KR101776939B1 - 식물 재배 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

식물 재배 관리 시스템을 개시한다. 적어도 하나의 식물과 상기 식물에 인접하여 배치된 기준자를 촬영하는 촬영 장치, 환경 변수에 기초하여 상기 식물의 재배 환경 조건을 조절하는 재배 환경 관리 장치 및 촬영된 상기 식물의 영상과 상기 재배 환경 조건을 수신하고, 상기 촬영 장치의 촬영 조건과 상기 기준자의 크기에 기초하여 상기 식물의 영상으로부터 상기 식물의 크기 정보를 검출하며, 검출된 상기 식물의 크기 정보에 기초하여 상기 재배 환경 관리 장치를 제어하는 제어 장치를 포함한다.

Description

식물 재배 관리 시스템 및 방법{System and Method for growing plants}
본 발명은 식물 재배 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
시설 원예 재배는 식물 성장에 필요한 온도, 습도, 양분 등을 인위적으로 조절하여 식물의 생산성 및 품질을 높이거나 출하 시기를 조절하여 생산 농가의 소득을 높이는 재배 방법이다. 특히 완전 밀폐형 식물 공장은 빛의 세기, 파장 및 CO2 농도를 인위적으로 제어하여 장소나 기후에 관계없이 년 중 원하는 특성의 식물을 높은 생산성으로 재배할 수 있다.
여기서 높은 생산성으로 식물을 재배하려면 식물의 성장 조건을 정확하고 정밀하게 조절할 필요가 있다. 따라서, 성장 조건의 조절을 위해 식물의 성장 환경에 따른 성장 결과를 감지하여 성장 조건의 적정 여부를 판단하는 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시설 재배 식물의 크기 및 색상 정보를 원격으로 측정하고 식물의 재배 환경 조건에 따른 식물의 성장 결과를 추출하여 최적 재배 환경 조건을 설정하는 식물 재배 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 식물 재배 관리 시스템을 제공한다.
적어도 하나의 식물과 상기 식물에 인접하여 배치된 기준자를 촬영하는 촬영 장치, 환경 변수에 기초하여 상기 식물의 재배 환경 조건을 조절하는 재배 환경 관리 장치 및 촬영된 상기 식물의 영상과 상기 재배 환경 조건을 수신하고, 상기 촬영 장치의 촬영 조건과 상기 기준자의 크기에 기초하여 상기 식물의 영상으로부터 상기 식물의 크기 정보를 검출하며, 검출된 상기 식물의 크기 정보에 기초하여 상기 재배 환경 관리 장치를 제어하는 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 식물 재배 관리 방법을 제공한다.
식물 재배 관리 방법은 (a) 적어도 하나의 식물에 식별값을 부여하고 상기 식물의 재배 정보와 환경 변수에 기초한 재배 환경 정보를 저장하는 단계, (b) 촬영 장치에서 식물별 촬영 조건을 설정하는 단계, (c) 상기 촬영 조건에 따라 상기 식물들 각각을 기준자와 함께 촬영하는 단계, (d) 상기 기준자를 이용하여 촬영된 식물 영상으로부터 식물의 크기 또는 색상을 포함하는 식물 성장 데이터를 산출하는 단계 및 (e) 상기 재배 환경 정보와 상기 식물 성장 데이터 사이의 상관 관계를 도출하고 도출된 상관 관계를 반영하여 상기 재배 환경 조건을 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 시스템 및 방법은 촬영 장치 및 기준자를 이용하여 재배중인 식물의 성장 정도를 주기적으로 측정함으로써 재배 환경 조건과 식물의 성장 사이의 상관 관계를 도출할 수 있다. 또한, 식물 재배 관리 시스템은 도출된 상관 관계를 통해 식물의 최적 재배 조건을 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 촬영 장치의 평면을 나타내는 도면,
도 3은 도 1에 도시된 촬영 장치의 측면을 나타내는 도면,
도 4는 식물과 기준자를 나타내는 도면,
도 5는 재배 환경 관리 장치의 내부 구성을 나타내는 도면,
도 6은 제어 장치의 내부 구성을 나타내는 도면,
도 7은 도 6에 도시된 크기 산출부의 산출 방법을 나타내는 도면, 및
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 식물 재배 관리 시스템 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 촬영 장치의 평면을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 촬영 장치의 측면을 나타내는 도면이며, 도 4는 식물과 기준자를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 시스템(10)은 촬영 장치(100), 재배 환경 관리 장치(200) 및 제어 장치(300)를 포함한다.
촬영 장치(100)는 재배중인 식물을 촬영하여 식물 영상을 생성한다. 촬영 장치(100)는 통신망(400)을 통해 식물 영상을 제어 장치(300)로 송신한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 촬영 장치(100)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 촬영 장치(100)는 적어도 하나의 식물(70)이 재배되는 재배지가 구비된 식물 재배 시설(50)에 설치된다. 여기서 촬영 장치(100)는 적어도 하나의 식물(70)을 촬영할 수 있는 위치에 설치된다. 예를 들면, 한 곳에서 가능한 많은 식물(70)을 촬영하기 위해 촬영 장치(100)는 재배지의 중심에 설치된다.
도 3을 참조하면 촬영 장치(100)는 카메라(110) 및 카메라 구동부(120)를 포함한다.
카메라(110)는 식물(70)을 촬영하여 식물 영상을 생성한다. 예를 들어, 카메라(110)는 식물(70)에 대한 정지 영상 또는 동영상을 획득한다.
카메라 구동부(120)는 카메라(110)에 결합된다. 카메라 구동부(120)는 피사체를 향해 카메라(110)를 배향한다. 카메라 구동부(120)는 카메라(110)의 수평 배향 각도 또는 수직 배향 각도를 조정한다. 이러한 카메라 구동부(120)는 고정 부재(미도시)를 이용하여 식물 재배 시설(50)에 설치된다. 여기서 고정 부재는 지면에 설치되거나 식물 재배 시설(50)에 결합된다. 예를 들면, 카메라 구동부(120)는 재배지 중심에 상응하는 식물 재배 시설(50)의 천장 또는 지면에 세워진 기둥 상단에 설치된다. 이때, 카메라 구동부(120)는 회동 가능하게 설치된다.
도 4를 참조하면, 촬영 장치(100)는 기준자(80)를 식물(70)과 함께 촬영한다. 기준자(80)는 식물(70)의 크기 측정에 사용하기 위해 식물(70)에 인접하여 배치된다. 이때, 기준자(80)는 재배지에 고정되어 배치된다. 또한, 기준자(80)는 미리 설정된 직경을 갖는 구형(求刑)으로 형성된다. 또한, 기준자(80)는 카메라(110)의 화이트 밸런스 조정을 위해 기준을 제시하기 위해 화이트 밸런스 조정값으로 형성된다. 예를 들면, 기준자(80)는 화이터 밸런스 조정값에 상응하는 흰색 구체로 형성된다.
다시 도 1을 참조하면, 재배 환경 관리 장치(200)는 식물 재배 환경을 관리한다. 이때, 재배 환경 관리 장치(200)는 환경 변수에 기초하여 식물 재배 시설(50)의 재배 환경 조건을 제어한다. 여기서 환경 변수는 식물 재배 시설(50)의 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 및 광파장 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들면, 재배 환경 관리 장치(200)는 식물 재배 시설(50)에서 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 또는 광파장을 조절하여 식물의 성장에 적합하도록 조성된 재배 환경을 관리한다. 여기서는 도 5를 참조하여 재배 환경 관리 장치(200)를 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 재배 환경 관리 장치의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 재배 환경 관리 장치(200)는 제1 통신부(210), 환경 변수 측정부(220) 및 환경 변수 조정부(230)를 포함한다.
제1 통신부(210)는 통신망(400)을 통해 제어 장치(300)로부터 환경 변수를 조절하는 환경 변수 제어 신호를 수신한다. 예를 들면, 환경 변수 제어 신호는 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 또는 광파장 중 적어도 하나를 제어하도록 제어 장치(300)로부터 출력된다.
환경 변수 측정부(220)는 식물 재배 시설(50)의 환경 변수를 측정한다. 여기서, 환경 변수 측정부(220)는 식물 재배 시설(50)의 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 또는 광파장 각각을 측정하는 센서일 수 있다.
환경 변수 조정부(230)는 식물 재배 시설(50)의 환경 변수를 조정한다. 여기서 환경 변수 조정부(230)는 재배 환경을 조절하기 위해 환경 변수 제어 신호에 따라 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 또는 광파장을 변경한다. 예를 들면, 환경 변수 조정부(230)는 히터, 에어컨, 가습기, 제습기, 광량 조절기 또는 편광 필터를 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면 제어 장치(300)는 통신망(400)을 통해 촬영 장치(100)로부터 식물 영상을 수신한다. 또한, 제어 장치(300)는 식물 영상을 이용하여 식물의 실제 크기를 산출한다. 제어 장치(300)는 식물의 실제 크기에 기초하여 재배 환경 관리 장치(200)를 제어한다. 여기서는 도 6을 참조하여 제어 장치(300)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 제어 장치의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제어 장치(300)는 제2 통신부(310), 촬영 장치 제어부(320), 크기 산출부(330), 성장 분석부(360), 메인 제어부(340) 및 저장부(370)를 포함한다.
제2 통신부(310)는 촬영 장치(100)에서 촬영된 식물 영상을 수신한다. 제2 통신부(310)는 수신한 식물 영상을 크기 산출부(330) 및 저장부(370)로 전달한다. 또한, 제2 통신부(310)는 촬영 장치(100) 또는 재배 환경 관리 장치(200)로 제어 신호를 출력한다.
촬영 장치 제어부(320)는 촬영 장치(100)의 작동을 제어한다. 촬영 장치 제어부(320)는 통신망(400)을 통해 패닝(panning), 줌(zoom) 또는 틸트(tilt) 등의 촬영 장치(100)의 작동을 원격으로 제어한다. 여기서 촬영 장치 제어부(320)는 촬영 장치(100)를 원격으로 제어하기 전에 촬영 장치(100)의 위치에 따른 촬영 정보-예컨대, 촬영 거리, 촬영 장치의 높이, 피사체에 대한 수평 각도 및 수직 각도를 수집한다. 또한, 촬영 장치 제어부(320)는 식물의 영상에서 식물이 화면을 최대 크기로 점유하도록 촬영 장치(100)의 촬영 배율을 조정한다. 이때, 촬영 장치 제어부(320)는 식물 영상에서 기준자(80)가 미리 설정된 비율로 화면을 점유하도록 촬영 장치(100)의 촬영 배율을 조정한다. 예를 들면, 촬영 장치(100)의 촬영 배율은 식물 영상에서 기준자(80)가 화면의 1/2만큼 점유하도록 설정될 수 있다.
촬영 장치(100)는 피사체까지의 거리에 따라 카메라(110)의 각도 조정을 정밀하게 제어한다. 피사체가 멀수록 카메라(110)는 카메라 구동부(120)의 수평 각도 조정 또는 수직 각도 조정 따라 움직임이 커진다.
크기 산출부(330)는 제2 통신부(310)로부터 입력받은 식물 영상에서 식물(70) 및 기준자(80) 각각의 크기를 측정한다. 이때, 크기 산출부(330)는 식물의 영상 크기, 기준자(80)의 실제 크기 및 기준자(80)의 영상 크기에 기초하여 식물의 크기를 산출한다. 여기서는 도 7을 더 참조하여 크기 산출부(330)를 보다 상세하게 설명한다.
도 7은 도 6에 도시된 크기 산출부의 산출 방법을 나타내는 도면이다.
도 7을 더 참조하면, 크기 산출부(330)는 식물(70)의 실제 크기를 산출하기 위해 카메라(110)의 촬영 조건과 촬영된 식물 영상에 따른 식물 영상의 크기 및 기준자 영상의 크기를 설정된 계산식에 적용한다. 여기서 크기 산출부(330)는 식물(70)의 실제 높이를 H1, 각도 왜곡이 없을 때의 식물 영상의 식물 높이를 L, 식물 영상의 기준자의 길이를 LR, 식물 영상에서 식물의 길이 LP, 기준자의 실제 길이를 LRR, 카메라와 피사체의 수직면과의 각도를 θ, 카메라와 피사체까지의 수평 거리를 D, 카메라의 높이를 H2로 설정한다. 다만, 설명의 편의를 위해 카메라(110)의 촬영 조건 중 수평 각도의 왜곡은 없다고 가정한다. 이에 따라 식물 영상으로부터 산출된 식물(70)의 실제 크기는 수학식 1과 같다.
Figure 112010085855826-pat00001
수학식 1에 따르면, 크기 산출부(330)는 식물(70)을 촬영하는 카메라(110)의 높이가 달라짐에 따라 식물(70)의 실제 크기를 산출한다. 여기서, 카메라(110)가 지면을 기준으로 H만큼 높이에서 촬영하면, 크기 산출부(330)는 식물 영상의 길이 LP는 지면을 기준으로 측정된 식물 영상의 길이 L보다 작아서 실제 크기를 측정할 수가 없다. 그러나 카메라(110)와 식물(70)이 이루는 각도 θ를 알고 있다면 크기 산출부(330)는 LP/sinθ을 이용하여 LP를 산출할 수 있다..
크기 산출부(330)는 산출된 식물(70)의 실제 크기를 성장 데이터 테이블에 반영하여 저장부(370)에 저장한다.
색상 산출부(350)는 식물별 영상에서 미리 설정된 부위로부터 각각의 색상 정보값을 검출한다. 또한, 색상 산출부(350)는 검출한 색상 정보값들에 대한 평균값 및 표준 편차값을 검출한다. 색상 산출부(350)는 검출한 색상 정보값들의 평균값과 표준 편차값을 성장 데이터 테이블에 반영하여 저장부(370)에 저장한다.
메인 제어부(340)는 재배지의 식물별로 식별값을 부여한다. 이를 위해, 메인 제어부(340)는 제2 통신부(310)로부터 식물 영상을 수신한다. 또한, 메인 제어부(340)는 촬영 장치 제어부(320)로부터 식물 영상에 상응하는 촬영 정보를 수신한다. 메인 제어부(340)는 촬영 정보에 포함된 촬영 거리, 피사체에 대한 수평 각도 또는 수직 각도를 통해 식물(70)의 위치를 검출한다. 메인 제어부(340)는 검출된 위치의 식물(70)에 식별값을 부여한다. 또한, 메인 제어부(340)는 부여된 식별값과 식물(70)의 위치 정보를 식물 정보 테이블로 저장부(370)에 저장한다. 이때, 식별값은 식물 재배 시설(50)의 재배지 구획별 또는 재배 베드별로 구분할 수 있다. 또는 식별값은 촬영 순서 및 촬영 좌표로도 구분할 수 있다.
메인 제어부(340)는 식물(70)의 성장 분석을 위해 사용자 또는 외부 장치로부터 입력받은 식물(70)의 품종 정보, 파종 일자 또는 육묘 일자 등을 아래의 표 1과 같이 성장 데이터 테이블에 포함시킨다.
성장 분석부(360)는 크기 산출부(330)에서 산출된 식물의 크기를 분석하여 식물의 성장에 적합한 재배 환경 조건을 도출한다. 성장 분석부(360)는 성장 데이터 테이블로부터 식물의 실제 크기와, 색상 정보값들의 평균값 및 표준 편차값을 독출한다. 성장 분석부(360)는 독출한 정보를 이용하여 식물들 각각의 평균적인 기간별 성장 정보를 산출한다. 또한, 성장 분석부(360)는 산출한 성장 정보를 성장 데이터 테이블에 반영하여 저장부(370)에 저장한다. 여기서 성장 데이터 테이블에는 해당 기간의 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 또는 광파장 등의 환경 변수가 저장된다.
또한, 성장 분석부(360)는 성장 데이터 테이블에 저장된 성장 정보와 환경 변수 사이의 관계를 분석한다. 성장 분석부(360)는 분석 결과를 이용하여 환경 변수와 식물의 성장 사이의 상관 관계를 도출한다.
구체적으로 성장 분석부(360)는 재배 환경 조건과 성장 데이터 테이블로부터 상관 관계를 분석하기 위한 데이터를 수집한다. 여기서 성장 분석부(360)는 수집한 데이터에서 측정 오류 등에 의해 통상적인 범위를 벗어나는 데이터를 제거한다. 또한, 성장 분석부(360)는 환경 변수가 식물의 성장 및 색상에 어느 정도 효과를 미치는지에 대한 효과 분석을 수행한다. 여기서 성장 분석부(360)는 환경 변수의 대소에 따른 유의성의 크기를 판단하여 주 효과 분석을 수행한다. 예를 들면, 성장 분석부(360)는 온도가 약 25℃ ~ 약 30℃를 유지할 경우 식물의 성장 및 색상에 미치는 효과가 가장 큰 것으로 통게적 유의성 판단 조건을 미리 설정한다. 성장 분석부(360)는 재배 환경 조건과 성장 데이터 테이블로부터 온도 정보와 식물의 크기 정보를 수집하여 통계적 유의성 판단 조건과 비교한다. 성장 분석부(360)는 비교 결과를 통해 식물의 성장에 대한 온도의 유의성을 판단한다. 이러한 유의성 판단을 통해 성장 분석부(360)는 식물의 성장에 영향이 없는 환경 변수를 분석에서 제외한다. 성장 분석부(360)는 주 효과 분석을 수행한 후 환경 변수들 사이의 상호 영향 여부를 판단하는 교호 작용 효과의 분석을 수행한다. 여기서 교호 작용 효과는 인자가 두개 이상일 때 인자 수준의 조합에서 일어나는 효과이다. 예를 들면, 낮은 온도에서 습도가 높으면 식물의 성장이 촉진되고 높은 온도에서 습도가 낮으면 식물의 성장이 촉진된다면, 온도와 습도 사이에는 교호 작용 효과가 있다.
또한, 성장 분석부(360)는 주 효과 및 교호 작용 효과가 있는 환경 변수와, 식물의 성장 사이의 상관 관계를 분석한다. 여기서 성장 분석부(360)는 독립성이 있는 주 효과에 대해 회귀 분석을 실시한다. 회기 분석은 통계학에서 관찰된 연속형 변수들에 대해 독립 변수와 종속 변수 사이의 인과 관계에 따른 수학적 모델인 선형적 관계식을 구하여 어떤 독립 변수가 주어졌을 때 이에 따른 종속 변수를 예측한다. 또한, 회기 분석은 이 수학적 모델이 얼마나 잘 설명하고 있는지를 판별하기 위한 적합도를 측정하는 분석 방법이다.
이때, 회기 분석은 단순 선형 회귀 분석이 사용될 수 있다. 또한, 단순 선형 회귀 분석은 [성장(y) = 상수 + 계수x변수(x) + error ]와 같이 예시적으로 모델링될 수 있다.
한편, 성장 분석부(360)는 상관 관계 분석을 위해 교호 작용 효과가 있는 환경 변수들 간에 다중 선형 회기 분석 방법을 사용할 수 있다. 이때, 다중 선형 회기 분석은 [성장(y) = 상수 + 계수1x변수(x1) + 계수2x변수(x2) + 계수3 x 변수(x3) + … + error]와 같이 예시적으로 모델링될 수 있다.
성장 분석부(360)는 단순 또는 다중 선형 회귀 분석을 통해 환경 변수와 식물의 성장에 대한 상관 관계를 도출할 수 있다. 또한, 성장 분석부(360)는 도출된 상관 관계를 이용하여 최적의 재배 환경 조건을 설정할 수 있다.
저장부(370)는 제2 통신부(310)로부터 식물 영상을 입력받아 저장한다. 또한, 저장부(370)는 사용자 또는 외부 장치로부터 기준자(80)의 실제 크기를 입력받아 저장한다. 또한, 저장부(370)는 크기 산출부(330) 또는 색상 산출부(350)로부터 성장 데이터 테이블의 데이터를 입력받아 저장한다. 또한, 저장부(370)는 성장 분석부(360)로부터 설정된 최적의 재배 환경 조건을 입력받아 저장한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 시스템은 촬영 장치 및 기준자를 이용하여 재배중인 식물의 성장 정도를 주기적으로 측정함으로써 재배 환경 조건과 식물의 성장 사이의 상관 관계를 도출할 수 있다. 또한, 식물 재배 관리 시스템은 도출된 상관 관계를 통해 식물의 최적 재배 조건을 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 방법을 나타내는 순서도이다. 여기서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 식물 재배 관리 시스템의 구성을 참조하여 식물 재배 관리 방법을 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 방법은 적어도 하나의 식물에 식별값을 부여하고 식물 재배 정보와 재배 환경 정보를 저장하는 단계(S10), 촬영 장치에서 식물별 촬영 조건을 설정하는 단계(S20), 촬영 조건에 따라 식물들 각각을 기준자와 함께 촬영하는 단계(S30), 기준자를 이용하여 촬영된 식물 영상으로부터 식물의 크기 또는 색상을 포함하는 식물의 성장 데이터를 산출하는 단계(S40) 및 재배 환경 정보와 식물 성장 데이터 사이의 상관 관계를 도출하고 도출된 상관 관계를 반영하여 재배 환경 조건을 설정하는 단계(S50)를 포함한다.
단계 S10에서는 적어도 하나의 식물이 식별값을 부여하고, 식물들 각각의 재배 정보를 저장하며, 식물이 재배되는 식물 재배 시설의 재배 환경 정보를 저장한다. 여기서, 식별값의 부여는 식물 재배 시설의 재배지에서 재배중인 적어도 하나의 식물에 대해 실시한다. 예를 들면, 식물 재배 시설의 재배지에서 측정하고자 하는 식물의 수량과 대상 식물이 선정되면 해당 위치의 식물을 구분할 수 있도록 식별값을 부여한다.
식물 재배 정보는 제어 장치의 저장부에 식물들 각각에 대한 재배 정보를 식물 재배 정보 테이블로 저장한다. 이때, 아래의 표1 과 같이 각 식물의 성장 분석을 위해 식물의 품종정보, 파종일자, 육묘일자 등을 부가하여 기록하여 식물 재배 정보 테이블을 구성한다.
식별 ID 작목 품종 파종일자 육묘일자
(1.1,1) 상추 적상추 2010-09-20 2010-09-30
(1,2,5) 상추 적상추 2010-09-20 2010-09-30
(2,2,8) 상추 청상추 2010-09-25 2010-10-05
(3,1,10) 상추 멀티그린 2010-09-25 2010-10-05
… … … … …
표 1에서 식별값은 재배 베드 또는 재배지의 구획별로 구분할 수 있다. 또는식별값은 촬영 순서 및 촬영 좌표로도 구분할 수 있다. 만약, 다단식 재배를 한다면 (1,1,1), (2,4, 10)과 같이 3차원의 좌표 값을 부여할 수 있다. 이때 예시적으로 각 값이 의미하는 바는 첫 번째 값은 가로줄 값, 두 번째 값은 세로줄 값, 세 번째 값은 층 값이 될 수 있다.
재배 환경 조건은 환경 변수에 기초하여 저장한다. 즉, 재배 환경 조건은 식물 재배 시설의 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 및 광파장 중 적어도 하나를 포함하는 환경 변수로 저장한다.
다음, 단계 S20에서는 촬영 장치가 식물별 촬영 조건을 설정한다. 여기서 식물의 크기를 측정하기 위해 재배지에 기준자를 배치한다. 기준자는 식물의 높이, 너비 및 색상을 비교 측정할 수 있도로 식물 옆에 배치한다. 이때, 기준자는 보는 방향에 관계없이 상하 좌우 크기의 왜곡이 없도록 구형으로 형성한다. 또한, 기준자는 카메라의 화이트 밸러스 조정을 위해 조정값에 해당하는 색상으로 형성한다. 예를 들면, 기준자는 흰색에 대한 카메라 사전 보정을 위해 흰색으로 형성한다. 이때, 기준자는 미리 설정된 직경으로 형성한다.
카메라는 카메라 구동부에 결합되어 피사체를 향해 배향한다. 여기서 카메라 구동부는 고정 부재를 이용해 식물 재배 시설에 설치한다. 카메라 구동부는 카메라의 수평 배향 각도 또는 수직 배향 각도를 조정한다. 즉, 카메라 구동부는 회동 가능하게 식물 재배 시설에 설치한다.
여기서 촬영 조건은 식물 재배 시설에 설치된 카메라를 고려하여 식물별로 적정한 촬영 배율, 상하 및 좌우 각도값으로 설정한다. 또한, 촬영 조건은 기준자의 크기에 따른 비교 오차를 줄이기 위해서 식물 성장시 예상되는 식물의 최대 크기의 1/2 정도를 사용한다. 또한, 촬영 조건은 카메라의 설치 위치에 따른 카메라 설정 정보와 함께 최초 촬영일, 촬영시간, 촬영주기를 함께 설정하여 아래의 표 2와 같은 촬영 조건 테이블로 저장한다.
식별 ID 줌값 틸트값 패닝값 WB조정값 최초촬영일 촬영시간 촬영주기
(1.1,1) 1.7 30 15 2.0 2010-10-09 11:00 24hour
(1,2,5) 1.8 17 20 1.7 2010-10-09 11:02 24hour
(2,2,8) 2.2 17 70 2.1 2010-10-09 11:04 24hour
(3,1,10) 3.0 30 18 2.0 2010-10-09 11:06 24hour
… … … … … … … …
여기서 촬영 조건 테이블은 컴퓨터상의 파일이나 DB테이블 형태로 저장한다. 또한, 측정에 사용되는 카메라는 패닝(panning), 틸트(tilt), 줌(zoom) 조정이 가능하며 네트워크를 통해서 원격으로 제어가 가능하다. 만약 카메라가 CCTV 카메라일 경우 고해상도의 정지화상 촬영이 가능하여야 한다.
다음 단계 S30에서는 촬영 조건에 따라 식물들 각각을 기준자와 함께 촬영한다. 여기서 카메라는 각 식물을 기준자와 함께 하나의 화면에 담기도록 촬영한다. 이때, 촬영 조건의 줌, 패팅, 틸트 및 색온도 보정값 중 적어도 하나로 카메라를 제어하여 각 식물을 순차적으로 촬영한다. 그리고 촬영된 이미지를 통신망을 통해 제어 장치로 전송한다.
다음 단계 S40에서는 촬영된 식물 영상에서 식물의 영상 크기와 기준자의 영상 크기 및 기준자의 실제 크기를 이용하여 식물의 크기 또는 색상을 포함하는 식물 성장 데이터를 산출한다.
크기 산출부는 식물의 실제 크기를 산출하기 위해 카메라의 촬영 조건과 촬영된 식물 영상에 따른 식물 영상의 크기 및 기준자 영상의 크기를 설정된 계산식에 적용한다. 여기서 크기 산출부는 식물의 실제 높이를 H1, 각도 왜곡이 없을 때의 식물 영상의 식물 높이를 L, 식물 영상의 기준자의 길이를 LR, 식물 영상에서 식물의 길이 LP, 기준자의 실제 길이를 LRR, 카메라와 피사체의 수직면과의 각도를 θ, 카메라와 피사체까지의 수평 거리를 D, 카메라의 높이를 H2로 설정한다. 다만, 설명의 편의를 위해 카메라의 촬영 조건 중 수평 각도의 왜곡은 없다고 가정한다. 이에 따라 식물 영상으로부터 산출된 식물의 실제 크기는 수학식 1과 같다. 수학식 1을 참조하여 식물의 실제 크기를 산출하는 방법을 설명하였으므로 여기서는 중복된 설명을 생략한다.
다음 단계 S50에서는 재배 환경 정보와 식물 성장 데이터 사이의 상관 관계를 도출하고 도출된 상관 관계를 반영하여 재배 환경 조건을 설정한다.
성장 분석부는 재배 환경 조건과 성장 데이터 테이블로부터 상관 관계를 분석하기 위한 데이터를 수집한다. 여기서 성장 분석부는 수집한 데이터에서 측정 오류 등에 의해 통상적인 범위를 벗어나는 데이터를 제거한다. 또한, 성장 분석부는 환경 변수가 식물의 성장 및 색상에 어느 정도 효과를 미치는지에 대한 효과 분석을 수행한다. 여기서 성장 분석부는 환경 변수의 대소에 따른 유의성의 크기를 판단하여 주 효과 분석을 수행한다. 성장 분석부는 재배 환경 조건과 성장 데이터 테이블로부터 온도 정보와 식물의 크기 정보를 수집하여 통계적 유의성 판단 조건과 비교한다. 성장 분석부는 비교 결과를 통해 식물의 성장에 대한 온도의 유의성을 판단한다. 이러한 유의성 판단을 통해 성장 분석부는 식물의 성장에 영향이 없는 환경 변수를 분석에서 제외한다. 성장 분석부는 주 효과 분석을 수행한 후 환경 변수들 사이의 상호 영향 여부를 판단하는 교호 작용 효과의 분석을 수행한다.
또한, 성장 분석부는 주 효과 및 교호 작용 효과가 있는 환경 변수와, 식물의 성장 사이의 상관 관계를 분석한다. 여기서 성장 분석부는 독립성이 있는 주 효과에 대해 회귀 분석을 실시한다. 이때, 회기 분석은 단순 선형 회귀 분석을 사용한다. 또한, 성장 분석부는 상관 관계 분석을 위해 교호 작용 효과가 있는 환경 변수들 간에 다중 선형 회기 분석 방법을 사용한다.
성장 분석부는 단순 또는 다중 선형 회귀 분석을 통해 환경 변수와 식물의 성장에 대한 상관 관계를 도출한다. 또한, 성장 분석부는 도출된 상관 관계를 이용하여 최적의 재배 환경 조건을 설정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 관리 방법은 촬영 장치 및 기준자를 이용하여 재배중인 식물의 성장 정도를 주기적으로 측정함으로써 재배 환경 조건과 식물의 성장 사이의 상관 관계를 도출할 수 있다. 또한, 식물 재배 관리 시스템은 도출된 상관 관계를 통해 식물의 최적 재배 조건을 설정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
50: 식물 재배 시설 70: 식물
80: 기준자 100: 촬영 장치
200: 재배 환경 관리 장치 210: 제1 통신부
220: 환경 변수 측정부 230: 환경 변수 조정부
300: 제어 장치 310: 제2 통신부
320: 촬영 장치 제어부 330: 크기 산출부
340: 메인 제어부 350: 색상 산출부
360: 성장 분석부 370: 저장부
400: 통신망

Claims (13)

  1. 식물 재배지 위에 설치된 천장 또는 상기 식물 재배지의 지면에 세워진 기둥 구조물에 설치되고, 상기 식물 재배지에 재배 중인 식물들 중 적어도 하나의 식물과 상기 식물에 인접하여 배치된 구형의 기준자를 촬영하는 촬영 장치;
    환경 변수에 기초하여 상기 식물의 재배 환경 조건을 조절하는 재배 환경 관리 장치; 및
    상기 촬영 장치의 촬영 조건과 상기 기준자의 실제 크기를 저장하고, 상기 촬영 장치에서 촬영된 상기 식물의 영상을 수신하면, 상기 촬영 조건과 상기 기준자의 실제 크기에 기초하여 상기 식물의 영상으로부터 상기 식물의 크기 정보를 검출하며, 상기 식물의 영상에서 미리 설정된 부분에서 색상 정보값을 검출하고, 검출된 상기 식물의 크기 정보와 상기 색상 정보값을 포함하는 성장 데이터와 상기 재배 환경 조건 사이의 상관 관계를 분석하고, 상기 분석된 상관 관계에 따라 상기 재배 환경 관리 장치를 제어하는 제어 장치를 포함하고,
    상기 촬영 조건은 상기 촬영 장치에서 상기 기준자까지의 거리, 그리고 상기 촬영 장치의 촬영 각도를 포함하고,
    상기 제어 장치는
    상기 촬영 장치에서 촬영된 상기 영상을 수신하면, 상기 영상에서 상기 식물의 크기와 상기 기준자의 크기를 검출하고, 저장된 정보에서 상기 영상이 촬영된 촬영 장치의 상기 촬영 조건과 상기 기준자의 실제 크기를 수집하며,
    상기 촬영 조건, 상기 영상에서 검출된 상기 기준자의 크기, 그리고 상기 기준자의 실제 크기를 기초로 상기 영상에서 검출된 상기 식물의 크기로부터 상기 식물의 실제 크기를 산출하는 식물 재배 관리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 촬영 장치로부터 상기 식물 영상을 수신하는 제1 통신부;
    상기 촬영 장치의 작동을 제어하는 촬영 장치 제어부;
    상기 식물 영상에서 상기 식물의 영상 크기와 상기 기준자의 영상 크기를 검출하고, 미리 저장된 상기 기준자의 실제 크기와 상기 촬영 장치의 촬영 조건을 적용하여 상기 식물의 크기를 산출하는 크기 산출부;
    상기 식물 영상에서 미리 설정된 부분에서 색상 정보값을 검출하여 상기 색상 정보값의 평균값 또는 표준 편차값을 산출하는 색상 산출부; 및
    상기 식물의 크기 및 상기 색상 정보값을 포함하는 성장 데이터와 상기 재배 환경 조건 사이의 상관 관계를 분석하고, 상기 분석된 상관 관계에 따라 상기 재배 환경 조건을 설정하는 성장 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 성장 분석부는 상기 식물의 성장에 대한 상기 환경 변수의 유의성을 분석하고, 유의성이 분석된 상기 환경 변수로부터 상기 식물의 성장에 대한 주 효과 또는 교호 작용 효과 각각의 회귀 분석을 수행하여 상기 상관 관계를 도출하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 재배 환경 관리 장치는
    상기 제어 장치로부터 상기 환경 변수의 조절을 위한 환경 변수 제어 신호를 수신하는 제2 통신부;
    상기 재배 환경 조건의 환경 변수를 측정하는 환경 변수 측정부; 및
    상기 환경 변수 제어 신호에 따라 상기 환경 변수를 조정하는 환경 변수 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 환경 변수는 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 및 광파장 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 시스템.
  7. 식물 재배 관리 시스템이 식물의 성장 상태를 반영하여 식물의 재배 환경 조건을 관리하는 식물 재배 관리 방법에 있어서,
    (a) 적어도 하나의 식물에 식별값을 부여하고 상기 식물의 재배 정보와 환경 변수에 기초한 재배 환경 정보를 저장하는 단계;
    (b) 촬영 장치에서 각 식물에 인접하여 배치된 구형의 기준자까지의 거리, 그리고 상기 촬영 장치의 촬영 각도를 포함하는 식물별 촬영 조건을 저장하는 단계;
    (c) 상기 촬영 조건에 따라 상기 식물들 각각을 기준자와 함께 촬영된 식물 영상을 수신하는 단계;
    (d) 상기 식물 영상으로부터 식물의 크기를 검출하고, 상기 식물의 영상에서 미리 설정된 부분에서 색상 정보값을 검출하여 검출된 상기 식물의 크기 정보와 상기 색상 정보값을 포함하는 식물 성장 데이터를 산출하는 단계; 및
    (e) 상기 재배 환경 정보와 상기 식물 성장 데이터 사이의 상관 관계를 도출하고 도출된 상관 관계를 반영하여 상기 재배 환경 조건을 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 (d) 단계는
    상기 식물 영상을 수신하면, 상기 식물 영상에서 상기 식물의 크기와 상기 기준자의 크기를 검출하고, 저장된 정보에서 상기 식물 영상이 촬영된 촬영 장치의 상기 촬영 조건과 상기 기준자의 실제 크기를 수집하며,
    상기 촬영 조건, 상기 식물 영상에서 검출된 상기 기준자의 크기, 그리고 상기 기준자의 실제 크기를 기초로 상기 식물 영상에서 검출된 상기 식물의 크기로부터 상기 식물의 실제 크기를 산출하고,
    상기 촬영 장치는 식물 재배지 위에 설치된 천장 또는 상기 식물 재배지의 지면에 세워진 기둥 구조물에 설치되는 식물 재배 관리 방법.
  8. 삭제
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 기준자는 상기 식물의 크기에 상응하는 크기 및 색상 중 적어도 하나를 포함하여 배치되는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 환경 변수는 온도, 습도, 양액 성분, CO2 농도, 광량 및 광파장 중
    적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 상기 식물의 성장에 대한 상기 환경 변수의 유의성을 분석하고, 유의성이 분석된 상기 환경 변수로부터 상기 식물의 성장에 대한 주 효과 또는 교호 작용 효과 각각의 회귀 분석을 수행하여 상기 상관 관계를 도출하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 관리 방법.
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