KR20150059669A - 볼록총채벌레 자동계수 장치 - Google Patents

Abstract

볼록총채벌레를 자동으로 계수하는 장치가 개시된다. 본 발명은 최근 과실수에 피해를 주는 것으로 파악된 미세해충인 볼록총채벌레(Scirtothrips Dorsalis)를 머신 비전(Machine Vision)과 영상 처리 기술을 활용하여 자동으로 계수 하는 장치에 관한 것이다. 볼록총채벌레 자동계수 장치는 볼록총채벌레가 수집된 트랩과, 상기 트랩이 안착되고 전후좌우로 이동 가능한 트랩 스테이지와, 상기 트랩에 조명을 비추는 조명부와, 상기 트랩의 영상하여 전송하는 카메라와, 상기 카메라와 트랩 사이에 승강 가능하게 설치되어 초점을 변경시키는 렌즈와, 상기 카메라에 의해 취득한 영상을 수신하여 볼록총채벌레를 판별하여 그 수를 계수하는 계수부를 포함한다.

Description

볼록총채벌레 자동계수 장치 {Automatic counting device for the Scirtothrips Dorsalis}

본 발명은 볼록총채벌레를 자동으로 계수하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 최근 과실수에 피해를 주는 것으로 파악된 미세해충인 볼록총채벌레(Scirtothrips Dorsalis)를 머신 비전(Machine Vision)과 영상 처리 기술을 활용하여 자동으로 계수 하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 해충은 작물 재배에 여러 가지 피해를 입힌다. 예를 들어 총채벌레류와 같은 해충의 경우 과실에 피해를 주어 과실의 수확량을 감소시키고 과실의 상품성을 저하시킨다.

따라서 해충에 의한 작물의 피해를 미연에 방지하기 위해서는 무엇보다도 해당 작물과 관련된 해충의 출몰 시기나 해당 작물 주변의 해충 밀도 등을 관리자가 미리 파악하여 이에 대비하는 것이 중요하다.

그러나 대부분의 해충의 경우 매우 활발하게 움직이는 생물이며, 일반적으로 크기가 작기 때문에 육안으로 관찰하기 어려운 경우가 많다.

따라서 최근에는 페로몬과 끈끈이를 이용해 해충을 유인한 상태에서 포획함으로써 해충의 예찰이 용이하게 되도록 마련된 해충예찰 트랩장치가 등장하고 있다. 즉, 이러한 종래 해충예찰 트랩장치는 유인공간을 형성하는 본체와 본체 바닥면에 부착된 끈끈이를 통해 구성된다.

이러한 해충예찰 트랩장치는 사용시 본체 내부 한쪽에는 페로몬 방출기를 통하여 페로몬을 방출시키게 되는데, 이 상태의 해충예찰 트랩장치를 작물재배지 일정장소에 설치하게 되면, 페로몬에 의해 유인공간으로 유인된 해충은 상기 끈끈이에 부착되어 포획되고, 이용자는 본체에 포획된 해충을 관찰 및 계수함으로써 그 개체의 발생 상황을 용이하게 파악할 수 있게 된다.

하지만 국내에 60여종이 분포하고 있는 열대성 곤충인 총채벌레류 중에서 최근 동남아로부터 유입되어 제주도 감귤원을 중심으로 많은 피해를 입히고 있는 볼록총채벌레의 경우는 성충의 크기가 1㎜ 미만이어서 트랩에 포획되더라도 이용자가 육안으로는 식별이 불가능하다.

한편, 이러한 종래 해충예찰 트랩장치를 사용하여도 관찰과 계수에 제한적일 수밖에 없는 1㎜ 미만의 미세해충은 관찰자가 직접 광학현미경을 통해 트랩 전체를 살펴서 해당 해충을 식별하여 계수하여야 한다. 이러한 예찰 방식은 식별 시간이 오래 걸리고 해충 식별에 숙련된 인력이 별도로 필요한 문제점이 있다.

농업 분야에서 하우스나 노지에서 재배되는 과수작물(감귤, 사과, 배, 토마토 등)들은 주기적으로 병해충 예찰을 실시한다. 해충에 대한 예찰은 주로 간이 트랩(끈끈이트랩, 성페로몬트랩 등)을 설치하여 포획된 해충들의 개체수를 예찰 요원들이 직접 현장에 방문하여 계수하거나 트랩을 수거하여 지정된 곳에서 계수하는 방식으로 실시된다.

해충 중에는 볼록총채벌레와 같이 육안으로 식별할 수 없을 만큼 작은 미세해충(1㎜ 미만)이 존재한다. 미세해충에 대한 예찰은 현장에서 계수할 수 없고 광학현미경을 보유한 곳에서 별도 인력에 의해 계수된다. 이러한 예찰 방식은 식별 시간과 인력에서 많은 제약이 따른다.

또한, 이용자의 숙련도에 따라 볼록총채벌레를 식별하는데 차이가 있고, 넓은 트랩을 광학현미경으로 확대해서 식별하다보면 어떤 부분은 빠트리고 지나치는 경우가 있어 개체수 파악에 있어 정확도와 신뢰도가 떨어지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 10-1109337

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 해충 예찰 트랩을 영상으로 획득하여 영상 인식을 통해 볼록총채벌레를 자동으로 계수할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 볼록총채벌레가 수집된 트랩; 상기 트랩이 안착되고 전후좌우로 이동 가능한 트랩 스테이지; 상기 트랩에 조명을 비추는 조명부; 상기 트랩의 영상하여 전송하는 카메라; 상기 카메라와 트랩 사이에 승강 가능하게 설치되어 초점을 변경시키는 렌즈; 및 상기 카메라에 의해 취득한 영상을 수신하여 볼록총채벌레를 판별하여 그 수를 계수하는 계수부;를 포함한다.

바람직하게, 상기 트랩의 양단을 눌러 상기 트랩 스테이지에 고정시키는 트랩 고정가이드를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 트랩 고정가이드는 상기 트랩 스테이지에 힌지에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상기 힌지에는 토션 스프링에 구비되어 상기 트랩 고정가이드가 상기 트랩을 상기 트랩 스테이지에 밀착 고정시킨다.

바람직하게, 상기 트랩 스테이지에는 상기 트랩 고정가이드에 구비된 경사면을 밀어 상기 트랩 고정가이드를 회전시키는 레버가 설치된다.

바람직하게, 상기 레버는 상기 트랩 스테이지에 수직 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 일단에는 손잡이가 타단에는 상기 경사면을 미는 푸싱부가 구비된다.

한편, 본 발명은 간이 트랩을 올려놓고 영상을 획득하는데 필요한 기구물이 조합된 구동부와; 구동부의 트랩 스테이지를 미세 간격으로 이동시키기 위한 제어부와; 트랩 영상을 촬영할 수 있도록 마련된 영상부와; 트랩을 조명하도록 마련된 조명부와; 영상 인식을 활용하여 트랩에 포획된 개체수를 계수하는 계수부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 구동부는 2축(X-Y) 이동식 트랩 스테이지를 통해 트랩의 크기에 따라 조정 가능한 이동식 가이드를 부착하여 사용자 편리성과 영상획득 용이성을 높인다. 특히 노지에 설치된 트랩은 자연 환경에 영향을 받아 비정형적으로 휘어지거나 틀어져서 영상 촬영시 초점이 맞지 않게 되어 영상 인식이 제대로 되지 않는 것을 해결하기 위해 트랩 고정용 가이드를 장착하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 구동부는 상하(Z축) 이동식 모터를 통해 트랩과 렌즈 사이의 초점 거리를 조정할 수 있도록 하여 획득 영상의 품질을 보정하고 영상 인식에 적합한 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 구동부는 한계 센서를 통해 트랩 스테이지의 이동 범위를 한정시켜 구동 모터의 회전 과부하를 예방하고 트랩 영상 획득 범위를 제공하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 제어부는 모션컨트롤러와 센서드라이버를 통해 구동부에 장착된 모터와 센서를 제어하고, 계수부와 통신을 통해 원활한 모션 제어가 가능하도록 마련하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 영상부는 마이크로 렌즈를 통해 1㎜ 미만의 해충이 FOV(Field Of View)에 표시될 수 있는 것으로 장착하고, 고해상도 칼라 CCD를 통해 영상 내의 색상 값을 이용한 영상 처리가 가능하도록 마련하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 조명부는 조도 컨트롤러를 통해 사용 환경에 맞는 조도를 0~1024 범위로 디지털 제어가 가능하도록 마련하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 상기 계수부는 인공신경망을 통해 볼록총채벌레의 형상을 학습하여 판별 모델을 생성하고 인식 과정에서 이를 활용하여 판별을 수행하는 것을 특징으로 하고, 특히 전처리 과정에서 그레이 영상과 그레디언트 영상을 합성하여 인식율을 향상 시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치는 해충을 계수하는데 소요되는 시간을 줄여주고, 이용자가 잘못 식별하는 경우를 원천적으로 배제하며, 숙련되지 않은 이용자도 쉽게 활용하기에 적합하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치의 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치의 정면도 측면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치의 일부 구성요소인 트랩 고정가이드의 사시도로서, 도 4는 트랩 고정 위치를, 도 5는 트랩 해제 위치를 각각 보여준다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 트랩 스테이지에 올려진 트랩에 대해 영상을 분활 획득하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 트랩 영상을 획득하는 절차를 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 자동으로 계수하는 절차를 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 판별 모델을 생성하는 절차를 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 영상을 판별하는 절차를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치에 있어서, 전처리을 진행하는 절차를 나타낸 순서도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치가 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 볼록총채벌레 자동계수 장치는 구동부(100)와 제어부(200)와, 영상부(300)와, 조명부(400)를 포함하여 이루어지고, 계수부(500)에 의해 자동계수 된다.

상기 구동부(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 해충이 포획된 트랩을 올려놓을 수 있는 트랩 스테이지(110)와, X축과 Y축으로 스테이지를 이동 시킬 수 있는 구동력을 제공하는 구동모터와, 스테이지(110)의 이동 범위를 한정시킬 수 있는 한계센서를 내장한 모터부스(120)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 트랩 스테이지(110)에는 비정형적으로 휘어지거나 틀어져 있는 트랩을 고정하기 위한 트랩 고정가이드(111)를 포함한다.

상기 트랩 고정가이드(111)는 도 4와 도 5에 도시되어 있다. 도 4는 트랩(600)을 펴서 고정하여 구속하고 있는 상태를 보여주고, 도 5는 트랩(600)의 구속을 해제한 상태를 보여준다.

상기 트랩 고정가이드(111)는 양쪽에서 트랩(600)을 펴서 고정할 수 있도록 두 개를 마련한다.

상기 트랩 고정가이드(111)는 트랩 스테이지(110)에 힌지(113)에 의해 회전 가능하게 설치되어 있고, 트랩(600)을 눌러 고정할 수 있도록 탄성력을 제공하는 토션 스프링(114)이 힌지(113)에 설치되어 있다.

상기 트랩 고정가이드(111)는 수동으로 동작시킬 수 있도록 각 트랩 고정가이드(111)마다 레버(112)가 설치되어 있다.

상기 레버(112)는 트랩 스테이지(110)에 수직 방향의 회전축(112c)을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있고, 일단에는 손잡이(112a)가 구비된다. 상기 레버(112) 타단에는 상기 트랩 고정가이드(111)에 구비된 경사면(111a)을 밀어 상기 트랩 고정가이드(111)를 회전시키는 푸싱부(112b)가 구비된다.

따라서 도 4와 같은 경우에는 트랩 고정가이드(111)가 스프링(114)의 탄성력에 의해 트랩(600)을 펴서 잡고 있는 상태이고, 레버(112)는 트랩 고정가이드(111)의 경사면(111a)을 누르지 않고 있는 상태이다. 도 5와 같은 경우에는 작업자가 레버(112)의 손잡이(112a)를 시계방향으로 돌려 트랩 고정가이드(111)를 세운 상태이다. 작업자가 레버(112)를 전술한 바와 같이 돌리면 상기 레버(112)의 푸싱부(112b)가 상기 고정가이드(111)의 경사면(111a)을 타고 오르면서 밀게 되고, 그에 따라 상기 트랩 고정가이드(111)는 도 5와 같은 상태로 스프링(114)의 탄성력을 극복하고 회전하게 되어 수직으로 서 있게 된다.

결국, 상기 트랩(600)은 트랩 고정가이드(111)로부터 구속이 해제되어 새로운 트랩으로 교환할 수 있는 상태가 된다.

또한, 구동부(100)에는 영상부(300)를 탑재할 수 있는 거치대(131)와 조명부(400)를 탑재할 수 있는 거치대(141)를 고정하기 위한 지지대(130)를 포함하고, 전원 공급과 차단 및 긴급 중지 동작을 시행하는 스위치를 모아놓은 스위치부스(140)를 포함한다.

상기 구동부(100) 전체 전원을 공급하거나 차단하는 메인스위치(141)를 포함하고, 계수부(500)의 동작을 확인하기 위한 모니터 지지대(150)와 모니터(151)를 포함한다. 여기서, 영상부 거치대(131)에는 트랩과 렌즈(320) 사이의 초점 거리를 조정할 수 있는 상하 이동용 초점조정모터(121)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 구동부(100)의 각 구성 요소를 올려놓는 용도와 제어부(200)를 한 곳에 모아 놓을 수 있는 제어함(210)과 구동부(100)의 위치 이동이 용이하도록 고정 레버가 장착된 롤러(160)를 포함하여 구동부(100)의 외형을 형성한다.

상기 제어부(200)는, 제어함(210) 내부에 장착되어 트랩 스테이지(110)의 2축(X-Y) 이동을 제어하고 초점 조정용 모터(121)의 상하 이동을 제어하기 위한 프로그램 가능한 모션컨트롤러와 이를 전기적 신호로 변환하여 모터에 직접 인가 시켜주는 모터드라이버를 마련하고, 각 모터의 범위를 제한하기 위해 장착된 한계센서의 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환해 주는 센서드라이버를 마련하고, 전기를 필요로 하는 구성요소에 알맞은 교류와 직류 전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 마련하고, 계수부(500)의 위치제어 명령과 속도제어 명령을 전달 받을 수 있는 통신포트들을 마련하여 이루어진다.

여기서, 통신포트는 USB나 RS232C와 같은 시리얼 통신이 가능한 것으로 제한한다.

상기 영상부(300)는, 해충이 포획된 트랩에서 1㎜ 미만의 해충에 대해 그 특징을 식별하기에 적합한 2메가 픽셀 이상을 지원하는 고해상도 칼라 CCD(310)와, 광학 현미경의 30배율이나 50배율 정도의 확대 효과에 상응할 수 있는 마이크로 렌즈(320)를 마련하여 이루어진다.

여기서, 영상부(300)를 통해 획득한 영상은 계수부(500)에 전달되어, 도 7 내지 도 11에 제시된 순서도의 영상제공(S810)에서 사용 된다.

특히 상기 계수부(500)에서 개체수를 더 정확하게 계수하기 위해서는 획득한 영상의 초점이 선명할 필요가 있기 때문에 영상을 획득하기 전에 미리 영상부 거치대(131)에 부착되어 있는 초점조정모터(121)를 구동하여 초점을 맞춘다.

상기 조명부(400)는, LED 등으로 마련되는 광원과, 광을 고르게 분산시키도록 마련된 확산판으로 구성될 수 있는 조명장치(410)이며, 이러한 조명은 트랩 전체에 조사되는 것이 아니어야 하고 영상 획득하는 부분에 집중적으로 조사되지만 해충에 조사될 때 그림자가 생기지 않도록 반사광으로 마련한다. 특히, 계수부(500)의 조도제어 명령에 따라 조명의 밝기를 조절할 수 있는 조도 컨트롤러를 포함한다.

상기 계수부(500)는, 도 7 내지 도 11에 도시된 순서도와 같이, 계수부(500)의 영상획득 명령이 제시되면 그에 따라 벌레의 개체수를 계수한다.

도 6을 참고하면, 상기 트랩(600)을 계수하게 되는 방법의 일례를 든 것이다. 트랩(600)은 복수개의 셀(620)로 구획되어 있고, 화살표 방향(630)을 따라 CCD(310)가 이동하면서 계수가 이루어질 수 있다.

도 7 내지 도 11은 본 발명에 의한 볼록총채벌레 자동계수 장치를 사용하여 영상처리 작업을 진행하기 위한 순서가 도시되어 있다.

도 7을 참고하면, 트랩 스테이지(110)의 이동 순서도이다. 트랩 스테이지(110)는 먼저 초기위치로 이동(S710)된다. 그 다음 영상을 획득(S720)하고, 위치를 보정하는 단계(S730)를 반복한 후, 마지막으로 트랩(610)을 교체할 수 있도록 교체 위치로 이동한다(S740).

도 8은 영상처리에 관한 순서도이다. 영상이 제공(S810)되면, 영상을 처리(S820)하는 바, 영상처리는 후술한다. 영상처리 결과 영상을 판별(S830)하여 볼록총채벌레이면 개체수 증가에 누적하도록 하고(S840), 아니면 다시 영상을 수신하는 것을 반복한다.

도 9는 영상처리를 위한 학습하는 과정을 보여준다. 도시된 바와 같이 영상을 제공받고(S910), 전처리한다(S920). 그 후 처리된 영상을 정오답으로 분류(S930)하고, 특징을 추출(S940)한다. 추출된 바에 따라 판별모델을 생성하여 저장한다(S950).

도 10은 학습 결과를 바탕으로 영상 판별을 하는 것을 보여준다. 영상이 제공되면(S810), 전처리 하고(S960), 특징을 추출한다(940). 그 다음 전술한 판별모델과 비교 및 판별(S970)하고 종료한다.

도 11은 상술한 전처리 과정을 보여주는 순서도이다. 도시된 바와 같이 전처리 과정은 영상이 제공(S810)되면, 그레이 영상으로 생성(S921)하고, 다시 그레디언트 영상을 생성(S922)한다. 그 후, 영상을 합성(S923)한 다음, 히스토그램을 계산(S924)하여 후보 영상을 출력(S925)하여 전처리를 종료한다. 이러한 전처리에 의해 기준이 있는 특징 추출이 가능해 지는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 구동부
110 : 트랩 스테이지 111 : 트랩 고정가이드
112 : 레버 200 : 제어부
300 : 영상부 400 : 조명부

Claims (5)

1. 볼록총채벌레가 수집된 트랩;
   상기 트랩이 안착되고 전후좌우로 이동 가능한 트랩 스테이지;
   상기 트랩에 조명을 비추는 조명부;
   상기 트랩의 영상하여 전송하는 카메라;
   상기 카메라와 트랩 사이에 승강 가능하게 설치되어 초점을 변경시키는 렌즈;
   상기 카메라에 의해 취득한 영상을 수신하여 볼록총채벌레를 판별하여 그 수를 계수하는 계수부;
   를 포함하는 볼록총채벌레 자동계수 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 트랩의 양단을 눌러 상기 트랩 스테이지에 고정시키는 트랩 고정가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼록총채벌레 자동계수 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 트랩 고정가이드는 상기 트랩 스테이지에 힌지에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상기 힌지에는 토션 스프링에 구비되어 상기 트랩 고정가이드가 상기 트랩을 상기 트랩 스테이지에 밀착 고정시키는 것을 특징으로 하는 볼록총채벌레 자동계수 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 트랩 스테이지에는 상기 트랩 고정가이드에 구비된 경사면을 밀어 상기 트랩 고정가이드를 회전시키는 레버가 설치된 것을 볼록총채벌레 자동계수 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 레버는 상기 트랩 스테이지에 수직 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 일단에는 손잡이가 타단에는 상기 경사면을 미는 푸싱부가 구비된 것을 특징으로 하는 볼록총채벌레 자동계수 장치.

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