FLIR 열화상 카메라를 이용한 낙농장 가축 자동 건강 점검

산업화가 진행되면서 오늘날 농장은 점점 더 공장의 모습을 닮아가고 있고, 현재 농가에서는 잡일 하는 시간은 줄고 컴퓨터로 많은 일을 하고 있습니다. 이런 환경에서 품질과 연속성을 보장하려면 좋은 자동 모니터링 시스템이 필수불가결한데, 이런 현실을 인지한 스웨덴 린셰핑에 있는 아그리캄(Agricam)이라는 회사가 FLIR 열화상 카메라를 이용하여 낙농우를 모니터링 하는 자동 모니터링 시스템을 개발하였습니다.

" 현재 낙농장이 안고 있는 가장 큰 문제는 유방염이라는 가축 질병"이라고 아그리캄 설립자 Ellinor Eineren가 설명하였습니다. "유방염은 소의 젖통에서 나타나는 지속적 염증으로, 잠재 치명성이 있는 이 유선 감염은 낙농우에서 가장 흔히 나타나는 질병이며, 조기 진단으로 아주 쉽게 치료할 수 있습니다. 대개 감염된 소는 감염을 일으키는 세균이 증식하지 못하도록 젖통에 젖이 거의 남지 않도록 젖을 짜는데 이렇게 하면 동물의 자연 방어 체계로 유방염이 임상적으로 나타나기 전에 침입 세균을 제거할 수 있습니다."

Eineren의 말을 빌면 손으로 젖을 짜는 구식 착유법을 쓰면 유방염 발달을 비교적 간단히 진단할 수 있다고 합니다. "염증의 대표적 증상으로 혈류량이 증가하여 젖통의 체온이 상승하는 것으로 이 질병을 식별할 수 있습니다. 목축자는 많은 현장 경험으로 이런 증상을 탐지해 냅니다. 근래에 와서는 사람의 손보다는 착유기를 이용하는 곳이 많아 탐지 자체가 그렇게 쉽지는 않습니다."

폐기유

오늘날 낙농장에서는 손으로 착유하지 않기 때문에 유방염 발달 증상인 젖통 체온 상승 여부를 알 수 있는 방법이 없는데, "이는 유업에서는 큰 문제입니다. 유방염은 동물에게 통증을 일으키고 전반적인 불편함을 높이며 항생제 치료를 해야 합니다. 단순히 수의학 비용으로 이어지는 것이 아닙니다. 엄격한 유럽 규정에 의거하여 항생제 잔류물이 동물의 생체 내에서 완전히 배출될 때까지 우유를 계속 폐기처분 해야 합니다."

추정치에 차이는 있으나 유럽 낙농가에서 연간 유방염에 들어가는 총 비용은 수천만에 달하는 것은 확실합니다. "목축업자 1인이 유방염으로 손실하는 비용이 연평균 20,000 ~ 60,000 유로에 달한다는 사실에 충격을 받았습니다. 이 금액은 매우 큰 돈이기 때문에, 우리는 이 문제를 해결할 방안으로 열화상 기술을 이용한 자동 조기 탐지 시스템을 개발하였습니다."

염증 탐지 도구

전세계 수의사가 휴대형 열화상 카메라로 가축의 염증을 탐지합니다. 마소부터 개와 고양이까지, 열화상 카메라는 염증이나 다른 건강 문제를 진단하기 위한 장치로 점점 더 많은 동물보건 전문가 사이에 확산되고 있습니다. "그러나 이런 경우 화상을 수기로 기록하고 온열 측정 데이터를 분석할 인력이 필요합니다. 이런 작업을 자동으로 해 주는 장치는 없는 것으로 알고 있습니다."

이런 연유로 Eineren 과 아그리캄 사가 CaDDi (Cattle Disease Diagnostics, 가축 질병 진단)라는 특허 받은 시스템을 개발하였습니다. "Linköping 에 있는 FLIR 제품 보급사 Termisk Systemteknik 와 협력하여 이런 제품의 타당성을 시험하였습니다. 우리는 가정 먼저 FLIR P660 열화상 카메라로 소의 젖통 열화상을 수동으로 기록하고 스웨덴국립수의학연구소(Swedish National Veterinary Institute)의 수의사들과 협력하여 열화상 결과를 분석함으로써 열화상 카메라로 유방염을 탐지할 수 있는지 확인해 보았습니다."

첨단 알고리즘으로 자동 분석

"그 다음으로 이런 작업을 자동으로 할 수 있는 시스템을 구축하였다” 고 Eineren이 말했다. "하지만 말만큼 쉽지는 않았습니다. 열화상에서 온도가 높게 나온 부분이 모두 염증 부위는 아니었고, 동물의 체온은 원래 오르락내리락 하고 동물 개체 간 열적 양상에도 미세한 편차가 있었습니다. 이렇게 되자 원치 않는 경고는 걸러낼 수 있는 고급 분석이 필요했습니다. 이런 분야에서는 우리의 파트너인 Termisk Systemteknik의 전문성 덕을 톡톡히 보았습니다."

"여기 Termisk Systemteknik에서 우리는 열화상 분석을 포함하여 모든 종류의 화상 분석에 삼십 년 이상의 경력을 보유하고 있습니다”라고 Termisk Systemteknik의 CEO Stefan Sjökvist가 말했습니다. "그렇지만 우리도 이 분야는 어려움이 있었고 정확한 결과를 얻기 위해서는 동물 개체마다 특이한 열적 특성을 고려해야 했습니다."

FLIR A310 열화상 카메라

Sjökvist 를 비롯한 연구진은 Linköping 근방 낙농장에서 착유기 옆에 골진 방수 외피 안에 FLIR A310 열화상 카메라를 두 대 설치하였습니다. "열감도 50mK 에 해상도 320 x 240 픽셀인 FLIR A310 열화상 카메라는 이런 목적에 필요한 상세 영상과 열 데이터를 정확히 제공하였습니다"라고 Sjökvist고 설명하였습니다.

이 FLIR A310 열화상 카메라 두 대가 6개월 동안 낙농우 젖통의 열화상을 기록하였습니다. 자동 착유기에 RIFD 칼라를 붙인 식별 장치를 이용하여 낙농우 개체 별 열화상 데이터베이스를 만들었습니다. "이 데이터베이스를 활용하여 소프트웨어로 각 개체 별 정상 열 패턴을 정하였습니다. 현재는 앞서 기록된 데이터와 새로운 값을 비교하여 유방염을 나타내는 열적 이상 유형을 정확히 탐지해 낼 수 있습니다. 또한 데이터베이스가 확장되면 이 자율학습 시스템의 정확도도 개선될 것입니다."

다른 건강 문제 탐지

Sjökvist은 이 시스템을 다른 건강 문제로 확대할 계획이라고 한다. "이 기술은 다른 종류의 염증, 신경 손상, 골격 문제나 부상 같은 다양한 건강 문제를 심지어 동물이 임상 증상을 보이기 전에 탐지해 낼 수 있을 것입니다." 라고 Eieren 이 전했습니다. "현재 우리가 시판하는 제품은 CaDDi 유방염 탐지장치이나, 앞으로 다른 질병 용 모듈이 추가될 것이고 다른 동물 용도 개발될 것입니다. 스웨덴국립수의학연구소 수의사들과 함께 현행 모듈과 차기 모듈의 정확도를 확인하고 있습니다."

열화상 공급자 비교

"개념 개발 초기 단계에 현재 시판되는 열화상 촬영 제품을 비교해 본 결과 FLIR Systems가 공급하는 열화상 솔루션 정도의 성능이 있거나 비용 효율도 그 정도인 제품은 없다는 것을 금세 알게 되었습니다."