KR101278696B1 - Light source control system for plant factory - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물공장에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식물의 성장을 최적화하기 위해 식물공장용 광원을 제어하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 서로 다른 분광분포를 가지며, 재배공간의 식물을 향해서 빛을 조사하는 광원들과, 상기 재배공간에 설치되어 상기 광원들에서 입사된 빛을 반사하는 레퍼런스 반사판과, 상기 레퍼런스 반사판에서 반사된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정하는 카메라를 포함하는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.The present invention relates to a plant factory, and more particularly to a system for controlling a light source for a plant factory to optimize the growth of the plant. According to the present invention, light sources having different spectral distributions and irradiating light toward plants in a cultivation space, a reference reflector installed in the cultivation space to reflect light incident from the light sources, and the reference reflector A light source control system for a plant factory is provided that includes a camera for measuring the ratio of the intensity of each reflected wavelength of light.

Description

식물공장용 광원 제어시스템{Light source control system for plant factory}Light source control system for plant factory

본 발명은 식물공장에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식물의 성장을 최적화하기 위해 식물공장용 광원을 제어하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a plant factory, and more particularly to a system for controlling a light source for a plant factory to optimize the growth of the plant.

식물공장이란 통제된 시설의 내부에 양액 수조 등으로 이루어진 식물 재배상자가 다단으로 배치된 재배공간이 설치되며, 식물 재배상자의 상측에 배치된 인공 광원이 재배상자 내의 식물에 빛을 조사하여 식물을 재배하는 시스템이다. A plant factory is a cultivation space in which plant cultivation boxes consisting of nutrient solution tanks are arranged in multiple stages inside a controlled facility, and an artificial light source disposed above the plant cultivation boxes irradiates light on the plants in the cultivation boxes. It is a cultivation system.

인공 광원으로는 형광등, 백열등, 고압나트륨 조명등 등이 사용되었으며, 최근에는 발광다이오드를 인공 광원으로 사용하고 있다. Fluorescent lamps, incandescent lamps, high pressure sodium lamps, and the like are used as artificial light sources. Recently, light emitting diodes are used as artificial light sources.

등록특허 제10-101973호에는 식물에 생장에 가장 효과적인 분광분포를 가지도록, 백색, 적색 및 청색 발광다이오드를 정해진 비율로 혼합하여 사용하는 방법이 개시되어 있다. Patent No. 10-101973 discloses a method of mixing white, red and blue light emitting diodes in a predetermined ratio so as to have a spectral distribution most effective for plant growth.

또한, 일본공개특허 제1997-262027호에는 식물 재배상자의 상측에 카메라를 설치하고, 촬영한 식물의 이미지를 기초로 재배 식물의 생육 상황을 시각적으로 파악한 후, 이것에 의해 식물의 손질의 필요성이나 수확 시기의 확인을 하는 방법이 개시되어 있다.In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1997-262027 installs a camera on the upper side of a plant cultivation box and visually grasps the growth situation of the cultivated plant based on the image of the photographed plant. A method of confirming harvest time is disclosed.

그러나 종래의 식물공장은 다음과 같은 문제가 있었다. However, the conventional plant factory had the following problems.

식물에 생장에 가장 효과적인 분광분포를 가지도록 백색, 적색 및 청색 발광다이오드를 정해진 비율로 혼합하여 사용하면, 초기에는 원하는 분광분포를 얻을 수 있다. 그러나 발광다이오드는 사용시간이나 주변 온도의 변화에 따라서 조사되는 빛의 분광분포가 변화하기 때문에 시간이 지나면 초기의 분광분포와 다른 분광분포를 가지게 된다. By using a mixture of white, red and blue light emitting diodes in a predetermined ratio so that plants have the most effective spectral distribution, the desired spectral distribution can be obtained initially. However, the light emitting diode has a spectral distribution different from the initial spectral distribution over time because the spectral distribution of the irradiated light changes according to the use time or the change of ambient temperature.

종래의 식물공장의 광원 제어시스템은 이러한 변화를 고려하지 않기 때문에 식물의 생장에 최적화된 분광분포를 유지할 수 없었다.Since the light source control system of the conventional plant factory does not consider such a change, it is not possible to maintain the spectral distribution optimized for plant growth.

또한, 카메라를 통해서 식물의 상태를 시각적으로 확인하는 것은 다음과 같은 이유로 큰 효과를 기대할 수 없었다. 식물의 상태를 시각적으로 확인하기 위해서는 광원의 빛의 분광분포가 일정하여야 한다. 또한, 일반적으로 식물이 자라는 환경인 백색광에 가까운 빛이 식물에 조사된 상태에서의 이미지를 확인할 필요가 있다. 그러나 상술한 바와 같이 발광다이오드는 시간에 따라서 분광분포가 계속 변화하므로 이러한 환경에서 현재 분광분포를 알지 못한 상태로 식물의 상태를 확인하는 것은 의미가 없다. 즉, 실제 식물의 상태가 변화한 것인지 아니면 조사된 빛의 분광분포가 변화한 것인지를 알 수가 없다. 예를 들어, 식물의 이미지가 붉은 색으로 변화한 경우에 식물이 붉은 색으로 변화한 것인지, 광원 중 붉은 색에 해당하는 주파수 영역의 강도가 커진 것인지 알 수 없다. 또한, 일반적으로 식물의 생장에 최적화된 분광분포는 청색과 적색에 해당되는 주파수 영역의 강도가 크며, 식물이 흡수하지 않고, 반사하는 녹색에 해당되는 주파수 영역의 강도는 작다. 따라서 식물공장의 광원 아래에서는 식물이 녹색으로 보이지 않는다. 이로 인해 육안으로 식물의 상태를 확인하는 것이 매우 어렵다.In addition, visually confirming the state of plants through a camera could not be expected to have a great effect for the following reasons. In order to visually check the condition of the plant, the spectral distribution of the light of the light source must be constant. In addition, it is necessary to confirm an image in a state in which light close to white light, which is an environment in which plants generally grow, is irradiated to the plant. However, as described above, since the spectral distribution continuously changes with time, it is not meaningful to check the state of the plant without knowing the current spectral distribution in such an environment. In other words, it is not known whether the actual plant state has changed or the spectral distribution of irradiated light has changed. For example, when the image of the plant is changed to red color, it is not known whether the plant is changed to red color or whether the intensity of the frequency region corresponding to the red color of the light source is increased. Also, in general, the spectral distribution optimized for plant growth has a high intensity in the frequency region corresponding to blue and red, and a low intensity in the frequency region corresponding to green reflecting without the plants absorbing. Therefore, plants do not appear green under the light sources of plant plants. This makes it very difficult to visually check the condition of the plant.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실시간으로 식물에 조사되는 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정한 후 광원을 제어함으로써, 최적화된 분광분포를 유지할 수 있는 식물공장용 광원 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, by measuring the ratio of the intensity of each wavelength region of light irradiated to the plant in real time by controlling the light source, a plant factory light source control system that can maintain an optimized spectral distribution It aims to provide.

또한, 일부 실시예에서는 식물에 조사되는 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정한 후 이를 이용하여 카메라에서 인식된 이미지를 보정함으로써, 백색광 하에서의 식물 이미지와 거의 동일한 식물 이미지를 얻을 수 있는 식물공장용 광원 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, in some embodiments, a plant factory that obtains a plant image almost identical to a plant image under white light by measuring a ratio of intensity for each wavelength region of light irradiated to the plant and then correcting the image recognized by the camera. It is an object to provide a light source control system.

본 발명에 따르면, 서로 다른 분광분포를 가지며, 재배공간의 식물을 향해서 빛을 조사하는 광원들과, 상기 재배공간에 설치되어 상기 광원들에서 입사된 빛을 반사하는 레퍼런스 반사판과, 상기 레퍼런스 반사판에서 반사된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정하는 카메라와, 상기 카메라에서 측정된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 이용하여 상기 광원들에 인가되는 전원을 제어하는 제어기를 포함하는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.According to the present invention, light sources having different spectral distributions and irradiating light toward plants in a cultivation space, a reference reflector installed in the cultivation space to reflect light incident from the light sources, and the reference reflector A light source for a plant factory comprising a camera for measuring the ratio of the intensity of each wavelength region of the reflected light, and a controller for controlling the power applied to the light sources using the ratio of the intensity of the wavelength region of the light measured by the camera. A control system is provided.

또한, 상기 제어기는 상기 카메라에서 측정된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 이용하여, 상기 카메라에서 획득된 재배공간 식물의 이미지를 보정하는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.In addition, the controller is provided with a light source control system for a plant factory using the ratio of the intensity of each wavelength region of light measured by the camera, to correct the image of the cultivated space plants obtained by the camera.

또한, 상기 제어기는 상기 카메라에서 획득된 엽록소 형광이나 적외선 영역의 흡수율변화를 측정하여 식물의 생장 상태나 광합성 기구의 구조 및 기능의 변화를 측정하는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.In addition, the controller is provided with a light source control system for a plant factory for measuring the change in the absorption rate of the chlorophyll fluorescence or infrared region obtained by the camera to measure the growth state of the plant or the structure and function of photosynthetic apparatus.

상기 레퍼런스 반사판은 여러 영역으로 구별되어 있으며, 각각의 영역은 서로 다른 파장영역을 선택적으로 반사하는 컬러필터가 코팅되어 있는 것이 바람직하다. The reference reflector is divided into several regions, and each region is preferably coated with a color filter for selectively reflecting different wavelength regions.

또한, 상기 재배공간의 식물 위에 배치되며, 그 표면에 식물의 이미지가 맺히는 광각 반사판(wide angle reflector)를 더 포함하며, 상기 카메라는 상기 광각 반사판에 맺힌 식물 이미지를 획득하는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.The apparatus may further include a wide angle reflector disposed on a plant in the cultivation space and having an image of a plant formed on a surface thereof, wherein the camera acquires a plant image formed on the wide angle reflector. This is provided.

또한, 상기 광각 반사판은 방사 대칭인 볼록 거울 면을 구비하며, 상기 볼록 거울 면에는 상기 광각 반사판의 아래 원형 영역에 배치된 식물의 이미지가 맺히는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.In addition, the wide-angle reflector is provided with a convex mirror surface that is radially symmetrical, and the convex mirror surface is provided with a light source control system for a plant factory in which an image of a plant disposed in a circular area below the wide-angle reflector is formed.

또한, 상기 광각 반사판의 볼록 거울 면에는 다수의 딤플이 형성되어 있는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.In addition, there is provided a light source control system for a plant factory in which a plurality of dimples are formed on the convex mirror surface of the wide-angle reflector.

또한, 상기 광각 반사판은 서로 다른 영역에 배치된 식물의 이미지가 맺히도록, 서로 다른 각도로 경사진 복수의 거울 면을 구비하는 식물공장용 광원 제어시스템이 제공된다.In addition, the wide-angle reflector is provided with a light source control system for a plant factory having a plurality of mirror surfaces inclined at different angles, so that images of plants disposed in different areas are formed.

본 발명에 따른 식물공장용 광원 제어시스템는 다음과 같은 효과가 있다.The light source control system for a plant factory according to the present invention has the following effects.

실시간으로 식물에 조사되는 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정한 후 광원을 제어하므로, 사용시간이나 주변 온도의 변화에 관계없이 최적화된 분광분포를 유지할 수 있다.Since the light source is controlled after measuring the ratio of the intensity of each wavelength region of the light irradiated to the plant in real time, the optimized spectral distribution can be maintained regardless of the use time or the ambient temperature change.

또한, 일부 실시예에서는 실시간으로 식물에 조사되는 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정한 후 이를 이용해서 식물의 이미지를 보정함으로써, 백색광을 조사하였을 때 얻을 수 있는 식물의 이미지와 거의 동일한 식물 이미지를 얻을 수 있다. 따라서 식물의 생장 상태를 용이하게 파악하여 대응할 수 있다. In addition, in some embodiments, by measuring the ratio of the intensity of each wavelength region of the light irradiated to the plant in real time and using it to calibrate the image of the plant, the plant image almost the same as the image of the plant that can be obtained when irradiated with white light Can be obtained. Therefore, it is possible to easily grasp the growth state of the plant and cope with it.

또한, 일부실시 예에서는 식물의 이미지에서 획득된 장파장의 강도를 비교함으로써 식물의 광합성 기구의 구조 및 기능의 변이를 측정할 수 있다.In addition, in some embodiments, the variation in the structure and function of the photosynthetic apparatus of the plant may be measured by comparing the intensity of the long wavelength obtained in the plant image.

도 1은 본 발명에 따른 식물공장용 광원 제어시스템의 일실시예를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광원의 배열을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 레퍼런스 반사판의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 광각 반사판의 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 광각 반사판의 측면도이다.
도 6과 7은 다른 광각 반사판들의 사시도이다.
도 8은 다른 광각 반사판과 카메라를 나타낸 측면도이다.
도 9는 레퍼런스 반사판의 컬러필터와 카메라의 RGB 필터의 파장영역의 차이를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a block diagram showing an embodiment of a light source control system for a plant factory according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement of a light source illustrated in FIG. 1.
3 is a plan view of the reference reflector shown in FIG. 1.
4 is a plan view of the wide-angle reflector shown in FIG. 1.
FIG. 5 is a side view of the wide-angle reflector shown in FIG. 1.
6 and 7 are perspective views of other wide-angle reflectors.
8 is a side view illustrating another wide-angle reflector and a camera.
9 is a view for explaining the difference between the wavelength region of the color filter of the reference reflector and the RGB filter of the camera.

이하 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 식물공장용 광원 제어시스템의 일실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a light source control system for a plant factory according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, and the like of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 식물공장용 광원 제어시스템의 일실시예는 재배공간(1)의 식물을 향해서 빛을 조사하는 광원(10)들과, 재배공간(1)에 설치되어 광원(10)들에서 입사된 빛을 반사하는 레퍼런스 반사판(20)과, 재배공간(1)의 식물 위에 배치되는 광각 반사판(wide angle reflector)(30)과, 카메라(40)와, 광원(10)들을 제어하는 제어기(미도시)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an embodiment of a light source control system for a plant factory according to the present invention includes light sources 10 for irradiating light toward plants in a cultivation space 1, and a light source installed in the cultivation space 1. A reference reflector 20 reflecting light incident from the sources 10, a wide angle reflector 30 disposed on the plant in the cultivation space 1, a camera 40, and a light source 10. Controller (not shown) to control them.

광원(10)은 어레이 형태의 발광다이오드로서, 백색, 적색, 청색 다이오드가 식물 생장을 위해 최적화된 분광분포를 획득하기 위한 비율로 혼합되어 있다. 최적비율은 식물의 종류나 생장상태에 따라서 차이가 있으나, 적색에 해당되는 파장영역의 강도가 청색에 해당되는 파장영역의 강도의 최소 2배 이상을 유지하는 것이 바람직하다고 알려져 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수개의 발광다이오드를 3열로 배치하되, 양측 열은 적색 발광다이오드, 중심 열은 적색, 청색, 백색의 순으로 반복하여 배치할 수 있다. The light source 10 is an array of light emitting diodes in which white, red, and blue diodes are mixed in proportion to obtain an optimized spectral distribution for plant growth. Although the optimum ratio varies depending on the type of plant and the growth state, it is known that the intensity of the wavelength region corresponding to red is preferably maintained at least twice the intensity of the wavelength region corresponding to blue. For example, as illustrated in FIG. 2, a plurality of light emitting diodes may be arranged in three rows, and both rows may be arranged in the order of red light emitting diodes, and the center row may be arranged in the order of red, blue, and white.

광원(10)은 펄스폭변조(Pulse width modulation, PWM)구동 방식으로 구동되는 것이 바람직하다. 식물은 펄스 빛에 의해서 더 빠른 상장속도를 가진다고 알려져 있기 때문이다. 펄스 빛의 효율이 높은 이유는 명 반응과 암 반응의 가역 반응과 관계가 있다고 알려져 있다.The light source 10 is preferably driven in a pulse width modulation (PWM) driving scheme. This is because plants are known to have a faster listing rate by pulsed light. The reason for the high efficiency of pulsed light is known to be related to the reversible reaction of light and dark reactions.

레퍼런스 반사판(20)은 재배공간(1)의 식물들 사이에 배치되어, 광원(10)에 의한 빛을 반사한다. 도 3을 참고하면, 반사판은 다수의 영역으로 구분되어 있으며, 각각의 영역은 서로 다른 파장영역을 선택적으로 반사하는 컬러필터가 코팅되어 있다. 컬러필터는 파장영역을 선택적으로 반사하는 물질을 증착하는 방법으로 코팅할 수 있다. 예를 들어 450±10㎚의 파장영역의 파장만 반사하는 청색 컬러필터와 655±10㎚의 파장영역의 파장만 반사하는 적색 컬러필터를 코팅한 반사판을 이용하면, 해당하는 파장영역의 강도를 알 수 있으며, 이로부터 청색 발광다이오드와 적색 발광다이오드에서 조사되는 빛의 강도를 알 수 있다. 이들의 비율이 최적화된 분광분포를 획득하기 위한 초기 비율에서 벗어난 것이 확인되면, 광원(10)을 제어하여 다시 최적화된 분광분포를 얻을 수 있다.The reference reflector 20 is disposed between the plants of the cultivation space 1 to reflect light by the light source 10. Referring to FIG. 3, the reflector is divided into a plurality of regions, and each region is coated with a color filter for selectively reflecting different wavelength regions. The color filter may be coated by depositing a material that selectively reflects the wavelength region. For example, using a reflector coated with a blue color filter reflecting only a wavelength in the wavelength range of 450 ± 10 nm and a red color filter reflecting only a wavelength in the wavelength range of 655 ± 10 nm, the intensity of the corresponding wavelength range is known. From this, the intensity of light emitted from the blue light emitting diodes and the red light emitting diodes can be known. When it is confirmed that these ratios deviate from the initial ratio for obtaining the optimized spectral distribution, the optimized spectral distribution can be obtained by controlling the light source 10 again.

광각 반사판(wide angle reflector)(30)은 카메라(40)를 통해서 이미지를 획득할 수 있는 재배공간(1)의 범위를 넓히기 위한 것으로서, 재배공간(1)의 상부에 배치된다. 식물공장의 한정된 공간 안에서 최대한 많은 식물을 재배해야 하므로 재배공간(1)은 여러 층으로 이루어져 있으며, 각 층의 높이는 50㎝정도로 매우 낮다. 식물의 높이까지 고려하면, 식물 위에 카메라(40)를 배치하여 이미지를 획득할 수 있는 영역은 매우 좁다. The wide angle reflector 30 is for widening the range of the cultivation space 1 from which the image can be acquired through the camera 40, and is disposed above the cultivation space 1. Since as many plants must be cultivated within the limited space of the plant factory, the cultivation space (1) consists of several layers, and the height of each layer is very low, about 50 cm. Considering the height of the plant, the area where the camera 40 can be placed on the plant to acquire an image is very narrow.

도 4와 5를 참고하면, 광각 반사판(30)의 표면은 방사 대칭(radial symmetry)인 볼록 거울 면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 표면에는 광각 반사판(30)의 아래에 위치하는 넓은 원형 영역의 식물의 이미지가 맺힌다. 크리스마스 장식품 중 반짝이는 볼의 표면에 이미지가 맺히는 현상과 유사한 현상이다. 카메라(40)는 광각 반사판(30)의 아래에 배치되어, 광각 반사판에 맺힌 식물의 이미지를 촬영한다. 광각 반사판에 맺힌 식물의 이미지는 왜곡이 되어 있어서, 실제 육안으로 관찰하는 식물의 형태로 변환하기 위해서는 보정이 필요하다. 4 and 5, the surface of the wide-angle reflector 30 is a convex mirror surface that is radial symmetry. As shown in FIG. 4, the surface bears an image of a plant of a large circular area located under the wide-angle reflector 30. This is similar to the phenomenon of image formation on the surface of shiny balls among Christmas ornaments. The camera 40 is disposed below the wide-angle reflector 30 to capture an image of a plant formed on the wide-angle reflector. The image of the plant formed on the wide-angle reflector is distorted and needs to be corrected in order to convert it into the form of the plant actually observed by the naked eye.

도 6과 7은 광각 반사판의 다른 예를 나타낸 도면들이다. 도 6에 도시된 바와 같이 광각 반사판(31)의 표면에 골프공의 표면처럼 딤플(32)을 형성하거나, 도 7에 도시된 바와 같이 서로 다른 영역에 배치되어 있는 식물의 이미지가 맺히도록 다른 각도로 경사진 여러 개의 거울 면들이 결합한 광각 반사판(33)을 사용할 수 있다. 가장자리에 배치된 경사각도가 큰 거울 면에는 중심부에서 멀리 떨어져 있는 영역에 배치되어 있는 식물의 이미지가 맺히며, 중심부에 배치된 경사각도가 작은 거울 면에는 중심부에 배치되어 있는 식물의 이미지가 맺힌다.6 and 7 illustrate another example of the wide-angle reflector. As shown in FIG. 6, the dimples 32 are formed on the surface of the wide-angle reflector 31 as the surface of the golf ball, or different angles are formed to form images of plants arranged in different regions as shown in FIG. 7. It is possible to use a wide-angle reflector 33 is a combination of several inclined mirror surfaces. On the mirror surface with a large inclination angle disposed at the edge, an image of a plant disposed in an area far from the center is formed. On the mirror surface with a small inclination angle arranged at the center, an image of a plant disposed in the center is formed.

또한, 도 8과 같이 경사진 여러 개의 거울 면들이 결합한 광각 반사판(34)을 설치하고, 측면에 광각 반사판(34)을 향하도록 카메라(40)를 배치하여 식물의 이미지를 촬영할 수도 있다. Also, as shown in FIG. 8, a wide angle reflector 34 having a plurality of inclined mirror surfaces may be installed, and a camera 40 may be disposed on the side to face the wide angle reflector 34 to photograph an image of a plant.

카메라(40)는 CCD(charged coupled device) 또는 CMOS(complementary metal semiconductor) 수광소자를 이용하며, R(red), G(green), B(blue) 필터가 수광소자 전단에 부착되어 R, G, B의 빛의 양을 측정하는 장치이다. 본 발명에 있어서는 광각 반사판(30)의 표면에 맺힌 식물의 이미지를 획득하는 역할과, 레퍼런스 반사판(20)에서 반사된 빛의 분광분포를 측정하는 역할, 장파장 빛의 강도 변화를 측정하는 역할을 한다. The camera 40 uses a charged coupled device (CCD) or a complementary metal semiconductor (CMOS) light-receiving element, and R (red), G (green), and B (blue) filters are attached to the front of the light-receiving element, and thus R, G, A device for measuring the amount of light in B. In the present invention, the role of acquiring an image of the plant formed on the surface of the wide-angle reflector 30, the role of measuring the spectral distribution of the light reflected from the reference reflector 20, and serves to measure the intensity change of the long wavelength light. .

광원(10)에서 입사된 빛은 레퍼런스 반사판(20)에 의해서 특정한 파장영역에 해당되는 빛이 선택적으로 반사된 후 광각 반사판(30)에 반사되어 카메라(40)의 R, G, B 필터를 통과한 후 수광소자에 입사된다. 그리고 수광소자에 의해서 입사된 빛의 파장영역 별 강도가 측정된다. 예를 들어, 450±10㎚의 파장영역의 파장만 반사하는 청색 컬러필터에서 반사된 빛은 카메라(40)의 B 필터를 통과하여 측정되며, 655±10㎚의 파장영역의 파장만 반사하는 적색 컬러필터에서 반사된 빛은 카메라(40)의 R 필터를 통과하여 측정된다. The light incident from the light source 10 is selectively reflected by the reference reflector 20 to light corresponding to a specific wavelength region and then reflected by the wide-angle reflector 30 to pass through the R, G, and B filters of the camera 40. It is then incident on the light receiving element. The intensity of each wavelength region of light incident by the light receiving element is measured. For example, the light reflected by the blue color filter reflecting only the wavelength in the wavelength range of 450 ± 10 nm is measured through the B filter of the camera 40, and the red reflects only the wavelength in the wavelength range of 655 ± 10 nm. Light reflected from the color filter is measured through the R filter of the camera 40.

도 9를 참고하여, 레퍼런스 반사판(20)의 컬러필터와 카메라(40)의 RGB 필터는 반사 또는 통과할 수 있는 파장영역의 범위의 차이를 설명한다. 도 9의 (a)는 카메라(40)의 청색필터 (b)는 반사판의 청색 컬러필터의 파장영역을 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이 반사판의 청색 컬러필터는 450±10㎚의 파장영역만을 반사시키나, 카메라(40)의 청색 필터는 400 ~ 550㎚의 파장영역을 통과시킨다. 따라서 레퍼런스 반사판(20)에 컬러필터를 부착함으로써, 측정하고자 하는 파장영역의 강도를 좀 더 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 레퍼런스 반사판(20)을 사용하지 않으면, 400 ~ 550㎚의 파장영역의 빛은 카메라(40)에서 모두 청색으로 인식되나, 레퍼런스 반사판(20)을 사용하면, 측정하고자 하는 450±10㎚ 파장영역의 빛만 청색으로 인식된다. Referring to FIG. 9, the difference between the color filter of the reference reflector 20 and the RGB filter of the camera 40 is a range of wavelength ranges that can be reflected or passed. 9A illustrates a wavelength region of the blue color filter of the reflecting plate. As shown in FIG. 9, the blue color filter of the reflector reflects only a wavelength range of 450 ± 10 nm, but the blue filter of the camera 40 passes a wavelength range of 400 to 550 nm. Therefore, by attaching the color filter to the reference reflector 20, the intensity of the wavelength region to be measured can be measured more accurately. That is, when the reference reflector 20 is not used, all light in the wavelength region of 400 to 550 nm is recognized by the camera 40 as blue, but when the reference reflector 20 is used, the wavelength of 450 ± 10 nm to be measured Only the light in the area is recognized as blue.

카메라(40)에서 획득한 식물의 이미지는 태양광, 백색광 하에서 식물을 촬영할 때 얻을 수 있는 이미지와는 색상에 있어서 큰 차이가 있다. 식물이 녹색으로 보이는 이유는 식물이 청색 광과 적색 광을 흡수하고, 녹색 광은 반사하기 때문이다. 식물공장에서는 식물의 생장에 사용되지 않아서 불필요한 녹색 광은 최소로 하고, 식물의 생장에 필요한 청색 광과 적색 광만을 조사한다. 따라서 식물공장의 카메라(40)에서 획득한 식물의 색상은 진한 녹색이 아닌, 청색이나 적색 일 수 있으며, 광원(10)에서 조사되는 빛의 분광분포가 변화하면 이에 따라서 변화한다. The image of the plant obtained by the camera 40 has a big difference in color from the image obtained when the plant is taken under sunlight or white light. The reason the plant looks green is because the plant absorbs blue and red light and reflects green light. Plant plants are not used for plant growth, so the unnecessary green light is minimized, and only the blue and red light required for plant growth are irradiated. Therefore, the color of the plant obtained by the camera 40 of the plant factory may be blue or red, not dark green, and changes according to the spectral distribution of light emitted from the light source 10.

따라서 카메라(40)에서 획득한 식물의 이미지를 통해서 식물의 생장 상태를 파악하기 위해서는 식물의 이미지를 광원(10)에서 조사되는 빛의 분광분포를 고려해서 보정하여야 한다. Therefore, in order to determine the growth state of the plant through the image of the plant obtained from the camera 40, the image of the plant should be corrected in consideration of the spectral distribution of light emitted from the light source 10.

제어부는 카메라(40)에서 측정된 파장영역별 빛의 강도 데이터를 이용하여 현재 재배공간(1)에 조사되고 있는 빛의 분광분포를 계산하여, 광원(10)의 백색, 적색, 청색 발광다이오드의 일부를 전원을 차단, 공급하거나, 전원이 공급되는 시간을 조절하여 식물의 생장에 최적화된 분광분포의 빛이 재배공간(1)에 조사되도록 한다. The control unit calculates the spectral distribution of light currently being irradiated to the cultivation space 1 by using the light intensity data of each wavelength region measured by the camera 40, and determines the white, red, and blue light emitting diodes of the light source 10. Some of the power is cut off or supplied, or the time for which the power is supplied is adjusted so that light of the spectral distribution optimized for plant growth is irradiated to the cultivation space (1).

또한, 조사되고 있는 빛의 파장 영역별 강도의 비를 이용해서 획득한 식물의 이미지를 백색광이 조사될 때의 이미지로 보정하는 역할을 한다. 보정하는 방법을 예를 들면 다음과 같다. 측정 대상물이 백색이고, 광원(10)에 의한 입사광이 R:G:B = 8:1:3의 비율로 조사되고, 카메라(40)에서 획득된 이미지는 R:G:B = 4:0.5:1.5로 측정되었다면, 측정 대상물은 적색으로 인식된다. 그러나 입사광의 비율인 R:G:B = 8:1:3을 적용하여 입사광이 백색광인 경우로 보정하면, R:G:B = 0.5:0.5:0.5인 백색의 측정 대상물의 이미지를 얻게 된다. 이러한 보정을 통해서 식물의 백색광에서의 이미지를 얻을 수 있다. 이하에서는 이러한 백색광 하에서의 이미지를 실감 이미지라고 한다. In addition, the image of the plant obtained by using the ratio of the intensity of each wavelength region of the light being irradiated serves to correct the image when the white light is irradiated. For example, the correction method is as follows. The object to be measured is white, the incident light by the light source 10 is irradiated at a ratio of R: G: B = 8: 1: 3, and the image obtained by the camera 40 is R: G: B = 4: 0.5: If measured at 1.5, the measurement object is recognized as red. However, when the incident light is white light by applying the ratio of incident light R: G: B = 8: 1: 3, an image of a white measurement object having R: G: B = 0.5: 0.5: 0.5 is obtained. This correction gives us an image of the plant's white light. Hereinafter, the image under such white light is called a sensory image.

이렇게 획득한 실감 이미지를 통해서 식물의 생장 상태를 실시간으로 시각적으로 판단하여, 손질의 필요성이나 수확 시기의 확인 등을 재배영역에 들어가지 않고도 용이하게 확인할 수 있으며, 광원(10)에서 입사되는 빛의 분광분포를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 식물의 성장 초기단계에는 적색 광이 많이 포함되는 광을 조사하여, 식물체를 신장시키고, 성숙기에는 적색 광을 적게 포함하는 광으로 전환하는 방법으로 수확 시기를 빠르게 할 수 있다. 또한, 성장 도중에 잎의 색상이 녹색에서 적색으로 변화하는 식물의 경우, 실감 이미지를 통해서 색상의 변화가 확인되면, 적색 광의 조사량을 줄일 수 있다. 특히, 다품종을 재배하거나 수확 시기가 다른 작물을 동시에 재배하는 경우엔 유효하다.By visually judging the growth state of the plant in real time through the sensory image obtained in this way, it is possible to easily check the necessity of the care or the confirmation of the harvest time without entering the cultivation area, the light incident from the light source 10 You can change the spectral distribution. For example, in the early stages of growth of the plant, the harvesting time can be accelerated by irradiating light containing a lot of red light, extending the plant, and converting it into light containing less red light in the mature stage. In addition, in the case of a plant in which the color of the leaf changes from green to red during growth, when the change of color is confirmed through the sensory image, the dose of red light may be reduced. In particular, it is effective when growing multiple varieties or cultivating crops with different harvest times at the same time.

또한, 제어부는 카메라(40)에서 획득된 입사광의 파장 영역별 강도의 비 데이터 중에서 장파장의 강도, 즉, 레퍼런스 반사판(20)에서 반사된 입사광 중 장파장의 강도와 식물의 이미지에서 획득된 엽록소 형광이나 장파장의 강도를 비교함으로써 식물의 생장 상태를 확인할 수 있다. 예를 들면, 엽록소에서 방출되는 형광은 광합성 초기 광화학반응에 사용되지 못한 빛에너지의 일부가 다시 빛으로 방출되는 것이다. 이와 같이 버려지는 에너지로서 형광은 식물에는 쓸모가 없으나 광화학 반응이 감소하면 형광이 증가하며 반대의 경우에는 감소하는 상보적인 양상을 보이므로, 형광의 측정 및 분석을 통하거나 장파장(810~830㎚)의 흡수율을 측정하여 광합성 기구의 구조 및 기능의 변화를 민감하게 알 수 있다. 단, 카메라(40)에는 RGB필터가 장착되어 있어, 원칙적으로 장파장의 빛이 차단되어야 하나, 실제로는 완벽하게 차단되지 않는다. 또한, 필요한 경우에는 일부 수광소자에는 투명한 윈도우(clear window)를 장착하여 장파장의 빛이 통과하도록 할 수도 있다.In addition, the controller may control the long-wavelength intensity, that is, the intensity of the long-wavelength of the incident light reflected by the reference reflector 20 and the chlorophyll fluorescence obtained from the plant image, among the ratio data of the intensity of each wavelength region of the incident light acquired by the camera 40. By comparing the intensity of the long wavelength, the growth state of the plant can be confirmed. For example, fluorescence emitted from chlorophyll is the release of some of the light energy that was not used in the initial photosynthesis of photosynthesis into light. Fluorescence, as discarded energy, is useless for plants, but the fluorescence increases when the photochemical reaction decreases, and decreases in the opposite case. Therefore, the fluorescence is measured through the measurement and analysis of fluorescence or long wavelength (810-830 nm). By measuring the rate of absorption, the structure and function of the photosynthetic apparatus can be sensitively known. However, the camera 40 is equipped with an RGB filter, in principle, the light of the long wavelength should be blocked, but in reality it is not completely blocked. In addition, if necessary, some light receiving devices may be equipped with a transparent window to allow long-wavelength light to pass through.

또한, 제어부는 광각 반사판(30)에 의해서 왜곡된 이미지를 처리하여 육안으로 식물을 관찰하는 것과 마찬가지의 자연스러운 이미지로 변경하는 기능도 수행할 수 있다. In addition, the controller may perform a function of processing the distorted image by the wide-angle reflector 30 and changing it to a natural image similar to observing a plant with the naked eye.

이하, 상술한 식물공장용 광원 제어시스템의 작용에 대해서 설명한다. 광원(10)을 이루는 백색, 적색, 청색 발광다이오드를 일정한 비율로 배치하여, 최적의 분광분포를 나타내는 빛을 식물에 조사한다. Hereinafter, the operation of the above-described light source control system for a plant factory will be described. White, red, and blue light emitting diodes constituting the light source 10 are arranged at a constant ratio, and the plant is irradiated with light showing an optimal spectral distribution.

조사된 빛은 식물과 레퍼런스 반사판(20)에 반사된 후 광각 반사판(30)에 다시 반사되어 광각 반사판(30)의 하부에 배치된 카메라(40)에 입사된다. 이때, 광량을 알고 있는 교정광원을 레퍼런스 반사판(20)에 조사한 후 이를 반사된 빛의 광량을 카메라(40)로 측정하여 교정을 하고, 이후 실제 입사되는 광량과 레퍼런스 반사판(20) 및 광각 반사판(30)에 반사된 빛의 광량을 비교하고, 이를 제어부에 입력하여 광원(10) 제어에 활용한다.The irradiated light is reflected on the plant and the reference reflector 20, and then reflected back to the wide-angle reflector 30 and incident on the camera 40 disposed under the wide-angle reflector 30. At this time, the calibration light source knowing the amount of light is irradiated to the reference reflector 20, and then the amount of reflected light is measured by the camera 40 to calibrate, and then the amount of light actually incident and the reference reflector 20 and the wide-angle reflector ( The amount of light reflected by 30 is compared and input to the control unit to be used for controlling the light source 10.

카메라(40)는 레퍼런스 반사판(20)에서 반사되어 입사된 빛의 파장별 강도를 측정하여 제어부에 전송한다. 예를 들어, 최적의 분광분포를 나타내는 빛이 조사되어 있을 때, 450±10㎚ 파장영역의 강도와 655±10㎚ 파장영역의 강도의 비가 1:2였다면, 이 비율이 유지되는지 여부를 제어부에서 계속 판단한다. 발광다이오드의 온도가 증가하여 전체적인 광량이 줄어들거나, 655±10㎚ 파장영역의 강도가 약해져 비율이 변화하면, 광원(10)의 발광다이오드를 제어하여 광량과 비율을 유지한다. The camera 40 measures the intensity of each wavelength of the light reflected by the reference reflector 20 and transmits it to the controller. For example, if the ratio of the intensity in the 450 ± 10 nm wavelength region and the intensity in the 655 ± 10 nm wavelength region is 1: 2 when light showing the optimal spectral distribution is irradiated, the controller controls whether the ratio is maintained. Continue to judge. When the temperature of the light emitting diode increases, the overall amount of light decreases, or when the intensity of the 655 ± 10 nm wavelength region decreases and the ratio changes, the light emitting diode of the light source 10 is controlled to maintain the light quantity and the ratio.

또한, 카메라(40)는 식물의 영상을 획득한 후 이를 제어부에 전송한다. 제어부는 광각 반사판(30)에 의한 형상의 왜곡과 입사광의 파장 영역별 강도의 비에 따른 색상의 변화를 보정하여 실감 이미지를 얻는다. 식물공장의 관리자는 제어부에 연결된 디스플레이를 통해서 실감 이미지를 확인하면서, 식물의 생장 상태를 확인할 수 있으며, 필요한 조치를 취할 수 있다. In addition, the camera 40 obtains an image of the plant and transmits it to the controller. The controller obtains a sensory image by correcting the color change according to the distortion of the shape by the wide-angle reflector 30 and the ratio of the intensity of each wavelength region of the incident light. The manager of the plant factory can check the growth state of the plant through the display connected to the control unit, and can check the growth state of the plant and take necessary measures.

또한, 카메라(40)는 장파장의 빛의 강도 데이터를 제어부에 전송하며, 제어부에서는 실감 이미지뿐 아니라 장파장 빛의 강도 변화를 통해서도 식물의 생장 상태를 확인할 수 있다. In addition, the camera 40 transmits the light intensity data of the long wavelength to the controller, and the controller may check the growth state of the plant not only through the sensational image but also through the change of the intensity of the long wavelength light.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

예를 들어, 레퍼런스 반사판은 특정 파장을 선택적으로 반사하는 다수의 영역으로 구분되어 있는 것으로 설명하였으나, 하나의 영역으로 이루어질 수도 있다. For example, although the reference reflector has been described as being divided into a plurality of regions selectively reflecting specific wavelengths, the reference reflector may be formed as one region.

또한, 컬러필터를 반사판에 직접 코팅하지 않고, 컬러필터를 반사판에 부착하는 방법으로 레퍼런스 반사판을 제조할 수도 있다.In addition, the reference reflector may be manufactured by attaching the color filter to the reflector without directly coating the color filter on the reflector.

또한, 카메라는 광각 반사판의 아래에 배치되는 것으로 설명하였으나, 광각 반사판의 측면에 배치될 수도 있다.In addition, the camera is described as being disposed under the wide-angle reflector, but may be disposed on the side of the wide-angle reflector.

10: 광원 20: 레퍼런스 반사판
30, 31, 33: 광각 반사판 40: 카메라10: light source 20: reference reflector
30, 31, 33: wide-angle reflector 40: camera

Claims (8)

서로 다른 분광분포를 가지며, 재배공간의 식물을 향해서 빛을 조사하는 광원들과,
상기 재배공간에 설치되어 상기 광원들에서 입사된 빛을 반사하는 레퍼런스 반사판과,
상기 레퍼런스 반사판에서 반사된 빛의 경로 상에 설치되며, 상기 레퍼런스 반사판에서 반사된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 측정하는 카메라와,
상기 카메라에서 측정된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 이용하여 상기 광원들을 제어하는 제어기를 포함하는 식물공장용 광원 제어시스템.Light sources having different spectral distributions and irradiating light toward plants in the growing space,
A reference reflector installed in the cultivation space and reflecting light incident from the light sources;
A camera installed on a path of light reflected by the reference reflector and measuring a ratio of intensity of each wavelength region of light reflected by the reference reflector;
And a controller for controlling the light sources using a ratio of the intensity of each wavelength region of the light measured by the camera. 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 카메라에서 측정된 빛의 파장 영역별 강도의 비를 이용하여, 상기 카메라에서 획득된 재배공간 식물의 이미지를 보정하는 식물공장용 광원 제어시스템.The method of claim 1,
And the controller corrects an image of a cultivation plant obtained by the camera by using a ratio of intensity of each wavelength region of light measured by the camera. 제2항에 있어서,
상기 제어기는 상기 카메라에서 획득된 엽록소 형광 또는 적외선 영역의 흡수율변화를 측정하여 식물의 생장 상태나 광합성 기구의 구조 및 기능의 변화를 측정하는 식물공장용 광원 제어시스템.The method of claim 2,
The controller is a light source control system for a plant factory to measure the change in absorption rate of the chlorophyll fluorescence or infrared region obtained by the camera to measure the growth state of plants or the structure and function of photosynthetic apparatus. 제1항에 있어서,
상기 레퍼런스 반사판은 여러 영역으로 구별되어 있으며, 각각의 영역은 서로 다른 파장영역을 선택적으로 반사하는 컬러필터가 코팅되어 있는 식물공장용 광원 제어시스템.The method of claim 1,
The reference reflector is divided into several regions, each region is a light source control system for a plant factory coated with a color filter for selectively reflecting different wavelength regions. 제1항에 있어서,
상기 재배공간의 식물 위에 배치되며, 그 표면에 식물의 이미지가 맺히는 광각 반사판(wide angle reflector)를 더 포함하며, 상기 카메라는 상기 광각 반사판에 맺힌 식물 이미지를 획득하는 식물공장용 광원 제어시스템.The method of claim 1,
And a wide angle reflector disposed on the plant in the cultivation space and having an image of the plant formed on the surface thereof, wherein the camera acquires a plant image formed on the wide angle reflector. 제5항에 있어서,
상기 광각 반사판은 방사 대칭인 볼록 거울 면을 구비하며, 상기 볼록 거울 면에는 상기 광각 반사판의 아래 원형 영역에 배치된 식물의 이미지가 맺히는 식물공장용 광원 제어시스템.The method of claim 5,
And the wide-angle reflecting plate has a convex mirror surface that is radially symmetrical, wherein the convex mirror surface bears an image of a plant disposed in a circular area below the wide-angle reflecting plate. 제6항에 있어서,
상기 광각 반사판의 볼록 거울 면에는 다수의 딤플이 형성되어 있는 식물공장용 광원 제어시스템.The method according to claim 6,
And a plurality of dimples are formed on the convex mirror surface of the wide-angle reflector. 제5항에 있어서,
상기 광각 반사판은 서로 다른 영역에 배치된 식물의 이미지가 맺히도록, 서로 다른 각도로 경사진 복수의 거울 면을 구비하는 식물공장용 광원 제어시스템.The method of claim 5,
The wide-angle reflector is a light source control system for a plant factory having a plurality of mirror surfaces inclined at different angles, so that the image of the plant disposed in different areas.
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