초분광 영상과 부분최소제곱 판별분석을 이용한 5령 3일 누에 판별 (Discrimination of 5th Instar 3 Day Silkworm using Hyperspectral Image and Partial Least Squares Discriminant Analysis)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 22권 / 12호 / 705 ~ 711페이지
· 저자명 : 이아영, 강정숙, 임종국, 김밝금

초록

최근 양잠농가에서는 기능성 양잠산업을 개척하기 위한 노력이 이루어지고 있으며 그 중에서도 5령 3일 건조 누에는 혈당 강하에 도움을 주어 당뇨병에 탁월한 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 노동력 부족이 심화됨에 따라, 잠작 관리를 자동화하는 기반기술 개발에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 초분광 영상 분석 기술을 이용하여 5령 3일 누에를 비파괴적으로 판별 가능한지 조사하기 위하여 수행되었다. 누에 72마리에 대해 365 nm 파장 대역의 자외선 광원에 대한 420 nm ∼ 730 nm 영역의 초분광 형광 영상을 5령 1일부터 5령 5일까지 5일간 측정하였으며, 설정한 관심영역으로부터 평균 스펙트럼을 획득하였다. 추출된 평균 스펙트럼에 대해서는 9가지 전처리(MSC, SNV, Smoothing, Baseline offset, Mean/Max/Range normalization, 1st/2nd derivatives)를 수행하였다. 5령 3일 누에를 판별하기 위하여 스펙트럼을 두 그룹으로 나누었다(그룹 1: 5령 1일, 2일 누에, 그룹 2: 5령 3일, 4일, 5일 누에). 주성분분석(PCA)을 통해 그룹별 분포도와 5령 3일 누에 판별 가능성을 확인하였고 판별 모델 개발을 위해 부분최소제곱 판별분석(PLS-DA) 및 5중 교차검증을 수행하였다. 그 결과, 1차 미분 전처리를 수행한 스펙트럼을 이용하여 만든 판별 모델의 검증 성능이 93.80 %로 가장 우수하게 나타났다.

영어초록

Recently, sericulture farms have been trying to pioneer the functional sericulture industry. Moreover, it has been proved that the 5th instar 3 day silkworm is effective in diabetes. Along these lines, there is a growing demand for the development of basic technologies that can automate the management of silkworm breeding in light of the deepening labor shortage. This study investigated whether the 5th instar 3 day silkworm can be non-destructively determined using hyperspectral fluorescence imaging techniques. As part of the study, hyperspectral fluorescence images of 72 silkworms were captured with a wavelength range of 420 nm to 730 nm for the 365 nm UV light. In particular, the images were captured during the five days of the 5th instar. The average spectra from the region of interest were obtained, and nine pretreatment methods were followed. To discriminate the 5th instar 3 day silkworm, we divided the spectra into two groups (group 1: 5th instar 1/2 day and group 2: 3/4/5 day). Further, the distribution of silkworms' spectra was confirmed through principal component analysis (PCA), and we checked the possibility of discriminating 5th instar 3 day silkworms. Subsequently, partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) and five-fold cross-validation were performed to develop a discriminant model. The result of the analysis showed that the 1D derivatives spectrum model showed the highest performance (the prediction accuracy: 93.80%).

참고자료

· 없음