the water
스팅 시스템은 케이블 및 자체 내장되어 있는 부표 시스템을 포함하고 있어 물속에 어떤 특정 깊이까지 하강하는 기능을 가지고 있다. 전원 및 통신 시스템은 물고기 케이지의 원하는 위치로 이동할 수 있으며, 강화 케이블을 통해 시스템에 전달된다.
Stingray 노드 한 쌍은 물고기의 수영 패턴에 맞추어 스캔 펜에 배치될 수 있도록 노드 자체 축을 중심으로 제품을 회전 시킬 수 있다. 물고기 펜 대신에 stingray 노드에 탑재된 12개의 파란색 LED 시스템은 1평방미터의 물을 조명할 수 있는 시스템을 가지고 있다. Sony 5MP ICX625 CCD를 탑재한 한 쌍의 Point Grey GS3-U3-50S5M-C Grasshopper 카메라는 수평으로 배치되어 15fps의 속도로 물고기의 이미지를 캡쳐한다. 두 이미지를 비교함으로써, 물고기의 상대적인 높이 데이터를 얻을 수 있다.
물고기 자체가 빠르게 이동하기 때문에 짧은 시간 내에 비교적 큰 거리를 커버할 수 있는 시스템이 중요하며, 이는 스팅 시스템의 정밀도 부분에서 레이저 빔이 중요한 부분을 차지하게 된다.
Mestec 사의 Steinar Laudal 전무 이사는 이 시스템에 대해 “정확하게 물고기에 붙어있는 기생충의 위치를 찾으려면, 카메라 한 쌍이 연속적으로 빠르게 물고기의 이미지를 획득해야 하며, CPU에 의한 3D 이미지 처리 시스템이 ㎳ 단위로 물고기의 예상 위치를 좌표로 예측할 수 있어야 한다.”고 설명했다.
CPU에서 실행되는 맞춤형 이미지 프로세싱 소프트웨어는 3D 이미지를 통해 물고기 눈과 같은 민감한 부분의 정확한 좌표를 계산하게 된다. 소프트웨어로써 연어의 눈을 찾으면, 물고기 눈을 보호하기 위해 레이저가 조명할 수 없도록 no-fire 존으로 설정된다. 이미지 프로세싱 소프트웨어를 통해 연어 기생충의 위치를 찾으면, stingray 시스템은 물고기의 속도 및 방향에 기초하여 그 위치를 예상한다. CPU는 이의 정확한 위치에 고출력 레이저를 비추는 galvo-mirror 시스템의 명령을 전송한다. 레이저는 기생충을 죽일 수 있는 충분한 강도와 시간으로 물고기를 공격한다. 이러한 시스템은 물고기 몸에 있는 여러 가지 기생충을 식별하고 제거할 수 있을 만큼 빠르게 실행된다.

Monitoring health
 스팅 시스템의 모니터링 효과를 가능하게 하기 위해, 추가로 Pointgrey 카메라를 배치하였다. Pointgrey Sony035, 1.3MP급 해상도의 color 센서 카메라인 FL3-U3-13S2C-C를 사용하여 120fps로 기생충(sea lice)을 없애는 물고기의 영상을 캡쳐하게 된다. 스팅 시스템은 이러한 이미지를 기록하여 추가적인 개발 및 제어 소프트웨어 평가와 기능을 향상 시킬 수 있도록 지원하고 있다. 카메라에 의해 촬영된 이미지는 양식업에 종사하는 어부가 물고기의 상태를 모니터링 하는 용도로도 사용할 수 있다.
Mestec' Laudal에 따르면, 노르웨이에서 연어 양식장을 통해 그들의 스팅 시스템이 연어의 기생충의 개체 수를 감소시키는데 매우 효과적으로 작용했다고 밝혔다. 현재 스팅 해양 솔루션은 노르웨이 및 전 세계 고객으로부터 수요를 충족시키기 위해 연간 100개 이상 생산할 수 있도록 계획하고 있으며, 현재 30개 이상의 스팅 시스템을 배치하였다.

Stingray Marine Solutions에 대해

Beck Engineering의 자 회사인 Stingray Marine Solutions AS는 카메라의 비전 시스템과 레이저를 이용하여 바다 기생충(sea lice)을 제거하는 Esben Beck's의 특허 아이디어를 기반으로 한다. 이 시스템은 1999년 그의 집 지하실에서 시작되어, 10년 이상 기름 및 가스를 사용하던 사용자들에게 친환경적인 제품에 대한 안내를 통해 투자를 받아 시작 되었다. Beck Engineering을 설립하고 테스트 및 설치를 거쳐 바다 기생충(sea lice)에 대한 프로젝트의 개발, 설계, 생산, 소프트웨어 개발 등 이 결정 되었다.

자료제공 | 싸이로드(www.cylod.com)