KR101752313B1 - L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 빔 관통 객체가 격자 형상으로 인접 격자 간 정형화된 설정 간격에 따라 구성한 빔 모듈을 구비하고, 작물체로 빔을 발생, 송출하는 빔(beam) 모듈부, 상기 작물체 이미지를 촬영하고, 상기 촬영된 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 설정 작물체 구성 요소의 수치를 산출하는 이미지 센싱부, 상기 작물체 절간장(마디) 길이(SnL) 기반의 [식 1]([식 1] : 초장 = SnL1 + SnL2, ... , SnLN-1, SnLN)로 초장을 산출하고, 작물체의 각 절간장(마디) 경경을 합산하여 총 경경을 산출해서 절간장 수로 나누어 작물체 평균 경경을 산출하는 산출모듈, 상기 산출된 평균 경경을 2등분하고 제곱하여 파이를 승산하여 줄기부피를 산출하고, 상기 엽의 두께와 엽면적을 승산하여 엽부피를 산출하며, 상기 산출된 엽부피와 줄기부피의 값을 승산하여 생육량 정보를 획득하는 생육량 산출모듈 및, 상기 각 부를 제어하고, 상기 생육량 산출모듈의 생육량 정보를 제공 처리하는 제어부를 포함하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템에 관한 것으로, 작물체의 엽장, 엽폭 및 경경 등의 측정 데이터를 활용하여 작물의 생육량을 분석하고, 그리고, 그 작물의 경경 분석은 작물의 생육 상태 파악에 지속적인 역할과 관리에 과학적 영농방법을 제시한다.
Description
본 발명은 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지를 센싱하여 작물의 생육을 조사하는 방식은 재배자가 자로 재거나 육안으로 확인하는 방법의 경험적이고, 비주기적이며, 파괴적인 비과학적 기존의 조사방식에서 주기적이며, 과학적인 생육상태의 센싱으로 작물의 재배 상태를 건전하게 관리하여 생산성의 안정과 향상을 도모하고. 병해충 예방을 하고자 하는 것이다.
특히, 파괴적 조사 방식은 생산성의 연속성에 문제가 발생하며, 조사자의 주관적 관점에서의 생육조사에 따른 오차가 발생한다. 또한, 조사자의 기록에 의한 데이터는 지속적 관리에 문제가 발생할 수 있으며, 과학적 생육 특성 분석에 난제가 되고 있다
재배자가 자로 재거나 육안으로 판단되는 데이터를 통하여 영양생장 또는 생식 생장을 판단하는 방식을 알고리즘화하여 저장하고 기록화 하여 과학적 데이터로 활용이 필요하다.
따라서, 본 발명은 이미지를 활용하여 작물의 생육상태를 센싱하여 생육상태 분석에 필요한 작물체 엽장, 엽폭, 초장, 경경 측정 등을 데이터를 측정하고 생육상태의 분석과 영양생장 또는 생식생장 및 생리적 장해 상태를 진단하여, 작물의 생장 환경을 개선하고 생육과 생산성 및 품질에 영향하는 생리장해, 병해충 등을 예측하여 대응할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 과채류는 영양생장과 생식생장이 동시에 진행되기 때문에 생장상을 진단하고, 환경제어를 통하여 균형을 맞추는 것이 매우 중요하다.
또한, 작물의 과도한 영양생장 상태는 큰 잎과 두꺼운 줄기, 강한 줄기를 가지며 꽃의 크기가 적고, 과실 착과가 어려워지거나 착과수가 크게 감소하며, 과도한 생식생장 상태는 작은 잎, 얇은 줄기, 약한 줄기, 많은 꽃을 가지며 착과수가 많아져 과실 중량이 감소하게 된다.
따라서, 작물의 지속적인 생산을 유지하기 위해서는 영양생장/생식생장의 균형을 유지해야 하며, 작물의 생육 상태에는 광, 온도, 이산화탄소, 수분/습도, 공기 유동량 등이 지상환경과 근권 수분량, 염류농도 및 토양산도 등이 단독 또는 복합적으로 영향을 미치고, 이를 최적의 관리상태를 유지하기 위해서는 주기적으로 작물체 생육상태를 측정하여 분석과 진단이 필요하다.
L-system(엘 시스템, Lindenmayer system)은 형식문법의 일종으로서, 식물의 성장 프로세스를 기초로 한 다양한 자연물의 구조를 기술하거나 표현을 가능케 하는 알고리즘이다. L-system은 1968년, 네덜란드 위트레흐트 대학교 대학의 이론생물학자이자 식물학자였던 아리스티드 린덴마이어(Aristid Lindenmayer)에 의해 제창되어 발전되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 작물체의 생육을 파악하기 위하여 엽장(엽의 길이), 엽폭, 경경 등을 측정하고, 이를 기준으로 생육상태를 진단하며 주기적인 센싱과 센싱된 데이터의 기록 관리를 통한 통계적 데이터 관리에 의한 작물의 관리가 필요하며, 비파괴적 생육조사와 이미지 기반 센싱 데이터를 활용하여 작물의 엽의 길이, 또는 폭을 측정하는데 있어서 기준으로 활용할 수 있도록 하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템은,
다수의 빔 관통 객체가 격자 형상으로 인접 격자 간 정형화된 설정 간격에 따라 구성한 빔 모듈을 구비하고, 작물체로 빔을 발생, 송출하는 빔(beam) 모듈부, 상기 작물체 이미지를 촬영하는 이미지 센싱부 및, 상기 각 부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작과 상기 이미지 센싱부의 작물체 이미지 촬영 동작을 각기 제어하여, 상기 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상을 수집하고, 상기 수집된 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 상기 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 작물체 기관의 생육수치를 산출하여, 상기 산출된 상기 작물체 기관의 생육수치를 기반으로 엽 부피와 줄기 부피를 산출해서 상기 엽 부피와 줄기 부피를 승산하여 생육량 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 수집된 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 상기 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 작물체 기관의 생육수치를 제1 산출하고, 상기 작물체 절간장(마디) 길이(SnL) 기반의 [식 1]([식 1] : 초장 = SnL1 + SnL2, ... , SnLN-1, SnLN)로 초장을 제2 산출하며, 상기 작물체의 각 절간장(마디) 경경을 합산하여 총 경경을 산출해서 절간장 수로 나누어 상기 작물체 평균 경경을 제3 산출하고, 상기 산출된 평균 경경을 2등분하고 제곱하여 파이를 승산해서 줄기 부피를 제4 산출하며, 상기 엽의 두께와 엽면적을 승산하여 엽 부피를 제5 산출하고, 상기 산출된 엽 부피와 줄기 부피의 값을 승산하여 생육량 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는 상기 획득된 생육량 정보와 설정 기준 생육량 정보를 비교하여, 상기 비교 결과, 상기 획득된 생육량이 설정 기준 생육량 이상인 경우 정상 생육 상태로 판별하고, 상기 비교 결과, 상기 획득된 생육량이 설정 기준 생육량 미만인 경우 이상 생육 상태로 판별하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 빔 모듈부의 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 등록하고, 상기 입력된 격자 형상의 척도 기준 영상 내 설정 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 기반으로, 상기 작물체 기관의 생육수치를 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는 하기의 추정 회귀식(1, 2, 3) 중 어느 하나 이상의 추정 회귀식을 사용하여 엽면적과 엽형지수를 산출하고, 1. LA = 제1 기준 엽장추정 회귀계수 × 엽장, 2. LA = 제2 기준 엽폭추정 회귀계수 × 엽폭, 3. LA = 제3 기준 추정 회귀계수 × 엽장과 엽폭을 승산하여 나온 결과 값. 상기 작물체 전체 엽면적은 산출식(1) "1 = LA1 + LA2 + , ... , LAN"로 산출하고, 상기 작물체 전체 엽형 지수는 산출식(2) "2 = (작물체 전체 엽면적) × 작물체 수/재배면적"으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부의 제어하에, 상기 생육량 산출모듈의 생육량 정보를 원격지의 관리자 단말기로 전달하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 L 시스템과 이미지 및 빔척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템을 기반으로, 이미지센싱(카메라) 데이터를 활용하여 작물체의 엽장, 엽폭 및 경경 등을 센싱할 때, 이미지만 가지고는 길이, 폭 등의 데이터의 정확도를 알 수가 없어서, 이미지 센싱을 통하여 얻어진 데이터에 대한 정확도를 제공하기 위해 정해진 빔의 간격을 활용해서 이미지 센싱시 그 값의 정확도를 구한다.
그리고, 작물체의 엽장, 엽폭 및 경경 등의 측정 데이터를 활용하여 작물의 생육량을 분석하고, 그리고, 그 작물의 경경 분석은 작물의 생육 상태 파악에 지속적인 역할과 관리에 과학적 영농방법을 제시한다.
또한, 작물의 과도한 영양생장 상태는 큰 잎과 두꺼운 줄기, 강한 줄기를 가지며 꽃의 크기가 적고, 과실 착과가 어려워지거나 착과수가 크게 감소하며, 과도한 생식생장 상태는 작은 잎, 얇은 줄기, 약한 줄기, 많은 꽃을 가지며 착과수가 많아져 과실 중량이 감소하게 되는 상태를 사전 예방하고, 생리적 장해가 발생하지 않도록 하여 영양생장/생식생장의 균형을 유지하도록 하고, 작물의 지속적인 생산이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템의 구성을 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 이미지 측정 동작을 순서대로 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센싱을 동작을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 빔 척도 방법을 순서대로 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 빔 척도에 의한 엽장 엽폭 산출 예를 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 빔을 활용한 이미지 센싱 예를 도시한 도면
도 7은 본 발명에 따른 초장, 평균 경경 산출 동작을 순서대로 도시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 생육량 산출 동작을 순서대로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 이미지 측정 동작을 순서대로 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센싱을 동작을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 빔 척도 방법을 순서대로 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 빔 척도에 의한 엽장 엽폭 산출 예를 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 빔을 활용한 이미지 센싱 예를 도시한 도면
도 7은 본 발명에 따른 초장, 평균 경경 산출 동작을 순서대로 도시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 생육량 산출 동작을 순서대로 도시한 도면
도 1은 본 발명에 따른 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 다수의 빔 관통 객체가 격자 형상으로 인접 격자 간 정형화된 설정 간격에 따라 구성한 빔 모듈을 구비하고, 작물체로 빔을 발생, 송출하는 빔(beam) 모듈부(106), 상기 작물체 이미지를 촬영하는 이미지 센싱부(105) 및, 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작과 상기 이미지 센싱부의 작물체 이미지 촬영 동작을 각기 제어하여, 상기 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상을 수집하고, 상기 수집된 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 상기 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 작물체 기관의 생육수치를 산출하여, 상기 산출된 상기 작물체 기관의 생육수치를 기반으로 엽 부피와 줄기 부피를 산출해서 상기 엽 부피와 줄기 부피를 승산하여 생육량 정보를 획득하는 제어부(103)를 포함한다.
빔 모듈부(106)는 다수의 빔 관통 객체가 격자 형상으로 인접 격자 간 정형화된 설정 간격(구체적으로는, 인접 격자 간 가로 간격, 세로 간격 등)에 따라 구성한 빔 모듈을 구비한 것으로, 상기 제어부(103)의 제어하에 작물 대상체로 빔을 발생, 송출한다. 즉, 상기 빔 모듈부(106)는 직진성의 빔을 작물 대상체에 투사하여 투사된 격자 모양의 간격을 활용하여 길이 및 폭을 측정하고, 이를 활용해서 작물체의 엽장, 엽폭, 경경 등을 측정한다. 즉, 이미지센싱(카메라 장치)을 활용하여 작물체의 엽장, 엽폭 및 경경 등을 센싱할 때, 이미지만 가지고는 길이, 폭 등의 데이터의 정확도를 알 수가 없다. 따라서, 이미지 센싱을 통하여 얻어진 데이터에 대한 정확도를 제공하기 위한 것으로 정해진 빔의 간격을 활용하여 이미지 센싱시 그 값의 정확도를 구하고자 하는 것이다.
이미지 센싱부(105)는 상기 제어부(103)의 제어하에, 상기 작물체 이미지를 촬영하는 것으로, 카메라 모듈을 구비한다. 상기 카메라 모듈은 상용 네트워크 카메라로 된 것이다.
제어부(103)는 상기 빔 모듈부(106)의 빔 발생, 송출 동작과 상기 이미지 센싱부(105)의 작물체 이미지 촬영 동작을 각기 제어하여, 상기 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상을 수집하고, 상기 수집된 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 상기 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 작물체 기관의 생육수치를 산출하여, 상기 산출된 상기 작물체 기관의 생육수치를 기반으로 엽 부피와 줄기 부피를 산출해서 상기 엽 부피와 줄기 부피를 승산하여 생육량 정보를 획득하는 것이다. 예를 들어, 상기 제어부(103)는 상기 촬영된 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 설정 작물체 기관(예: 엽 등)의 생육수치를 산출하는 것이다. 구체적으로는, 상기 빔 모듈부(106)의 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 등록하고, 상기 입력된 격자 형상의 척도 기준 영상 내 설정 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 기반으로, 상기 작물체 기관의 생육수치를 산출한다. 예를 든 경우, 작물체로부터 투사된 격자 형상의 척도 기준 영상에서 작물체 기관 중 어느 하나인 엽의 픽셀 영역을 영상 분석을 통해 추출하고, 그 추출된 엽의 픽셀 영역별(예: 가로, 세로 영역별) 격자의 개수를 검출하여, 그 검출된 격자의 개수와 설정 가로 간격과, 세로 간격 간 승산해서, 엽의 길이나 폭 또는, 넓이 등을 산출한다. 상기 제어부(103)는 작물체 n엽의 엽장, 엽폭 데이터에 의한 설정 추정 회귀식 구체적으로는, [표 1]과 같이, LA = 제1 기준 엽장추정 회귀계수 × 엽장, LA = 제2 기준 엽폭추정 회귀계수 × 엽폭, LA = 제3 기준 추정 회귀계수 × 엽장과 엽폭을 승산하여 나온 결과 값의 설정 추정 회귀식을 기반으로 엽면적과 엽형지수를 산출한다. 그리고, 작물체 전체 엽면적에 대한 산출식(1)은 "1 = LA1 + LA2 + , ... , LAN"으로 정의되고, 작물체 전체 엽형 지수에 대한 산출식(2)은 "2 = (작물체 전체 엽면적) × 작물체 수/재배면적"으로 정의된다. 상기 엽장과 엽폭을 이용한 가상엽면적 수치와 실제 측정된 실질엽면적을 비교한 결과, 엽장과 엽폭을 곱한 수치를 이용한 가상 엽면적이 전 구간에서 신뢰도가 가장 높아 해당 값을 기반으로 엽면적과 엽형지수를 산출한다.
| 회귀방정식 | r (F pr. <.001) | d.f. |
| LA = 8.035L | 0.653 | 88 |
| LA = 9.460W | 0.823 | 88 |
| LA = 0.24695(LW) | 0.959 | 88 |
그리고, 제어부(103)는 이러한 작물체 기관의 생육수치를 기반으로 작물체의 생육상태를 분석 진단한다. 상기 생육상태 분석 진단은 구체적으로 다음과 같이 이루어진다. 먼저 제어부(103)는 상기 산출된 작물체 기관의 생육수치 즉, 엽장, 엽폭, 엽면적, 엽형지수 등을 기반으로 L 시스템 활용 초장, 평균 경경 산출 알고리즘을 사용하여 작물체 절간장(마디) 길이(SnL) 기반의 [식 1]([식 1] : 초장 = SnL1 + SnL2, ... , SnLN-1, SnLN)로 초장을 제1 산출하고, 작물체의 각 절간장(마디) 경경을 합산하여 총 경경을 산출해서 절간장 수로 나누어 작물체 평균 경경을 제2 산출한다. 그리고, L 시스템 활용 생육량 산출알고리즘으로 상기 산출된 평균 경경을 2등분하고 제곱하여 파이를 승산하여 줄기부피를 제3 산출하고, 상기 엽의 두께와 엽면적을 승산하여 엽부피를 제4 산출하며, 상기 산출된 엽부피와 줄기부피의 값을 승산하여 생육량 정보를 획득한다. 다음, 상기 획득된 생육량 정보와 설정 기준 생육량 정보를 비교하여, 상기 비교 결과, 상기 획득된 생육량이 설정 기준 생육량 이상인 경우 정상 생육 상태로 판별하고, 상기 비교 결과, 상기 획득된 생육량이 설정 기준 생육량 미만인 경우 이상 생육 상태로 판별하여, 제공한다. 예를 들어, 상기 제어부(103)는 상기 빔 모듈의 빔 발생 동작과 상기 각 모듈의 산출 동작을 제어하고, 상기 생육량 산출모듈의 생육량 정보를 사용자에게 표시부를 통해 제공 처리한다. 그렇게 하여, 작물체의 생육상태를 분석 진단한다. 그리고, 상기 제어부(103)는 작물체의 이미지 센싱을 위한 x, y, z의 위치제어값을 입력받아 이송장치의 위치를 제어하여, 대상 작물체의 이미지 센싱을 지원 처리한다.
통신부(101)는 상기 제어부(103)의 제어하에, 상기 생육량 정보를 원격지의 관리자 단말기로 전달하는 유선통신(시리얼통신, 이더넷 통신 등)부 및 무선통신(와이파이, 지그비 방식 등)부로, 이미지 센싱을 하고자 하는 장치와 연동하여 사용한다.
입출력부(102)는 사용자 설정 명령을 입력받는 사용자 인터페이스 수단으로, 상기 입력된 사용자 설정 명령을 제어부(103)로 전달한다.
데이터 저장부(104)는 상기 제어부(103)의 제어하에 작물체의 각종 생육수치와 생육량 정보 등을 저장한다.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 측정 동작을 순서대로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 이미지 센싱 동작을 도시한 도면이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저, 작물체 위치(x, y, z) 제어 값을 기반으로 이동장치의 위치를 제어하여 척도 빔을 송출하며, 그를 기반으로 이미지를 촬영하여 센싱한 다음, 이미지를 캡쳐해서 저장한다(S201~S207). 다음, 본 발명은 촬영된 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 작물체 마디 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 설정 작물체 기관(예: 엽)의 생육수치(예: 엽장, 엽폭 등)를 산출한다(S401 ~ S405).
구체적으로, 엽이 현재 배경 단색으로 가정한 경우, 먼저 HSL색공간에서의 칼라 클러스터링(color clustering)을 이용하여 상기 촬영된 작물체 영상에서 엽 영역을 찾는다. 그런 다음, 모폴로지 딜레이션(morphology dilation)을 여러번 적용하여 마디성분을 제거하고 소엽만 남긴다. 그리고, 이 소엽들을 연결성분추출법으로 카운팅(counting)하며 잎영역에 대하여 고유값 계산의 방법으로 너비, 높이, 면적, 소엽 갯수를 추출한다.
엽의 형태 및 특징은 다음과 같다. - 줄기에서 나온 엽병에 깃털모양의 소엽이 붙어있음. 엽병이 줄기와 90도에서 + - 30도 이내에 있음. - 소엽의 엽선이 톱니모양의 예각이고 소엽의 끝이 뾰족함. - 소엽은 주맥과 측맥이 있으며 측맥이 주맥족으로 깊이 들어가 있음. - 엽은 녹색 엽맥(주맥,측맥)은 약간 흰색과 회색을 가짐.
한편, 본 발명은 작물체 촬영 영상에서 작물체 기관별로 이미지를 추출하여, 그에 따라 엽 이미지를 추출한 경우, 본 발명에 따른 빔 모듈부와 관련하여 다음과 같이 엽의 생육수치(예: 엽장, 엽폭 등)을 산출한다.
즉, 본 발명은 빔 모듈부의 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 등록하고, 상기 입력된 격자 형상의 척도 기준 영상 내 설정 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 기반으로, 상기 작물체 기관의 생육수치를 산출한다.
예를 들어, 작물체로부터 투사된 격자 형상의 척도 기준 영상에서 작물체 기관 중 어느 하나인 엽의 픽셀 영역을 영상 분석을 통해 추출하고, 그 추출된 엽의 픽셀 영역별(예: 가로, 세로 영역별) 격자의 개수를 검출하여, 그 검출된 격자의 개수와 설정 가로 간격과, 세로 간격 간 승산해서, 엽의 길이나 폭 또는, 넓이 등을 산출한다.
한편, 본 발명은 작물체 전체 엽면적을 제1 산출식(1) "1 = LA1 + LA2 + , ... , LAN"으로 산출하고, 작물체 전체 엽형 지수는 제2 산출식(2) "2 = (작물체 전체 엽면적) × 작물체 수/재배면적"을 이용하여 산출한다.
보다 상세하게, 본 발명은 작물체 n엽의 엽장, 엽폭 데이터에 의한 설정 추정 회귀식 구체적으로는, [표 2]와 같이, LA = 제1 기준 엽장추정 회귀계수 × 엽장, LA = 제2 기준 엽폭추정 회귀계수 × 엽폭, LA = 제3 기준 추정 회귀계수 × 엽장과 엽폭을 승산하여 나온 결과 값의 설정 추정 회귀식을 기반으로 엽면적과 엽형지수를 산출한다.
그리고, 작물체 전체 엽면적은 산출식(1) 즉, "1 = LA1 + LA2 + , ... , LAN"으로 산출하고, 작물체 전체 엽형 지수는 "2 = (작물체 전체 엽면적) × 작물체 수/재배면적"으로 산출한다.
이때, 상기 엽장과 엽폭을 이용한 가상엽면적 수치와 실제 측정된 실질엽면적을 비교한 결과, 엽장과 엽폭을 곱한 수치를 이용한 가상 엽면적이 전 구간에서 신뢰도가 가장 높아 해당 값을 기반으로 엽면적과 엽형지수를 산출한다.
| 회귀방정식 | r (F pr. <.001) | d.f. |
| LA = 8.035L | 0.653 | 88 |
| LA = 9.460W | 0.823 | 88 |
| LA = 0.24695(LW) | 0.959 | 88 |
도 4는 본 발명에 따른 빔 척도 방법을 순서대로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 빔 척도에 의한 엽장 엽폭 산출 예를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 빔을 활용한 이미지 센싱 예를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 빔 척도 방법은 먼저, 빔 모듈부의 빔 관통 객체에 상응하는 인접 격자 간 간격 정보를 포함한 격자 간 간격 정보를 등록한다.
다음, 관리 단말기로부터 빔 송출명령을 입력받은 경우, 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작을 개시하도록 한다.
그리고, 카메라 장치에 의해 촬영된 작물체로부터 투사된 격자 형상의 척도 기준 영상을 입력받아 상기 입력된 격자 형상의 척도 기준 영상에서 상기 작물체 기관(예: 엽 등)을 추출한다.
그런 다음, 상기 추출된 작물체 기관의 생육 수치를 상기 등록된 설정 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 산출한다.
예를 들어, 상기 입력된 격자 형상의 척도 기준 영상 내 설정 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 기반으로, 상기 작물체 기관(예: 엽 등)의 길이나 폭 또는, 넓이 등을 산출한다.
구체적으로, 상기 작물체로부터 투사된 격자 형상의 척도 기준 영상에서 작물체 기관 중 어느 하나인 엽의 픽셀 영역을 영상 분석을 통해 추출하고, 그 추출된 엽의 픽셀 영역별(예: 가로, 세로 영역별) 격자의 개수를 검출하여, 그 검출된 격자의 개수와 설정 가로 간격과, 세로 간격 간 승산해서, 엽의 길이나 폭 또는, 넓이 등을 산출한다.
그렇게 하여, 이미지 센싱(카메라)을 활용하여 작물체의 엽장, 엽폭 및 경경 등을 센싱할 때, 이미지만 가지고는 길이, 폭 등의 데이터 정확도를 알 수가 없는 점을 해결한다. 즉, 정해진 빔의 간격을 활용해서 이미지 센싱시 그 값(작물체의 엽장, 엽폭 및 경경)의 정확도를 높인다.
한편, 본 발명에 따른 빔의 송출 제어 방식은 두 가지 타입으로 된 것이다.
본 발명에 따른 빔의 송출 제어 일예는 관리 단말기로부터 빔 송출명령을 입력받은 경우, 전원부의 빔 구동 전원을 설정 세기 값에 상응하여 빔 모듈부로 공급하도록 해서 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작을 개시하도록 한다. 그리고, 상기 관리 단말기로부터 빔 종료명령을 입력받은 경우, 상기 전원부의 빔 구동전원을 차단하도록 하여 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작을 종료하도록 한다.
반면, 본 발명에 따른 다른 빔의 송출 제어 예는 상기 관리 단말기로부터 빔 송출명령을 입력받은 경우, 상기 전원부의 빔 구동 전원을 설정 세기 값에 상응하여 상기 빔 모듈부로 공급하도록 해서 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작을 개시하도록 하여 설정 기준 빔 온(ON) 시간에서 설정 단위 시간을 감산한 실제 빔 온 시간이 경과하는 동안 유지하며, 상기 실제 빔 온 시간이 경과한 경우 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작을 종료하도록 한다(S301 ~ S306).
도 7은 본 발명에 따른 초장, 평균 경경 산출 동작을 순서대로 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 생육량 산출 동작을 순서대로 도시한 도면이다.
도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 작물체 절간장(마디) 길이(SnL) 기반의 [식 1]([식 1] : 초장 = SnL1 + SnL2, ... , SnLN-1, SnLN)로 초장을 산출하고, 작물체의 각 절간장(마디) 경경을 합산하여 총 경경을 산출해서 절간장 수로 나누어 작물체 평균 경경을 산출한다.(S501 ~ S502) 그런 다음, 상기 산출된 평균 경경을 2등분하고 제곱하여 파이를 승산하여 줄기부피를 산출하고, 상기 엽의 두께와 엽면적을 승산하여 엽부피를 산출하며, 상기 산출된 엽부피와 줄기부피의 값을 승산하여 생육량 정보를 획득한다(S601 ~ S603).
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 유무선 통신부 102 : 입출력부
103 : 제어부 104 : 데이터저장부
105 : 이미지 센싱부 106 : 척도 빔 모듈
107 : 이송장치 제어부
101 : 유무선 통신부 102 : 입출력부
103 : 제어부 104 : 데이터저장부
105 : 이미지 센싱부 106 : 척도 빔 모듈
107 : 이송장치 제어부
Claims (6)
- 다수의 빔 관통 객체가 격자 형상으로 인접 격자 간 정형화된 설정 간격에 따라 구성한 빔 모듈을 구비하고, 작물체로 빔을 발생, 송출하는 빔(beam) 모듈부;
상기 작물체 이미지를 촬영하는 이미지 센싱부; 및,
상기 각 부를 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는 상기 빔 모듈부의 빔 발생, 송출 동작과 상기 이미지 센싱부의 작물체 이미지 촬영 동작을 각기 제어하여, 상기 작물체로부터 투사되어 나온 격자 형상의 척도 기준 영상을 수집하고, 상기 수집된 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 상기 작물체 절간장 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 작물체 기관의 생육수치를 산출하여, 상기 산출된 상기 작물체 기관의 생육수치를 기반으로 엽 부피와 줄기 부피를 산출해서 상기 엽 부피와 줄기 부피를 승산하여 생육량 정보를 획득하고,
상기 제어부는
상기 수집된 척도 기준 영상에서 상기 인접 격자 간 간격 정보를 기반으로 상기 작물체 절간장 길이와 엽의 두께, 엽면적을 포함한 작물체 기관의 생육수치를 제1 산출하고, 상기 작물체 절간장 길이(SnL) 기반의 [식 1]([식 1] : 초장 = SnL1 + SnL2, ... , SnLN-1, SnLN)로 초장을 제2 산출하며, 상기 작물체의 각 절간장 경경을 합산하여 총 경경을 산출해서 절간장 수로 나누어 상기 작물체 평균 경경을 제3 산출하고, 상기 산출된 평균 경경을 2등분하고 제곱하여 파이를 승산해서 줄기 부피를 제4 산출하며, 상기 엽의 두께와 엽면적을 승산하여 엽 부피를 제5 산출하고, 상기 산출된 엽 부피와 줄기 부피의 값을 승산하여 생육량 정보를 획득하는 것;
을 특징으로 하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 획득된 생육량 정보와 설정 기준 생육량 정보를 비교하여, 상기 비교 결과, 상기 획득된 생육량이 설정 기준 생육량 이상인 경우 정상 생육 상태로 판별하고, 상기 비교 결과, 상기 획득된 생육량이 설정 기준 생육량 미만인 경우 이상 생육 상태로 판별하는 것을 특징으로 하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 빔 모듈부의 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 등록하고, 상기 격자 형상의 척도 기준 영상 내 설정 인접 격자 간 가로 간격과 세로 간격 정보를 기반으로, 상기 작물체 기관의 생육수치를 산출하는 것을 특징으로 하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
하기의 추정 회귀식(1, 2, 3) 중 어느 하나 이상의 추정 회귀식을 사용하여 엽면적과 엽형지수를 산출하고,
1. LA = 제1 기준 엽장추정 회귀계수 × 엽장,
2. LA = 제2 기준 엽폭추정 회귀계수 × 엽폭,
3. LA = 제3 기준 추정 회귀계수 × 엽장과 엽폭을 승산하여 나온 결과 값
상기 작물체 전체 엽면적은 산출식(1) "1 = LA1 + LA2 + , ... , LAN"로 산출하고, 상기 작물체 전체 엽형 지수는 산출식(2) "2 = (작물체 전체 엽면적) × 작물체 수/재배면적"으로 산출하는 것;
을 특징으로 하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부의 제어하에, 상기 생육량 정보를 원격지의 관리자 단말기로 전달하는 통신부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템.
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| KR1020150159351A KR101752313B1 (ko) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템 |
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| KR1020150159351A KR101752313B1 (ko) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | L(Lindenmayer) 시스템과 이미지 및 빔 척도를 이용한 작물체 초장 및 생육량 측정 시스템 |
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