KR20110053762A

KR20110053762A - 과수재배 현장에서 촬영된 이미지로부터 해충의 종류 및 분포를 분석하는 병해충 관리 시스템

Info

Publication number: KR20110053762A
Application number: KR1020090110431A
Authority: KR
Inventors: 이동혁; 최경희; 이영달
Original assignee: 디비비전(주)
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-05-24
Also published as: KR101118245B1

Abstract

과수재배 현장에서 해충들을 촬영하고 촬영된 이미지로부터 해충의 종류 및 분포를 분석하여 농약의 방제시기를 결정하기 위한 병해충 관리 시스템에 관한 것으로서, 과수재배 현장에 설치되고, 본체 내부로 유입되어 끈끈이 밑판에 달라붙은 해충들의 이미지를 촬상하는 적어도 하나이상의 과수해충 예찰장치; 해당 구역 내의 과수해충 예찰장치로부터 해충 이미지를 수집하여 중계하는 적어도 하나이상의 게이트웨이; 상기 해충 이미지를 수신하여 해충의 종류 및 개체수를 추출하고 추세정보를 분석하여 GIS맵 상에 표시하는 해충분포 분석장치를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 과수 해충의 예찰 관리 장치 및 방법에 의해, 원거리의 현장에 조사자가 파견되지 않아도 자동으로 해충의 밀도, 발생시기, 종류 등을 조사분석할 수 있고, 조사자의 경험이나 조사능력에 따라 조사분석이 달리 나오는 것을 방지할 수 있다.

성페로몬, 해충, 과수재배, 화상카메라, 트랩, 원격, 분석, 번식, 방제

Description

과수재배 현장에서 촬영된 이미지로부터 해충의 종류 및 분포를 분석하는 병해충 관리 시스템 { A preconsideration management system of fruit tree insect pest by extracting insect type and distribution from photograph images }

본 발명은 과수재배 현장에서 해충들을 촬영하고 촬영된 이미지로부터 해충의 종류 및 분포를 분석하여 농약의 방제시기를 결정하기 위한 병해충 관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 사과, 복숭아, 배, 자두, 매실, 살구 등의 핵과류에는 복숭아순나방, 복숭아심식나방, 사과무늬잎말이나방, 사과애모무늬잎말이나방 등 여러 종류의 해충이 발생한다.

이렇게 계절별 주기별 발생하는 해충을 미리 예측하고 관리하기 위해서 성페로몬 트랩(trap)을 과수 재배현장에 설치한 다음, 그 성페로몬 트랩에 들어온 해충을 조사하여 발생밀도와 종류를 파악하여 누적관리를 하고, 그에 따른 적절한 방제 조치를 취하였다.

그러나 해충의 발생밀도와 종류를 파악하기 위해서는 예찰요원(조사자)이 원거리의 현장에 직접 찾아가야 한다. 따라서 많은 시간과 인력이 소비되는 문제점이 있다. 또, 예찰요원이 초보자인 경우 해충의 종류를 오판하는 실수가 발생될 수 있고, 이로 인해 적절한 방제 대책을 강구하지 못할 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 해충이 있는 현장에 해충의 활동을 감시하는 장비를 설치하여 원격으로 해충에 관한 정보를 수집하는 기술이 제시되고 있다.

상기와 같은 원격 방제 시스템 및 방법에 대한 기술의 일례가 [대한민국 공개특허 10-2003-0032838(2003.4.26.공개), "원격 방제 시스템 및 그 방법 및 실시간 방제 방법"](이하 선행기술 1)에 개시되어 있다. 상기 선행기술 1은 해충 등의 방제를 위하여, 건축물에 설치되어 상기 해충 등의 활동을 감시하며 이들에 관한 정보를 수집하고, 무선 또는 유선 통신망을 통하여 상기 수집된 정보를 전송하는 다수의 원격지 감시 장치; 및 상기 원격지 감시 장치로부터 전송되는 상기 해충 등 관련 정보를 집중하여 수신하고 수신된 정보를 분석하며 운영하는 중앙 관제 장치를 포함하는 구성을 개시하였다.

그러나 상기 선행기술 1은 해충들의 움직임을 감지하기 위하여 각 해충별 감지센서를 이용하거나, 활동경로를 파악하기 위하여 여러 곳에 감지센서를 설치해야 하는 문제점이 있다. 또, 상기 선행기술 1은 유인 포충등, 자동 약제 분무 장치, 설치류 유인 포획틀 등에 열 감지기나 동작 감지기 등을 추가하여 보다 용이하게 감지센서를 이용하는 것을 제시하고 있으나, 해충들은 수시로 왕복하는 등 이동이 잦으므로, 지속적으로 감지해야 하는 문제점 등이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 해충에 대한 이미지를 촬영하여 해충을 예찰하는 기술이 제시되고 있다. 이 기술의 일례가 [대한민국 공개특허 2009-0003139(2009.01.09공개), "과수 해충의 예찰 관리 방법 및 그 장치"](이하 선행기술 2)에 개시되어 있다. 상기 선행기술 2는 성페로몬트랩(100)내부에 들어온 해충에 대한 이미지를 성페로몬트랩의 일측에서 촬영하고 전송할 수 있는 USN화상카메라를 설치하고, 관리자용CPU에 연결시켜서, 관리자용CPU에서 촬영결과를 확인함과 동시에 누적 저장하는 기술을 개시하고 있다.

그러나 상기 선행기술 2는 예찰된 해충의 이미지를 누적저장하는 기술을 제시하고 있으나, 해충의 이미지로부터 해충의 종류 또는 개체수를 추출하는 기술이나 분석된 해충정보에 대한 활용방안에 대하여 구체적으로 제시하고 있지 못하다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 과수재배 현장에서 해충들을 촬영하고 촬영된 이미지로부터 해충의 종류 및 분포를 분석하여 농약의 방제시기를 결정하기 위한 병해충 관리 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 농업기상정보를 제공하는 기상정보 서버와 네트워크로 연결된 병해충 관리 시스템에 관한 것으로서, 과수재배 현장에 설치되고, 본체 내부로 유입되어 끈끈이 밑판에 달라붙은 해충들의 이미지를 촬상하는 적어도 하나이상의 과수해충 예찰장치; 해당 구역 내의 과수해충 예찰장치로부터 해충 이미지를 수집하여 중계하는 적어도 하나이상의 게이트웨이; 상기 해충 이미지를 수신하여 해충의 종류 및 개체수를 추출하고 추세정보를 분석하여 GIS맵 상에 표시하는 해충분포 분석장치를 포함하고, 상기 해충분포 분석장치는, 상기 게이트웨이로부터 해충 이미지들을 수신하여, 상기 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하는 이미지 분석부; 각 지역별로, 상기 해충의 종류별 개체수의 추세정보를 구하고, 개체수와 추세정보에 의해 번식정도를 판단하는 번식추세 분석부; 상기 지역별 번식정보를 지도상에 표시하는 해충분포 GIS표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 병해충 관리 시스템에 있어서, 상기 과수해충 예찰장치는, 페로몬 향수가 설치된 본체를 구비하고, 상기 본체 내부로 해충이 유입 또는 유출될 수 있는 성페로몬트랩; 상기 성페로몬트랩의 상부 일측에 안착되고, 이미지를 촬상하고 촬상한 이미지를 전송하는 기능을 구비한 화상카메라; 상기 화상카메라로부터 촬상된 이미지를 상기 게이트웨이에 전송하는 이미지 전송부; 상기 화상카메라가 촬상주기별로 촬상하도록 제어하고, 촬상된 이미지를 저장하였다가 상기 이미지 전송부를 통해 이미지를 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 병해충 관리 시스템에 있어서, 상기 게이트웨이는, 상기 과수해충 예찰장치와 무선으로 송수신하고, 상기 해충분포 분석장치와 무선 또는 유선으로 송수신하는 것을특징으로 한다.

또, 본 발명은 병해충 관리 시스템에 있어서, 상기 이미지 분석부는, 촬영된 이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리하고, 분리된 상기 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화하여 노이즈를 제거하고, 2개의 영상을 이진화된 영상으로 결합하고, 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 이진화된 영상을 확산하고, 확산된 영상에서 이물질을 제거한후, 해충의 개체수를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 병해충 관리 시스템에 있어서, 상기 이미지 분석부는, (d1) 해충 이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리하는 단계; (d2) 분리된 상기 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화하는 단계; (d3) 상기 정규화된 영상에서 노이즈를 제거하여 배경과 해충이 구분되도록 하는 단계; (d4) 쓰레숄드(threshold)기법과 컬러영상과 밝기영상을 결합한 벡터분류(vector classification)기법으로 2개의 영상을 이진화된 영상으로 결합하는 단계; (d5) 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 이진화된 영상을 확산하는 단계; (d6) 확산된 영상에서 이물질을 제거하는 후처리과정을 수행하는 단계; (d7) 해충의 개체수를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해충 개체수 추출방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 병해충 관리 시스템에 있어서, 상기 번식추세 분석부는, 상기 기상정보 서버로부터 지역별 기상정보를 수신하여, 해충별 개체수 변화와 해충의 번식 환경을 이용하여 번식추세를 분석하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 병해충 관리 시스템에 의하면, 원거리의 현장에 조사자가 파견되지 않아도 자동으로 해충의 밀도, 발생시기, 종류 등을 조사분석할 수 있고, 조사자의 경험이나 조사능력에 따라 조사분석이 달리 나오는 것을 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.

특히, 과수 재배 현장에 설치된 성페로몬트랩에 들어온 해충을 조사시기마다 조사원이 직접 가서 파악하고 분석하는 번거로움에서 탈피함은 물론, 현장조사시마다 투입된 많은 인력과 시간 등의 경제적 물질적 비용을 대폭 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 병해충 관리 시스템에 의하면, 시간에 따라 해충의 개체수 변화를 분석하여 추세정보를 구하고 분석된 추세정보를 통해 번식정도를 예측함으로써, 방제 필요성 및 시기를 빠르고 정확하게 결정할 수 있는 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

본 발명의 일실시예에 따른 병해충 관리 시스템의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에서 보는 바와 같이, 병해충 관리 시스템은 과수해충 예찰장치(20), 게이트웨이(25), 해충분포 분석장치(40)로 구성된다.

과수해충 예찰장치(20)는 본체 내부(120)로 유입되어 끈끈이 밑판(150)에 달라붙은 해충들의 이미지를 촬상하고, 촬상한 이미지를 게이트웨이(25)에 전송한다. 게이트웨이(25)는 수신된 해충 이미지를 해충분포 분석장치(40)로 전송하면, 해충분포 분석장치(40)는 해충 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하고 추세정보를 분석하여 GIS맵 상에 표시한다.

과수해충 예찰장치(20)는 전국 각지의 과수재배 현장에 설치된다. 한 과수재배지 내에서도 여러 개의 과수해충 예찰장치(20)가 설치될 수도 있다. 게이트웨이(25)는 일정한 구역 내에 설치되어 이 구역 내에 있는 해충분포 분석장치(40)로부터 촬상된 해충 이미지들을 수신하여 해충분포 분석장치(40)로 중계한다.

과수해충 예찰장치(20)와 게이트웨이(25)는 무선으로 데이터를 송수신한다. 무선통신으로 무선랜(Wi-Fi) 등 단위 지역 내에서 무선통신을 할 수 있는 규격을 이용한다.

한편, 바람직하게는, 게이트웨이(25)는 해충분포 분석장치(40)와 무선통신으로 송수신한다. 이때, 게이트웨이(25)와 해충분포 분석장치(40) 간의 무선통신은 HSDPA 등 광역 통신망을 이용한다.

일반적으로 과수재배지는 유선 네트워크가 설치되지 않은 지역이 대부분이므로 무선통신을 이용해야 한다. 다만, 과수재배지 근처에 인터넷 등 유선망이 설치될 수 있다면 유선망에 연결하여 게이트웨이(25)가 설치될 수도 있다.

바람직하게는, 게이트웨이(25)는 무선랜에서 일종의 액세스 포인트(AP) 역할을 한다. 즉, 접속하는 과수해충 예찰장치(20)를 확인하여 IP주소를 할당하고 해충분포 분석장치(40)와 데이터를 송수신할 수 있도록 중계역할을 한다. 또, 게이트웨이(25)는 보안을 위해 각 과수해충 예찰장치(20)를 인증하고 보안통신을 할 수도 있다. 이를 위해, 무선랜의 WPA2 등의 보안통신 규격 등을 이용한다. 상기와 같은 보안 통신 기술은 공지기술이므로 구체적 설명은 생략한다.

한편, 해충분포 분석장치(40)는 수집하는 해충 이미지들이 어느 과수해충 예찰장치(20)로부터 촬상된 것인지에 대한 정보도 함께 수신한다. 과수해충 예찰장치(20)의 위치를 파악하기 위하여, 각 과수해충 예찰장치(20)의 위치를 사전에 입력받을 수도 있다. 바람직하게는, 게이트웨이(25)의 위치만 파악하여 과수해충 예찰장치(20)가 거치는 게이트웨이(25)를 식별함으로써 예찰장치(20)의 위치를 파악한다.

해충분포 분석장치(40)는 전국에 흩어져 설치된 다수의 과수해충 예찰장치(20)로부터 해충 이미지를 수집한다. 또, 수집된 해충 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하여 해충의 분포 및 번식 추세 등을 분석한다. 이 분석정보는 전국에 걸쳐 모든 과수재배지역의 해충 정보에 대한 것이다.

한편, 해충분포 분석장치(40)는 기상정보 서버(31)로부터 기상정보를 수집한 다. 기상정보 서버(31)는 기상관측장비(32)로부터 수신된 관측 데이터로부터 기상정보를 만들어 내고 저장한다. 특히, 기상정보는 온도, 습도 등 해충의 번식 환경과 관련된 정보들이다.

해충분포 분석장치(40)는 기상정보를 이용하여 해당 지역에 발견되는 해충의 번식에 적합한 환경인지를 판단하는 데 이용된다. 이를 통해, 개체수의 추세정보를 보다 정확하게 예측할 수 있고 번식정도를 파악할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 과수해충 예찰장치의 구성을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 과수해충 예찰장치(22)는 성페로몬트랩(21), 화상카메라(22), 이미지 전송부(23), 제어부(24)로 구성된다.

성페로몬트랩(21)은 페로몬 향수(130)가 설치된 본체(110)를 구비하고, 상기 본체 내부로 해충이 유입 또는 유출될 수 있다. 화상카메라(22)는 상기 성페로몬트랩(21)의 상부 일측에 안착되고, 이미지를 촬상하고 촬상한 이미지를 전송하는 기능을 구비한다.

성페로몬트랩(21)은 본체(110)에 페로몬향수(130)가 설치된다. 페로몬향수(130)에서 발산하는 페로몬에 의해 해충들이 유인된다. 유인된 해충들은 본체(110) 내부로 유입된다.

상기 성페로몬트랩(21)은 본체(110), 개구부(140), 끈끈이 밑판(150), 카메라 고정 케이스(160) 및 커버(170), 클램프(70)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

본체(110)는 내측에 밀폐된 수용공간(120)을 가지고 있는 사다리꼴 형상이다. 즉, 본체(110)의 상단보다 하단의 면적이 더 크게 구성된다. 본체(110)가 사다리꼴로 형상되어, 성페로몬트랩(21)이 보다 안정적으로 세워진다. 특히, 본체(110)의 상단에 화상카메라(22)가 안착되므로 아래가 보다 안정적으로 지지될 필요가 있다.

개구부(140)는 상기 본체(110)의 좌측 또는 우측, 또는 양측 면에 구비되어 해충이 유입 또는 유출할 수 있다. 본체(110)의 정면 또는 후면에 구비될 수도 있다. 해충은 개구부(140)를 통해 드나든다.

끈끈이 밑판(150)은 상기 본체(110)의 내측 바닥에 설치되고, 페로몬 향수(130)를 고정한다. 페로몬 향수(130)는 페로몬이 담겨져 지속적으로 페로몬을 발산한다. 해충들은 페로몬에 의해 본체(110)의 내부로 유인된다.

끈끈이 밑판(150)의 상단에는 끈끈한 물질이 도포되어 있다. 해충이 끈끈이 밑판(150)의 위에 앉으면 끈끈이 물질에 달라붙는다. 즉, 페로몬에 의해 유인된 해충은 대부분 끈끈이 밑판(150)에 달라붙을 것을 예상할 수 있다.

바람직하게는, 끈끈이 밑판(150)은 조사자에 의하여 일주일 또는 보름 정도의 긴 기간에 교체된다. 그러나 유인된 해충이 많아 끈끈이 밑판(150)에 상당량의 해충이 붙어있으면 보다 빠르게 교체될 수 있다.

카메라 고정 케이스(160) 및 커버(170)는 상기 본체(110)의 외측 상부에 설치되고, 상기 화상카메라(22)를 안착 고정할 수 있다. 카메라 고정 케이스(50)는 사각형의 함 모양으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 케이스(160)의 하단에는 관통홀이 구비된다. 화상카메라(22)가 안착되면 카메라의 렌즈가 맞추어지는 부분이다. 즉, 화상카메라(22)는 관통홀을 통해 본체(110)의 하단에 설치된 끈끈이 밑판(150)을 촬상한다.

클램프(180)는 상기 본체(110)의 외측 상부의 일측에 설치되어, 상기 커버(170)를 상기 케이스(160)에 덮고 잠글 수 있다. 클램프(180)가 설치된 본체의 상단의 반대편에는 절첩으로 케이스(160)와 본체(110)의 상단이 연결된다.

화상카메라(22)는 상기 성페로몬트랩(21)의 상부 일측에 안착되고, 이미지를 촬영하고 촬영한 이미지를 전송한다. 즉, 화상카메라(22)는 성페로몬트랩(21)의 상단에 설치되어 성페로몬트랩(21)의 바닥을 향하여 이미지를 촬영한다.

본체(110)의 바닥에는 끈끈이 밑판(150)이 있고, 개구부(140)로 들어온 해충은 끈끈이 밑판(150)에 달라붙는다. 따라서 화상카메라(22)는 끈끈이 밑판(150)에 달라붙은 해충을 촬영할 수 있다. 즉, 페로몬에 의해 성페로몬트랩(21)의 내부로 유인된 해충은 끈끈이 밑판(150)에 달라붙으므로, 화상카메라(22)는 유인된 해충의 대부분을 촬상할 수 있다. 화상카메라(22)로 촬상된 이미지의 예가 도 4에 도시되고 있다.

이미지 전송부(23)는 상기 화상카메라(22)로부터 촬상된 이미지를 상기 게이트웨이(25)에 전송한다. 이미지 전송부(23)는 게이트웨이(25)와 무선랜 등 무선통신을 이용하여 데이터를 송수신한다.

이미지 전송부(23)는 메모리를 포함하여 촬상된 이미지를 저장하였다가 일괄 적으로 송신할 수도 있다. 또, 게이트웨이(25)와 통신이 두절되면 촬상된 이미지를 모두 메모리에 기록한다. 차후, 관찰요원이 직접 와서 상기 메모리에 저장된 내용을 옮겨 가져갈 수도 있다.

제어부(24)는 상기 화상카메라(22)가 촬상주기별로 촬상하도록 제어하고, 촬상된 이미지를 저장하였다가 상기 이미지 전송부(23)를 통해 이미지를 전송하도록 제어한다.

촬상주기는 1시간, 1일 등으로 일정한 주기로 정해질 수 있다. 또, 하루의 오전 9시, 오후 1시, 저녁 6시 등 하루의 시간 내에서 정해진 시간에 촬상할 수 있도록 정해질 수도 있다.

바람직하게는, 화상카메라(22)는 하루에 1회 또는 2회 간격 간격으로 촬상한다. 성페로몬트랩(21)의 내부로 유인된 해충은 끈끈이 밑판(150)에 달라붙기 때문에, 자주 촬상할 필요가 없다.

상기 촬상주기는 미리 제어부(24)에 기록될 수도 있고, 제어부(24)는 해충분포 분석장치(40)로부터 촬상주기를 수신할 수도 있다. 제어부(24)는 수신된 촬상주기에 따라 촬상할 수 있도록 화상카메라(22)를 제어한다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 해충분포 분석장치(40)의 구성을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 해충분포 분석장치(40)는 이미지 분석부(41), 번식추세 분석부(42), 해충분포 GIS표시부(43), 데이터 수신부(45), 촬상주기 설정부(46)로 구성된다. 추가적으로 기상정보 수신부(44)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

데이터 수신부(45)는 상기 과수해충 예찰장치(20)로부터 해충이미지를 포함하는 데이터를 수신하여 저장한다. 특히, 과수해충 예찰장치(20)의 이미지 전송부(24)로부터 해충 이미지를 수신한다.

촬상주기 설정부(46)는 상기 과수해충 예찰장치(20)의 촬상 주기를 제어한다.

이미지 분석부(41)는 상기 게이트웨이(25)로부터 해충 이미지들을 수신하여, 상기 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출한다. 특히, 이미지 분석부(41)는 촬영된 이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리하고, 분리된 상기 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화하여 노이즈를 제거하고, 2개의 영상을 이진화된 영상으로 결합하고, 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 이진화된 영상을 확산하고, 확산된 영상에서 이물질을 제거한후, 해충의 개체수를 측정한다.

즉, 이미지 분석부(41)는 전송받은 이미지로부터 촬영된 해충의 종류, 개체수, 발생시기, 장소 등의 해충 정보가 추출하여 저장한다. 이미지 분석부(41)는 분석된 결과를 저장하여 데이터베이스화한다. 축적된 데이터베이스는 활용되어, 향후 농약의 살포시기 및 해충에 대한 사전 방제를 할 수 있게 된다.

이미지 분석부(41)의 해충 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하는 방법을 도 4 내지 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 방법은, (d1) 촬영된 이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리하는 단계(S41); (d2) 분리된 상기 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화하는 단계(S42); (d3) 상기 정규화된 영상에서 노이즈를 제거하여 배경과 해충이 구분되도록 하는 단계(S43); (d4) 쓰레숄드(threshold)기법과 컬러영상과 밝기영상을 결합한 벡터분류(vector classification)기법으로 2개의 영상을 이진화된 영상으로 결합하는 단계(S44); (d5) 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 이진화된 영상을 확산하는 단계(S45); (d6) 확산된 영상에서 이물질을 제거하는 후처리과정을 수행하는 단계(S46); (d7) 해충의 개체수를 측정하는 단계(S47)로 나뉜다.

먼저, 촬영된 원본이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리한다(S41). 예를 들면, 도 5a는 원본이미지에서 채도(saturation)로 추출한 이미지이고, 도 5b는 농도(intensity)로 추출한 이미지이고, 도 5c는 색상(hue)에 의해 추출된 이미지이다.

다음으로, 분리된 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화한다(S42). 노이즈나 영상분할을 하기 위해 표준화(정규화)하는 과정이다. 그리고 노이즈를 제거한다(S43). 정규화와 노이즈가 제거되면 배경과 해충을 구분할 수 있게 된다. 정규화와 노이즈를 제거한 영상이 도 5d에 보여주고 있다.

다음으로, 쓰레숄드(thresholding)기법으로 컬러영상과 밝기영상을 이진화한다(S44). 이진화란 흑과 백(0과 1)으로 영상의 각 화소를 나누는 것을 말한다. 쓰레숄드 값(threshold)을 기준으로 넘으면 흑(110), 안넘으면 백(0)으로 구분하는 방식이다. 그리고 컬러영상과 밝기영상을 결합하여 벡터 분류(vector classification)기법을 적용한다. 이진화를 통해, 도 5e와 같이, 해충영상은 해충과 배경의 경계가 뚜렷하게 구분된다.

다음으로, 배경과 해충(개체)의 경계를 만들고 범위를 결정하기 위하여, 모포로지 처리(Morphological processing)를 적용한다(S45). 모포로지 처리를 하면, 도 5f에서 보는 바와 같이, 해당 해충보다 작은 이물질은 제거되고, 분리되었던 해충은 결합되는 것을 볼 수 있다.

다음으로, 모포로지 처리된 영상에서 이물질을 제거하고 원하는 해충만을 검출하기 위한 후처리 과정을 실시한다(S46).

마지막으로, 후처리된 영상에서 최종분리된 해충의 종류와 개체수를 측정하여 그 결과를 보여준다(S47). 도 5g에서 보는 것과 같은 화면으로 결과를 보여준다.

한편, 해충의 종류는 도 6과 같은 해충의 특징을 가려내어 구분한다. 도 6에서 보는 바와 같이, 해충의 종류는 기본적으로 해충의 길이로 구분되면, 일부 사과무늬잎말이 나방이나 애모무늬잎말이 나방 등은 색상에 의하여 구분될 수도 있다.

또한, 이미지 분석부(41)는 이미지를 통해 해충의 종류와 수량을 분석할 때, 이전에 촬영된 이미지와 비교하여 새롭게 변화된 부분에서 인식되는 해충만이 새로 유인된 해충으로 인식한다.

번식추세 분석부(42)는 각 지역별로, 상기 해충의 종류별 개체수의 추세정보 를 구하고, 개체수와 추세정보에 의해 번식정도를 판단한다. 번식추세 분석부(42)는 해충의 번식속도를 측정하여 향후 해충 확산속도 등을 예측할 수 있다. 이를 통해, 해충에 의한 피해를 예측할 수도 있다.

성호르몬트랩(21)의 내부로 들어온 해충들은 끈끈이 밑판(150)에 달라붙어 관측된다. 끈끈이 밑판(150)에 달라붙은 해충들은 일정한 주기(예를 들면, 하루 1-2회)로 화상카메라(22)에 의해 촬영된다. 따라서 이전에 촬영된 이미지로부터 측정된 개체수와 이후에 촬영된 이미지로부터 관측된 개체수를 비교하면 촬영주기 동안 증가된 개체수를 확인할 수 있다.

따라서 시간대별로 각 해충의 종류에 따라 해충의 개체수가 증가하는 시계열 데이터를 얻을 수 있다. 상기 시계열 데이터를 추세분석하면 향후 개체가 확산속도를 계산하여 확산속도를 예측할 수 있다.

번식추세 분석부(42)는 상기 기상정보 서버(31)로부터 지역별 기상정보를 수신하여, 해충별 개체수 변화와 해충의 번식 환경을 이용하여 번식추세를 분석한다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 해충의 번식은 기후조건과 밀접한 관계가 있기 때문에, 해충의 번식이 유리한 환경과 불리한 환경으로 세분화하여 분석이 가능하다. 예를 들면, 해충의 개체수의 증가율이 높고 그 지역의 기후조건이 해충의 번식에 유리한 환경이라면 번식추세를 보다 빠른 것으로 예측할 수 있다. 또, 반대로 해충의 번식에 불리한 환경이라면 개체수의 증가율이 높더라도 추세는 보다 적게 예측할 수 있을 것이다.

즉, 추세값에 기후조건에 의한 가중치를 두어 계산하고, 그 기후조건이 번식 에 좋은 환경인지에 따라 가중치의 값을 다르게 설정한다.

한편, 번식추세 분석부(42)는 해당 지역에서의 해충 개체 증가도 예측하지만, 해충이 주변으로 확산되는 번식정도도 예측한다. 예를 들면, A지역에 최초로 발견된 해충 B의 개체수 증가가 A지역에서 증가할 뿐만 아니라 A지역 주변에서도 발견되기 시작한다면 A지역에 발생하여 주변으로 확산하는 것을 감지할 수 있다. 이때, 주변지역에서의 개체수 증가나 주변지역의 기후조건을 통해 확산속도도 예측할 수 있다.

앞서 본 바와 같이, 만약 주변지역의 기후조건이 해충 B의 번식환경에 좋은 지역이라면 보다 빨리 확산됨을 예측할 수 있을 것이다.

번식추세 분석부(42)는 상기와 같은 분석자료를 기초로 하여, 해충의 번식 또는 확산을 예측하고, 해충 취약지구에 대한 경고를 할 수 있다.

해충분포 GIS표시부(43)는 상기 지역별 번식정보를 지도상에 표시한다.

번식추세 분석부(42)는 전국 지역에서 설치된 성페르몬트랩(21)으로부터 축적된 자료로부터 해충의 번식 및 확산 추세를 구하여, 전국적인 해충의 분포 및 확산을 예측할 수 있다. 해충분포 GIS표시부(43)는 번식추세 분석부(42)에서 구한 각 지역의 해충의 개체수 및 증가율, 또는 해충의 번식 및 확산 추세를 지도상에 표시한다.

해충분포 GIS표시부(43)는 도 7a와 같은 전국지도의 수치지도 정보를 취득한다. 그리고 도 7b와 같은 기상정보도 취득한다. 해충들의 발생이나 번식은 기상조 건과 아주 밀접한 관계를 가지므로, 기상정보를 취득하는 것은 해충들의 분포나 확산을 예측하는 데 아주 중요한 정보가 된다.

해충분포 GIS표시부(43)는 지도 및 기상 정보 등의 환경정보를 수집한 후, 축적된 해충의 종류 및 개체수 정보를 합하면, 전국적인 해충 분포 정보를 얻을 수 있다. 이러한 해충분포 정보는 도 7c와 같이 시각화될 수 있다. 또, 이러한 시각화된 정보는 도 7b와 같이, 인터넷의 웹페이지 등을 통해 일반 농가가 볼 수 있도록 제공될 수 있다.

한편, 해충분포 GIS표시부(43)는 예측된 해충 확산속도 등을 표시할 수 있다. 이를 통해, 해충에 의한 피해를 한 눈에 예측할 수 있다.

해충분포 GIS표시부(43)는 상기와 같은 분석자료를 기초로 하여, 번식 또는 확산되는 정도나 예측되는 값이 기준값보다 큰 경우 해충 취약지구로 설정하여 경고표시를 할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 과수재배 현장에서 해충들의 종류와 분포를 파악하여 농약의 방제시기를 판단하는 장치의 개발에 적용이 가능하다. 특히, 과수재배 현장에 성페로몬 트랩을 설치하고 원격에서 성페로몬 트랩에 포집되는 개체를 분석하여 과수해충을 예찰하는 장치에 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병해충 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 과수해충 예찰장치의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해충분포 분석장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 해충 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 화상카메라로 촬상한 이미지를 예시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 해충 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하는 과정의 각 단계에서 처리된 이미지를 예시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 해충의 종류 및 해충 인식방법을 표시한 표의 일례이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 전국지도에 해충 분포 정보를 표시하는 일례를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 무선 기지국 12 : 인터넷

20 : 과수해충 예찰장치 21 : 성페로몬 트랩

22 : 화상카메라 23 : 과수

25 : 게이트웨이

31 : 기상정보 서버 32 : 기상측정장비

40 : 해충분포 분석장치 41 : 이미지 분석부

42 : 번식추세 분석부 43 : 해충분포 GIS표시부

44 : 기상정보 수신부 50 : 데이터베이스

110 : 본체 120 : 수용공간

130 : 페로몬 향수 140 : 개구부

150 : 끈끈이밑판 160 : 케이스

170 : 커버 180 : 클램프

190 : 제어부

Claims

농업기상정보를 제공하는 기상정보 서버와 네트워크로 연결된 병해충 관리 시스템에 있어서,

과수재배 현장에 설치되고, 본체 내부로 유입되어 끈끈이 밑판에 달라붙은 해충들의 이미지를 촬상하는 적어도 하나이상의 과수해충 예찰장치;

해당 구역 내의 과수해충 예찰장치로부터 해충 이미지를 수집하여 중계하는 적어도 하나이상의 게이트웨이;

상기 해충 이미지를 수신하여 해충의 종류 및 개체수를 추출하고 추세정보를 분석하여 GIS맵 상에 표시하는 해충분포 분석장치를 포함하고,

상기 해충분포 분석장치는,

상기 과수해충 예찰장치로부터 해충이미지를 포함하는 데이터를 수신하는 데이터 수신부;

상기 과수해충 예찰장치의 촬상 주기를 제어하는 촬상주기 설정부;

상기 게이트웨이로부터 해충 이미지들을 수신하여, 상기 이미지로부터 해충의 종류 및 개체수를 추출하는 이미지 분석부;

각 지역별로, 상기 해충의 종류별 개체수의 추세정보를 구하고, 개체수와 추 세정보에 의해 번식정도를 판단하는 번식추세 분석부;

상기 지역별 번식정보를 지도상에 표시하는 해충분포 GIS표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병해충 관리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 과수해충 예찰장치는,

페로몬 향수가 설치된 본체를 구비하고, 상기 본체 내부로 해충이 유입 또는 유출될 수 있는 성페로몬트랩;

상기 성페로몬트랩의 상부 일측에 안착되고, 이미지를 촬상하고 촬상한 이미지를 전송하는 기능을 구비한 화상카메라;

상기 화상카메라로부터 촬상된 이미지를 상기 게이트웨이에 전송하는 이미지 전송부;

상기 화상카메라가 촬상주기별로 촬상하도록 제어하고, 촬상된 이미지를 저장하였다가 상기 이미지 전송부를 통해 이미지를 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병해충 관리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 게이트웨이는,

상기 과수해충 예찰장치와 무선으로 송수신하고, 상기 해충분포 분석장치와 무선 또는 유선으로 송수신하는 것을 특징으로 하는 병해충 관리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 이미지 분석부는,

촬영된 이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리하고, 분리된 상기 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화하여 노이즈를 제거하고, 2개의 영상을 이진화된 영상으로 결합하고, 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 이진화된 영상을 확산하고, 확산된 영상에서 이물질을 제거한후, 해충의 개체수를 측정하는 것을 특징으로 하는 병해충 관리 시스템.
제 4항에 있어서, 상기 이미지 분석부는,

(d1) 해충 이미지를 컬러영상과 밝기영상으로 분리하는 단계;

(d2) 분리된 상기 컬러영상과 밝기영상의 화소값 분포를 정규화하는 단계;

(d3) 상기 정규화된 영상에서 노이즈를 제거하여 배경과 해충이 구분되도록 하는 단계;

(d4) 쓰레숄드(threshold)기법과 컬러영상과 밝기영상을 결합한 벡터분류(vector classification)기법으로 2개의 영상을 이진화된 영상으로 결합하는 단계;

(d5) 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 이진화된 영상을 확산하는 단계;

(d6) 확산된 영상에서 이물질을 제거하는 후처리과정을 수행하는 단계;

(d7) 해충의 개체수를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해충 개체수 추출방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 병해충 관리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 번식추세 분석부는,

상기 기상정보 서버로부터 지역별 기상정보를 수신하여, 해충별 개체수 변화와 해충의 번식 환경을 이용하여 번식추세를 분석하는 것을 특징으로 하는 병해충 관리 시스템.