KR101763841B1 - 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대상 작물체 이미지를 전송받는 통신부, 상기 전송된 작물체 이미지로부터 작물체 기관별 이미지 객체를 추출하여 상기 추출된 작물 기관별 이미지 객체를 기반으로 엽장과 엽폭 데이터를 산출하는 이미지 분석모듈, 상기 작물체 기관별 현재 엽장, 엽폭 데이터와 현재 마지막 이전 엽장, 엽폭 데이터 간의 차이값을 기반으로 영양생장 범위, 생식생장 범위, 스트레스 범위, 정상생육 상태 범위를 설정하여 등록하고, 상기 상기 이미지 센싱부에 의해 산출된 작물체 기관별 현재 작물체의 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 차이값 범위의 생육상태를 현재 작물체의 생육상태로 저장하는 생육 분석모듈, 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 영양생장, 생식생장, 정상생육 범위를 설정하여 등록하고, 상기 작물체의 현재 화방간 절간장 길이 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 길이 범위의 생장 상태를 현재 작물체의 생장상태로 저장하는 생장 분석모듈 및, 상기 각 부를 제어하고, 상기 생육 분석모듈과 상기 생장 분석모듈의 각 결과 정보를 제공 처리하는 제어부를 포함하는 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템에 관한 것으로, 작물체 기관별 다양한 이미지 및 재배자의 실측 데이터를 활용하여 작물 생육의 상태를 진단하고 스트레스의 영향 등을 분석하여, 작물의 생장과 생산성의 안정 및 향상을 도모하고, 측정된 데이터는 주기적으로 해당 데이터가 저장되며, 그래픽으로 분석하여 생육적 특성의 변화를 확인하여 과학적 영농이 가능하도록 한다.
Description
본 발명은 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템에 관한 것이다.
작물체 생육을 상태 조사하기 위한 작물체 기관별 특성을 조사하는 방식은 재배자가 자로 실측 및 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
그리고, 재배자가 자로 실측 또는 육안으로 판단되는 데이터 및 다양한 온라인 방식으로 방식으로 수집된 작물체 기관별 이미지 데이터, 카메라 등을 통하여 수집된 이미지 데이터 등을 활용하여 작물생육특성 및 영양생장 또는 생식생장을 판단하고, 스트레스적 생육변화 및 생육량 변화를 분석하는 방식을 알고리즘화하여 저장하고 기록화하여 과학적 데이터로 활용이 필요하다.
참고로, 작물체를 생육하기 위해서는 지상부 환경과 근권부 환경 관리가 필요하며, 환경의 영향에 따른 작물체 기관별 생육특성에 차이가 있으며, 생산성에도 영향을 미친다. 현재의 기술에서는 작물의 환경적 영향만을 고려하여 작물생장 관리를 하고 있으며, 작물의 생육적 특성과 관련해서는 비주기적인 조사 또는 병해충 발생에 따른 조사 등을 통하여 조사, 분석하고 있다.
더불어, 작물의 생육과 관련된 조사 방법은 기존에는 비파괴적인 방법으로 재배자 또는 조사자가 자를 활용한 실측이나, 파괴적인 방법으로 실측 및 측정장치를 활용한 방법을 사용하고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 작물의 생육특성을 조사 분석하기 위하여, 다양한 방법을 통하여 수집된 작물체의 이미지를 활용해서 작물체의 기관별 생육 데이터를 산출하거나 재배자의 수집된 데이터를 통하여 기관별 생육 상태를 분석하고, 이를 기준으로 환경의 영향에 따른 생육 특성과 생장량의 변화 상태를 분석하여 진단하고 주기적인 데이터의 기록 관리를 통한 통계적 데이터 관리에 의한 작물의 관리가 필요한 점을 해결할 수 있도록 하며, 비파괴적 생육조사와 이미지 기반의 과학적 이미지를 활용하여 작물 기관별 생육상태를 측정하는데 있어서 기준으로 활용할 수 있도록 하는 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템은,
대상 작물체 이미지를 전송받는 통신부, 상기 작물체 생육정보를 저정하는 데이터 저장부 및, 상기 각 부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 영양생장, 생식생장, 정상생육 범위를 설정하여 등록하고, 상기 전송된 대상 작물체 이미지로부터 화방간 절간장 길이 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 화방간 절간장 길이 범위의 생장 상태를 현재 대상 작물체의 생장상태로 상기 데이터 저장부에 저장하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 영양생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 강 영양생장, 약 영양생장으로 세분화하여 설정 등록하고, 상기 생식생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 강 생식생장, 약 생식생장으로 세분화하여 설정 등록하며, 상기 작물체의 생장상태를 강 영양생장, 약 영양생장, 강 생식생장, 약 생식생장, 정상생육 상태로 세분화해서 작물체의 생장상태를 분석하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 작물체의 생장상태 범위는 상기 작물체 화방간 절간장 길이가 31cm 이상인 경우 강 영양생장 범위, 26cm ~ 30cm인 경우 약 영양생장범위, 10cm 이하인 경우 강 생식생장 범위, 11cm ~ 15cm인 경우 약 생식생장 범위, 16cm ~ 25cm인 경우 정상생육 상태 범위로 된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 작물체의 현재 엽장, 엽폭 데이터와 현재 마지막 이전 엽장, 엽폭 데이터 간의 차이값을 기반으로 영양생장 범위, 생식생장 범위, 스트레스 범위, 정상생육 상태 범위를 설정하여 등록하고, 상기 대상 작물체 이미지로부터 상기 대상 작물체의 현재 엽장, 엽폭 데이터를 산출하여 상기 산출된 대상 작물체의 현재 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값 범위를 분석해서, 상기 분석된 결과에 상응하는 엽장, 엽폭 차이값 범위의 생육상태를 현재 대상 작물체의 생육상태로 상기 데이터 저장부에 저장하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는 상기 작물체 기관별 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 마지막 이전 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간의 생장 변화량을 기반으로 영양생장, 생식생장, 스트레스, 정상상태 범위를 설정하여 등록하고, 상기 작물체 이미지를 기반으로 상기 대상 작물체의 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수를 산출하여, 상기 산출된 대상 작물체의 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간 생장 변화량 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 생장 변화량 범위의 생장 변화량을 현재 대상 작물체의 생장 변화량으로 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템에 관한 것으로, 작물체 기관별 다양한 이미지 및 재배자의 실측 데이터를 활용하여 작물 생육의 상태를 진단하고 스트레스의 영향 등을 분석하여, 작물의 생장과 생산성의 안정 및 향상을 도모하고, 측정된 데이터는 주기적으로 해당 데이터가 저장되며, 그래픽으로 분석하여 생육적 특성의 변화를 확인하여 과학적 영농이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템의 구성을 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 데이터 수집 방법을 순서대로 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 작물체 기관별 데이터 분석 방법을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 작물체 생장상 진단 방법을 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 작물체 생장량 변화 분석 방법을 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 배지 수분스트레스 조건 하에서 생육한 토마토의 생장점으로부터 개화중인 화방까지의 길이(DMFC)를 도시한 도면
도 7은 본 발명에 따른 작물 생산성을 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 데이터 수집 방법을 순서대로 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 작물체 기관별 데이터 분석 방법을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 작물체 생장상 진단 방법을 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 작물체 생장량 변화 분석 방법을 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 배지 수분스트레스 조건 하에서 생육한 토마토의 생장점으로부터 개화중인 화방까지의 길이(DMFC)를 도시한 도면
도 7은 본 발명에 따른 작물 생산성을 도시한 도면
도 1은 본 발명에 따른 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 대상 작물체 이미지를 전송받는 유무선 통신부(101), 상기 작물체 생육정보를 저장하는 데이터 저장부(102) 및, 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 영양생장, 생식생장, 정상생육 범위를 설정하여 등록하고, 상기 전송된 대상 작물체 이미지로부터 화방간 절간장 길이 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 화방간 절간장 길이 범위의 생장 상태를 현재 대상 작물체의 생장상태로 상기 데이터 저장부에 저장하는 제어부(103)를 포함한다.
유무선 통신부(101)(또는, "유무선 통신부")는 대상 작물체 이미지를 전송받는 것이다. 상기 유무선 통신부(101)는 제어부(103)의 제어하에, 유선통신(시리얼통신, 이더넷 통신 등) 및 무선통신(와이파이, 지그비 방식 등)을 활용하여, 이미지 센싱을 하고자 하는 장치(예를 들어, 군락 내 작물 간의 이송 로봇이나 카메라 장치)와 연동하여 사용한다.
데이터 저장부(102)는 상기 제어부(106)의 제어하에, 대상 작물체의 각종 생육정보를 저장한다.
제어부(103)는 설정 작물체 기관 이미지 분석 알고리즘을 기반으로, 상기 전송된 작물체 이미지로부터 작물체 기관별 이미지 객체를 추출하여 상기 추출된 작물 기관별 이미지 객체를 기반으로 엽장과 엽폭 데이터를 산출하는 것이다. 구체적으로, 상기 제어부(103)는 엽이 현재 배경이 단색으로 가정한 경우, 먼저 HSL색공간에서의 칼라 클러스터링(color clustering)을 이용하여 대상 작물체 이미지로부터 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 고유값계산의 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. 다음, 상기 제어부(103)는 환경적 생육변화 분석 알고리즘을 기반으로, 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 영양생장, 생식생장, 정상생육 범위를 설정하여 등록하고, 대상 작물체의 현재 화방간 절간장 길이 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 길이 범위의 생장 상태를 현재 대상 작물체의 생장상태로 저장한다. 좀 더 구체적으로, 상기 제어부(103)는 상기 영양생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 강 영양생장, 약 영양생장으로 세분화하여 설정 등록하고, 상기 생식생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 강 생식생장, 약 생식생장으로 세분화하여 설정 등록하며, 상기 작물체의 생장상태를 강 영양생장, 약 영양생장, 강 생식생장, 약 생식생장, 정상생육 상태로 세분화해서 현재 대상 작물체의 생장상태를 분석한다. 이때, 본 발명에 따른 상기 작물체의 생장상태 범위는 상기 작물체 화방간 절간장 길이가 31cm 이상인 경우 강 영양생장 범위, 26cm ~ 30cm인 경우 약 영양생장범위, 10cm 이하인 경우 강 생식생장 범위, 11cm ~ 15cm인 경우 약 생식생장 범위, 16cm ~ 25cm인 경우 정상생육 상태 범위로 된 것이다. 또한, 상기 제어부(103)는 생장상 변화 분석 알고리즘을 기반으로, 작물체 기관별 현재 엽장, 엽폭 데이터와 현재 마지막 이전 엽장, 엽폭 데이터 간의 차이값을 기반으로 영양생장 범위, 생식생장 범위, 스트레스 범위, 정상생육 상태 범위를 설정하여 등록하고, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 대상 작물체의 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 엽장, 엽폭 차이값 범위의 생육상태를 현재 대상 작물체의 생육상태로 저장한다. 그리고, 상기 제어부(103)는 상기 작물체 기관별 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 마지막 이전 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간의 생장 변화량을 기반으로 영양생장, 생식생장, 스트레스, 정상상태 범위를 설정하여 등록하고, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 대상 작물체의 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 생장 변화량 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 변화량 범위의 생장 변화량을 현재 대상 작물체의 생장 변화량으로 저장한다. 상기 작물체 기관별 데이터 수집은 유선이나 무선 통신에 의한 온라인 이미지를 기반으로 수집하거나, 사용자 카메라의 오프라인 이미지를 기반으로 수집하고 또는, 작물체 기관별 측량된 실측 데이터 기반으로, 상기 작물체 기관별 데이터 수집한다. 그리고, 상기 제어부(103)는 상기 작물체 재배 환경에 상응하는 광도, 온도, 습도, 탄산가스 중 적어도 어느 하나 이상의 환경 데이터를 수집하고 상기 엽면적 데이터와 더불어 저장하여 작물체 품질 예측시 엽면적 증가량의 상관계수로 제공하며, 상기 작물체의 스트레스 여부를 확인하여 상기 확인 결과를 등록된 재배자 단말기로 알림하고, 실측된 설정 주간의 착과수, 수확과수, 개화수를 확인해서 상기 확인 결과를 저장, 제공한다. 또한, 상기 제어부(103)는 상기 작물체의 생육정보와 생장정보를 기반으로, 상기 작물체 기관별로 설정 주기마다 상기 작물체의 생육특성과 생장량의 각 통계 데이터를 생성하거나 그래픽으로 분석하여 제공하거나 또는, 등록된 사용자 단말기나 관리자 단말기로 제공하여, 그를 통해 사용자는 생육적 특성의 변화를 확인한다.
사용자 인터페이스(UI) 모듈(105)는 사용자 설정 명령을 입력받는 사용자 인터페이스 수단으로, 상기 입력된 사용자 설정 명령을 제어부(103)로 전달한다.
지상부/근권부 재배환경수집모듈(104)은 상기 작물체 재배 환경에 상응하는 광도, 온도, 습도, 탄산가스 중 적어도 어느 하나 이상의 환경 데이터를 수집하고, 상기 수집된 데이터는 상기 엽면적 데이터와 더불어 저장하여 작물체 품질 예측시 엽면적 증가량의 상관계수로 활용된다.
도 2는 본 발명에 따른 데이터 수집 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 수집 방법 즉, 작물체 정보 수집의 방식은 작물체의 이미지, 실측 데이터 등이 있으며, 수집에 대한 방식은 네트워크를 통한 유무선 통신 방식과 재배자에 의한 카메라를 통하여 수집된 이미지를 입출력 장치를 통하여 수집하는 방식이 있으며, 수집된 이미지에 대하여 기관별로 해당 이미지를 추출하여 수치 데이터로 환산 그 데이터를 데이터저장부에 저장한다. 또한, 작물 재배자의 실측에 의한 데이터를 입출력부를 활용하여 입력된 정보는 작물체 기관별로 데이터를 데이터 저장부에 저장한다.
이때, 본 발명은 생장점으로부터 7엽까지의 엽중 1, 2, 3엽의 각도를 일출후 지정 시간분부터 일몰전 지정시간까지 엽의 시들음증 및 해당엽의 엽색, 엽의 온도를 측정하여, 일출후 지정시간의 데이터(이미지)와 줄기의 90o 이상 각도를 가진 상태(기준점)로 하며, 데이터(이미지)의 내에 확보된 잎 중 식별이 가능한 엽 전체의 엽각 변화량, 엽색의 변화량, 엽의 온도 값의 변화량을 측정 산출하여, 측정값의 엽각의 차이가 시간당 -15o 이상의 차이가 발생하고 엽색의 변화량이 발생과 엽의 온도 수치값이 시간당 차이가 없을 때는 데이터를 저장하며, 변화량의 분석에 따른 수분스트레스 예비 경보 및 수분스트레스 피해 경보를 입출력부를 통하여 표시한다.
구체적인 데이터 수집 방법은 다음과 같다.
먼저, 데이터 전송된(S201) 작물체 이미지를 센싱하여(S202), 작물체 기관별(엽, 줄기, 생장점, 과실, 화방 등) 이미지 객체를 추출하여 상기 추출된 작물 기관별 이미지 객체를 기반으로 엽장과 엽폭 데이터를 산출해서, 작물체 기관별로 데이터를 저장한다(S203 ~ S205).
예를 들어, 엽이 현재 배경이 단색인 경우를 가정하고 있으며, 먼저 HSL색공간에서의 칼라 클러스터링(color clustering)을 이용하여 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 고유값계산의 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, 작물체 이미지 데이터를 미수집한 경우 즉, 작물체 이미지를 수집하지 못한 경우에는 재배자에 의한 작물체 기관별 실측 데이터를 입력받아(S206), 생육진단할 작물체 기관별 데이터로 저장하거나(S205) 또는, 재배자에 의한 작물체 기관별 실측 데이터도 입력받지 못한 경우 생육 환경 데이터를 저장한다(S207).
도 3은 본 발명에 따른 작물체 기관별 데이터 분석 방법을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 작물체 기관별 데이터 분석 알고리즘을 활용하여 기관별 변화량을 분석하고, 저장된 전기의 데이터와 비교하여 정상 상태, 영양생장, 생식생장, 스트레스 상태 등을 구분해서 데이터 저장부에 저장한다.
상기 작물체 기관별 이미지 분석에는 주기적으로 17엽까지의 엽장과 엽폭을 지정시간에 측정하고, 재배지내 내 약 5군데의 데이터를 확보하여 작물체 개체수를 측정하며, 개체별 식별 가능한 생장점으로부터 17위엽까지의 엽의 엽장, 엽폭을 측정하고, 측정되지 못한 엽장, 엽폭은 엽위를 알아내며, 엽위의 엽형지수를 역산하여 엽장, 엽폭을 추정한다. 5반복의 측정된 엽장, 엽폭 데이터 3개 이상일 경우 이미지에 평균치를 산출하며, 3개에 미달된 경우 엽장, 엽폭을 가장 가까운 위, 아랫잎의 엽장폭 평균하여 사용한다.
개체당 17엽위까지의 엽으로 엽장과 엽폭을 곱하여 엽면적을 산출한다. 이 때, 재식주수를 곱하여 면적당 엽면적 값으로 변환하며, 측정된 엽장, 엽폭, 엽면적을 저장한다.
현재, 분석시 전기에 측정된 값과 비교하여 그 차이값을 저장한다. 엽장/엽폭/엽면적의 값이 +, 0, - 값일 경우 그에 따른 영양, 생식생장 진단, 스트레스 진단, 광합성/생육/수량/품질 예측 자료의 데이터로 활용한다.
작물체 기관별 측정 데이터를 활용한 초세진단을 위한 엽장과 엽폭의 변화비(엽형지수)에 대한 기준은 다음 [표 1]과 같다.
| 기간 | 1주후 | 2주후 | 3주후 | 4주후 | 5주후 |
| 값 | 1.54 | 1.38 | 1.19 | 1.19 | 1.16 |
구체적인 작물체 기관별 데이터 분석 방법은 다음과 같다.
먼저, 작물체 기관별 현재 엽장, 엽폭 데이터와 현재 마지막 이전 엽장, 엽폭 데이터 간의 차이값을 기반으로 영양생장 범위, 생식생장 범위, 스트레스 범위, 정상생육 상태 범위를 설정하여 등록한다.
그런 다음, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 대상 작물체의 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값 범위를 분석하여(S01 ~ S302), 상기 분석된 결과에 상응하는 차이값 범위의 생육상태를 현재 대상 작물체의 생육상태로 저장한다(S303 ~ S306).
예를 들어, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 대상 작물체의 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값이 N의 영양생장 범위에 속하는 경우, 현재 대상 작물체의 생육상태를 영양생장 상태로 저장한다. 그리고, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 작물체의 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값이 K의 스트레스 범위에 속하는 경우, 현재 대상 작물체의 생육상태를 스트레스 상태로 저장한다.
이때, 스트레스 상태의 작물체 생육상태를 해당 등록된 사용자 단말기로 알림하여, 현재 대상 작물체의 생육상태가 스트레스 상태임을 사용자에게 알려준다.
도 4는 본 발명에 따른 작물체 생장상 진단 방법을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 작물체 생장상 진단 방법은 작물체 화방간 절간장 길이를 분석하여, 정상 상태, 영양생장, 강한 영양생장, 생식생장, 강한 생식생장 상태 등으로 분석 구분하여 데이터 저장부에 저장한다.
구체적으로는 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 작물체 생장상 진단 방법은 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 영양생장, 생식생장, 정상생육 범위를 설정하여 등록하고, 대상 작물체의 현재 화방간 절간장 길이 범위를 분석하여(S401 ~ S402), 상기 분석된 결과에 상응하는 길이 범위의 생장 상태를 현재 대상 작물체의 생장상태로 저장한다(S403 ~ S405).
좀 더 구체화한 경우, 본 발명에 따른 작물체 생장상 진단 방법은 영양생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 강 영양생장, 약 영양생장으로 세분화하여 설정 등록하고, 상기 생식생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 강 생식생장, 약 생식생장으로 세분화하여 설정 등록하며, 상기 작물체의 생장상태를 강 영양생장, 약 영양생장, 강 생식생장, 약 생식생장, 정상생육 상태로 세분화해서 현재 작물체의 생장상태를 분석한다.
이때, 본 발명에 따른 상기 작물체의 생장상태 범위는 상기 작물체 화방간 절간장 길이가 31cm 이상인 경우 강 영양생장 범위, 26cm ~ 30cm인 경우 약 영양생장범위, 10cm 이하인 경우 강 생식생장 범위, 11cm ~ 15cm인 경우 약 생식생장 범위, 16cm ~ 25cm인 경우 정상생육 상태 범위로 된 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 작물체 생장량 변화 분석 방법을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 작물체 생장량 변화 분석 방법은 작물체 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수의 데이터를 분석하여, 영양생장, 생식생장, 스트레스 상태 등과 생장량 변화량을 분석 구분하여 데이터 저장부에 저장한다.
구체적으로는 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 작물체 생장량 변화 분석 방법은 작물체 기관별 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 마지막 이전 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간의 생장 변화량을 기반으로 영양생장, 생식생장, 스트레스, 정상상태 범위를 설정하여 등록한다.
그런 다음, 상기 이미지 센싱부에 의해 산출된 작물체 기관별 현재 작물체의 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 생장 변화량 범위를 분석하여(S501 ~ S502), 상기 분석된 결과에 상응하는 변화량 범위의 생장 변화량을 현재 대상 작물체의 생장 변화량으로 저장한다(S503 ~ S506).
예를 들어, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 대상 작물체의 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 마지막 이전 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간의 생장 변화량이 X ~ X+m의 S의 영양생장 변화량 범위에 속하는 경우, 현재 대상 작물체의 생장 변화량을 영양생장 변화량으로 저장한다. 그리고, 상기 산출된 작물체 기관별 현재 대상 작물체의 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 마지막 이전 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간의 생장 변화량이 Y ~ Y-n의 D의 스트레스 변화량 범위에 속하는 경우, 현재 대상 작물체의 생장 변화량을 스트레스 상태로 저장한다.
이때, 스트레스 상태의 작물체 생장 변화량을 해당 등록된 사용자 단말기로 알림하여, 현재 작물체의 생장 변화량이 스트레스 상태임을 사용자에게 알려준다.
도 6은 본 발명에 따른 배지 수분스트레스 조건 하에서 생육한 토마토의 생장점으로부터 개화중인 화방까지의 길이(DMFC)를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 작물 생산성을 도시한 도면이다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 주기적으로 작물체 재배지 내 5군데의 데이터(이미지 또는 실측치)를 수집하며, 작물체 이미지인 경우 이미지에서 작물체 개체수를 추출하여, 개체별 식별 가능한 생장점으로부터 개화중인 첫째 화방까지의 거리를 산출하고, 5반복의 측정된 거리값의 평균치를 산출하여 저장한다(참고로, 가로 축은 성장 미디어 내 수분 콘텐츠("Water contents in growing media(%)"임).
그리고, 주기적으로 작물체 재배지 내에서 시설 내 5군데의 작물 개체를 바닥에서 위로 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 등을 측정하여 평균치 데이터 값을 저장한다.
또한, 작물의 생장과 생장 및 생산성은 S곡선을 그리며, 작물의 생장은 씨앗이 발아하여 뿌리줄기잎을 내며, 그 후 광합성이나 질소 동화를 하면서 점차 크기와 무게를 더해가는 과정으로 환경적 요인에 따라 차이가 발생하며, 생장의 차이에 따라 생산성의 차이가 발생한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 유무선 통신부 102 : 데이터 저장부
103 : 제어부 104 : 지상부/근권부 재배환경 수집모듈
105 : 사용자 인터페이스(UI) 모듈
106 : 입출력부
101 : 유무선 통신부 102 : 데이터 저장부
103 : 제어부 104 : 지상부/근권부 재배환경 수집모듈
105 : 사용자 인터페이스(UI) 모듈
106 : 입출력부
Claims (5)
- 대상 작물체 이미지를 전송받는 통신부;
상기 작물체 생육정보를 저정하는 데이터 저장부; 및,
상기 각 부를 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는 상기 전송된 대상 작물체 이미지로부터 엽과 화방을 포함한 설정 작물체 기관별로 이미지 객체를 추출하여 사용해서 작물체의 생육상태를 진단하며,
상기 작물체 기관별로 작물체의 생육상태를 진단하는 것은
작물체 화방간 절간장 길이를 기반으로 영양생장, 생식생장, 정상생육 범위를 설정하여 등록하고, 상기 전송된 대상 작물체 이미지로부터 화방간 절간장 길이 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 화방간 절간장 길이 범위의 생장 상태를 현재 대상 작물체의 생장상태로 진단하여 상기 데이터 저장부에 저장하고,
상기 현재 대상 작물체의 생장상태로 진단하는 것은
상기 영양생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이에 따라 강 영양생장, 약 영양생장으로 세분화하여 설정 등록하며, 상기 생식생장 범위를 상기 작물체 화방간 절간장 길이에 따라 강 생식생장, 약 생식생장으로 세분화하여 설정 등록하고, 현재 화방간 절간장 길이가 속하는 범위의 생육상태를 현재 대상 작물체의 생육상태로 진단하여 상기 작물체의 생장상태를 강 영양생장, 약 영양생장, 강 생식생장, 약 생식생장, 정상생육 상태로 세분화해서 작물체의 생장상태를 진단하며,
상기 제어부는 상기 추출된 작물체 기관이 엽인 경우, 엽 작물체 기관 이미지 객체에서 엽장과 엽폭 데이터를 산출하고, 인접한 엽장, 엽폭 데이터 간의 차이값에 따라 영양생장 범위, 생식생장 범위, 스트레스 범위, 정상생육 상태 범위를 설정해서 등록하여, 현재 엽장, 엽폭 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 엽장, 엽폭 데이터 간 차이값이 속하는 범위의 생육상태를 현재 대상 작물체의 생육상태로 진단하여 상기 데이터 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 작물체의 생장상태 범위는
상기 작물체 화방간 절간장 길이가 31cm 이상인 경우 강 영양생장 범위, 26cm ~ 30cm인 경우 약 영양생장범위, 10cm 이하인 경우 강 생식생장 범위, 11cm ~ 15cm인 경우 약 생식생장 범위, 16cm ~ 25cm인 경우 정상생육 상태 범위로 된 것을 특징으로 하는 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 작물체 기관별 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 마지막 이전 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간의 생장 변화량을 기반으로 영양생장, 생식생장, 스트레스, 정상상태 범위를 설정하여 등록하고, 상기 작물체 이미지를 기반으로 상기 대상 작물체의 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수를 산출하여, 상기 산출된 대상 작물체의 현재 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터와 현재 데이터 마지막 이전의 화방간장, 경경, 착과수, 수확과수 데이터 간 생장 변화량 범위를 분석하여, 상기 분석된 결과에 상응하는 생장 변화량 범위의 생장 변화량을 현재 대상 작물체의 생장 변화량으로 저장하는 것을 특징으로 하는 작물체 기관별 이미지 데이터에 의한 생육진단/분석 시스템.
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