KR20220037787A - 양식장용 사료 자동 공급 시스템 - Google Patents

양식장용 사료 자동 공급 시스템 Download PDF

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김삼중
진정호
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Abstract

본 발명은 양식장용 사료 자동 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사료 공급시 수중 카메라를 이용하여 촬영된 양식장 내 물고기의 집합과 산개 패턴을 토대로 도출된 어종별, 크기별, 기상 상황별 최적의 사료 공급량을 기준으로 사료의 자동 공급이 이루어지게 함으로써, 과도한 사료 공급으로 인한 수중 오염을 최소화하면서도 양식 중인 어류의 성장에 최적화된 적정량의 사료 공급이 가능하게 한 양식장용 사료 자동 공급 시스템에 관한 것이다.

Description

양식장용 사료 자동 공급 시스템{AUTOMATIC FEEDING SYSTEM FOR FISH}
본 발명은 양식장용 사료 자동 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사료 공급시 수중 카메라를 이용하여 촬영된 양식장 내 물고기의 집합과 산개 패턴을 토대로 도출된 어종별, 크기별, 기상 상황별 최적의 사료 공급량을 기준으로 사료의 자동 공급이 이루어지게 함으로써, 과도한 사료 공급으로 인한 수중 오염을 최소화하면서도 양식 중인 어류의 성장에 최적화된 적정량의 사료 공급이 가능하게 한 양식장용 사료 자동 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 어류 양식에 있어 사료 공급은 양식장을 관리하는 관리자가 일정 시간마다 일정량의 사료를 분무하거나 투기하는 방식으로 뿌려주어 공급이 이루어지게 된다.
이와 같이 사료공급이 관리자의 직접적인 노동에 의존하게 되면 태풍 등 기상환경이 좋지 않을 경우 양식장 주변에의 접근이 여의치 않기 때문에 사료 공급에 차질을 초래가게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 넓은 양식장 전체에 고르게 사료 공급이 이루어지기 어려운 문제점이 있었다.
그에 따라, 최근에는 양식장에의 사료 공급을 자동화하고자 하는 시도들이 많이 이루어지고 있으며, 그러한 사료 자동 공급의 일환으로서 호퍼(Hopper) 형태의 사료 저장통 출구에 게이트를 설치한 후 이러한 게이트의 개폐가 격지의 시스템에 의해 제어될 수 있게 함으로써, 관리자가 직접 양식장에 가지 않더라도 자동 또는 수동으로 이루어지는 시스템 상의 개폐 조작을 통하여 일정량의 사료를 자동으로 공급할 수 있게 한 시스템이 사용되기도 하였다.
또한, 사료 저장통에 구비된 게이트의 개폐 조작만을 제어할 경우 사료가 뭉쳐진 상태로 공급될 수 있고 그로 인하여 물속에서 충분히 부유하지 못하고 빠르게 가라앉아 수질 오염과 탁도를 높이게 되는 원인이 되곤 하였는바, 공기압을 이용하여 사료를 양식장 전체면으로 뿌려주는 송풍식 사료 공급장치나, 스크류식 공급장치 등이 사용되기도 하였다.
그러나, 이와 같이 종래에 사용되던 다양한 형태의 사료 자동 공급 장치들의 경우 사료를 공급하는 행위 자체를 자동화함으로 인하여 관리자의 편의성을 향상시킬 수 있는 장점은 있으나, 물고기들에게 공급해야 하는 사료 공급량은 여전히 관리자의 주관적인 지식과 판단에 의존하여야 하였다.
즉, 양식장에서 키우는 어류의 종류나, 어류의 크기, 어류의 개체수 또는 계절의 변화에 따라 양식하고 있는 어류에게 공급해야 하는 사료의 공급량이 증감하게 됨에도 불구하고, 어느 정도의 사료 공급량이 현재의 양식장에 적정한지 여부를 객관적으로 판단하기 어려운 문제점이 있었다.
그에 따라, 최근에는 대한민국 등록특허 제10-1970303호에 개시된 바와 같이, 어군탐지기용 송수파기로부터 발생된 신호를 출력하는 어군분석용 모니터를 배치하여, 먹이 공급이 중단된 상태에서 가두리 그물 내부의 표층 수면으로 떠오르는 어류의 유영패턴을 모니터로 직접 분석하여 사료의 공급 중단 또는 추가 공급 여부를 판단할 수 있게 한 ‘어군탐지기에서의 수심별 어류유영패턴 분석을 통한 사료 자동 공급방법’이 제안되기도 하였다.
이러한 대한민국 등록특허 제10-1970303호의 경우, 사료 공급에 반응하는 어류들의 움직임을 토대로 사료의 공급 중단 또는 추가 공급 여부를 판단함으로써 적정량의 공급이 가능하게 하였다는 장점과, 가두리 그물 내부의 표층 수면으로 떠오르는 양식 어류의 유영패턴을 분석하게 되어 그 분석의 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있었다.
그러나, 이 경우 표층 수면까지 올라온 일부 어류의 반응을 토대로만 판단이 이루어지게 되므로, 사료의 추가 공급여부를 결정하기 위한 판단 데이터의 대표성이 저하되는 것을 피하기 어려운 한계가 있었다. 즉, 사료가 뿌려지는 표층 수면 뿐만 아니라, 사료가 가라앉기 전까지 수중에서 부유하는 모든 공간에서 사료의 섭취가 이루어짐에도, 사료의 추가 공급 여부에 대한 판단이 표층 수면 일부 영역으로 제한되기 때문에 그 일부 영역에서의 판단 결과를 양식장 전체의 사료 공급 여부를 결정하기 위한 데이터로 확대시켜 적용하기에는 좀 미흡한 점이 있었다.
또한, 이러한 대한민국 등록특허 제10-1970303호에서는 표층 수면에서의 유영 패턴을 어군 탐지기에 구비된 송수파기의 출력에 의해 어류의 집중여부를 판단의 근거로 삼게 될 뿐이므로, 사료를 먹기 위해 모이는 어류의 크기나, 사료가 공급되는 시점의 주변 환경조건 등 어류의 사료 섭취에 간접적으로 영향을 미치게 되는 다양한 부대상황들에 따른 사료 공급량의 증감 현황에 대한 객관적인 데이터를 확보하기에도 미흡한 점이 있었다.
본 발명은 사료 공급시 수중 카메라를 이용하여 촬영된 양식장 내 물고기의 집합과 산개 패턴을 토대로 도출된 어종별, 크기별, 기상 상황별 최적의 사료 공급량을 기준으로 사료의 자동 공급이 이루어지게 함으로써, 과도한 사료 공급으로 인한 수중 오염을 최소화하면서도 양식 중인 어류의 성장에 최적화된 적정량의 사료 공급이 가능하게 한 양식장용 사료 자동 공급 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 양식장용 사료 자동 공급 시스템은,
양식장 내에서 유영하는 물고기를 촬영하여 영상을 획득하는 적어도 하나 이상의 카메라; 상기 카메라에서 획득한 영상을 토대로 사료 공급시 집합과 산개를 반복하는 양식장 내 물고기의 집산(集散) 패턴을 분석하여 사료의 최적 공급량을 도출하고, 이러한 사료의 최적 공급량을 사료가 공급되던 시점의 주변 부대상황정보와 매칭시켜 저장하는 사료공급 관리시스템; 및 상기 사료공급 관리시스템에 저장되어 있는 최적 공급량에 대한 정보를 이용하여 양식장 내부로의 사료 공급을 제어하는 사료공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 사료공급 관리시스템은,
상기 카메라에서 전송되는 영상에 의해 인식되는 영역을 균일한 크기로 이루어진 다수의 공간으로 구획하여 물고기의 존부 판단을 위한 기본영역을 설정하는 인식영역 설정부; 상기 영상 내에서 물고기의 이미지를 추출하고, 상기 기본영역 중 물고기가 존재하는 영역과 그렇지 않은 영역을 구분하도록 영상을 처리하는 영상 처리부; 및 상기 영상 처리부에서의 처리 결과를 토대로 물고기의 존재가 인식된 기본영역들의 위치가 집중 되어 있는지 여부를 토대로 물고기의 집합 패턴 또는 산개 패턴을 인식하는 집산 패턴 인식부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템은, 상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급이 이루어지면서 발생되는 물고기의 집중 패턴과 사료가 섭취되거나 가라앉은 후에 발생되는 물고기의 산개 패턴의 변화여부를 모니터링하는 패턴 변화 모니터링부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템은, 상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급을 일정 간격마다 반복하면서, 사료 공급이 이루어져도 더 이상 집중 패턴을 형성하지 않기 전까지 공급되었던 사료 공급량을 해당 양식장에서의 최적 공급량으로 결정하는 최적 공급량 도출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인식영역 설정부는, 상기 카메라로부터 수신한 영상 이미지 중 물고기의 존부 판단을 위한 임의의 영역을 인식영역으로 설정한 후, 그 인식영역을 균일한 크기를 갖는 다수의 기본영역으로 구획하여 물고기의 존부 판단을 위한 영역을 격자무늬 형태로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 집산 패턴 인식부는, 물고기가 존재하는 것으로 판단된 기본영역들 중 일정 비율 이상의 기본영역들이 서로 인접한 위치에 집중하여 존재하는 것으로 판단되는 경우 이를 집중 패턴으로 인식하고, 그렇지 않은 경우에는 산개 패턴으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템은, 상기 영상처리부에서 획득한 물고기의 어종과 크기 정보를 상기 최적 공급량 도출부에서 결정된 최적 공급량과 매칭시켜 저장하여, 어종별 및 크기별 사료의 최적 공급량을 결정하는 최적 공급량 매칭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템은, 사료가 공급되는 양식장 주변의 기상 상황을 나타내는 기상정보와 이상해황정보 및 환경정보를 포함하는 주변 부대상황정보를 사료의 최적 공급량과 매칭시켜 저장하여, 기상 상황에 따라 증감하는 사료의 최적 공급량을 결정하는 기상 상황별 공급량 매칭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 적어도 하나 이상의 카메라에서 획득한 영상에 의해 사료 공급시 양식장 내 물고기들이 수중에서 군집을 이르는 집중 패턴을 형성하는지 아니면 산개 패턴을 형성하는지 여부를 지속적으로 모니터링하면서, 어종별, 크기별, 기상 상황별 최적의 사료 공급량을 도출하여 그에 따른 사료의 자동 공급을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 영상을 기반으로 인식되는 물고기의 집중 패턴과 산개 패턴의 변화를 토대로, 양식 중인 어종의 크기와 기상 상황에 따른 최적의 사료 공급이 이루어 질 수 있으므로, 과도한 사료 공급으로 인한 수중 오염을 최소화하면서도 양식 중인 어류의 성장에 적절한 성장을 유도할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 사료공급 관리시스템에서 획득한 기상상황별, 어종별 또는 크기별 사료의 최적 공급량 정보를 서버에 누적 저장함으로써, 다양한 양식 환경에서 다양한 종류의 어종을 양식하는 많은 어민들에게도 각 상황에 따른 사료의 최적 공급량에 대한 누적된 실증 데이터를 제공할 수 있어 양식 산업 발전에 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 양식장용 사료 자동 공급 시스템의 전체 시스템도.
도 2는 본 발명에 따른 양식장용 사료 자동 공급 시스템의 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따라 카메라에서 획득한 영상을 집산 패턴 추출을 위해 처리하는 영상처리의 예시도.
도 4는 본 발명에 따라 카메라 획득한 영상에서 물고기의 외형을 인식하는 것을 나타내는 예시도.
도 5는 본 발명에 따라 사료 급여 전 물고기의 집산 패턴을 격자무늬 형태의 인식영역에 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명에 따라 사료 급여 직후 물고기의 집산 패턴을 격자무늬 형태의 인식영역에 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 따라 사료 급여로부터 일정 시간 경과 후 물고기의 집산 패턴을 격자무늬 형태의 인식영역에 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명에 따라 사료 추가 급여 직후 물고기의 집산 패턴을 격자무늬 형태의 인식영역에 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따라 사료 추가 급여로부터 일정 시간 경과 후 물고기의 집산 패턴을 격자무늬 형태의 인식영역에 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 양식장용 사료 자동 공급이 진행되는 업무 플로우(Flow)를 나타내는 순서도.
도 11은 본 발명에 따라 수중 카메라로부터 획득한 영상에 의해 사료의 최적 공급량을 도출하는 플로우를 나타내는 순서도.
도 12는 본 발명에 따라 수중 카메라로부터 획득한 영상에 의해 물고기의 이상행동 여부를 인식하는 플로우를 나타내는 순서도.
도 13은 본 발명에 따라 양식장의 사료 자동 공급이 이루어지는 일 구현예를 나타내는 시스템 예시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 양식장용 사료 자동 공급 시스템은, 양식장 내에서 유영하는 물고기를 촬영하여 영상을 획득하는 적어도 하나 이상의 카메라(100)와, 상기 카메라에서 획득한 영상을 토대로 사료 공급시 집합과 산개를 반복하는 양식장 내 물고기의 집산(集散) 패턴을 분석하여 사료의 최적 공급량을 도출하고 이러한 사료의 최적 공급량을 사료가 공급되던 시점의 주변 부대상황정보와 매칭시켜 저장하는 사료공급 관리시스템(200)과, 상기 사료공급 관리시스템에 저장되어 있는 최적 공급량에 대한 정보를 이용하여 양식장 내부로의 사료 공급을 제어하는 사료공급장치(300)를 포함할 수 있다.
상기 카메라(100)는, 양식장 내에서 유영하는 물고기의 행동을 모니터링할 수 있도록, 양식장 내부의 수중 공간을 촬영하는 적어도 하나 이상의 수중 카메라로 구성된다.
이러한 상기 수중 카메라는 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 사료 공급시 물고기들이 모여서 군집을 형성하며 먹이를 먹는 영역을 입체적인 공간으로 인식할 수 있도록, 서로 수직한 방향에서 양식장의 내부 공간을 촬영할 수 있게 배치될 수 있다.
그에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 어느 한 방향에 설치된 수중 카메라에서 촬영되는 평면 영상과, 그와는 수직한 다른 방향에 설치된 다른 수중 카메라에서 촬영되는 평면 영상을 해당 양식장 내에서 물고기들이 유영하고 있는 패턴을 획득하기 위한 영상 이미지로 획득할 수 있게 된다.
이때, 상기 카메라(100)는, 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 카메라가 각각 다른 방향에서 양식장 내부의 수중 공간을 촬영하도록 구성될 수 있음은 물론, 도 1에서 수중감시용 카메라의 배치 예시에 도시된 바와 같이 다수의 카메라들이 보다 여러 방향에서 양식장 내부 공간을 촬영하도록 구성될 수도 있는 등, 양식장의 규모와 감시 목적 등에 따라 다양한 개수의 카메라들이 다양한 위치에 설치될 수 있다.
이러한 상기 카메라(100)에는 촬영된 영상을 유무선 통신망을 통하여 상기 사료공급 관리시스템(200)으로 전송할 수 있는 통신모듈이 더 구비됨으로써, 격지에 위치하고 있는 상기 사료공급 관리시스템(200)에서 양식장 내에 있는 물고기의 행동을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템(200)은, 상기 카메라에서 전송되는 영상에 의해 인식되는 영역을 균일한 크기로 이루어진 다수의 공간으로 구획하여 물고기의 존부 판단을 위한 기본영역을 설정하는 인식영역 설정부(210)와, 상기 영상 이미지 내에서 물고기의 이미지를 추출하고 상기 기본영역 중 물고기가 존재하는 영역과 그렇지 않은 영역을 구분하도록 영상을 처리하는 영상 처리부(220)와, 상기 영상 처리부에서의 처리 결과를 토대로 물고기의 존재가 인식된 기본영역들의 위치가 집중 되어 있는지 그렇지 않은지를 토대로 물고기의 집합 또는 산개 패턴을 인식하는 집산 패턴 인식부(230)를 포함하도록 구성된다.
이러한 상기 사료공급 관리시스템(200)은, 상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급이 이루어지면서 발생되는 물고기의 집중 패턴과 사료가 섭취되거나 가라앉은 후에 발생되는 물고기의 산개 패턴의 변화여부를 모니터링하는 패턴 변화 모니터링부(240)와, 상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급을 일정 간격마다 반복하면서 사료 공급이 이루어져도 더 이상 집중 패턴을 형성하지 않기 전까지 공급되었던 사료 공급량을 해당 양식장에서의 최적 공급량으로 결정하는 최적 공급량 도출부(250)를 더 포함하도록 구성된다.
이때, 상기 인식영역 설정부(210)는, 사료의 공급시 물고기가 집중되는 영역을 판단하기 위해 영상에 의해 인식되는 양식장 내의 수중공간인 인식영역을 균일한 크기를 갖는 다수의 기본영역으로 구획하도록 구성된다.
그에 따라, 상기 인식영역 설정부(210)는, 상기 카메라(100)로부터 수신한 영상 이미지 중 물고기의 존부 판단을 위한 임의의 영역(영상 이미지 전체를 인식영역으로 설정할 수 있음은 물론, 외곽부를 제외한 중앙의 일정 영역만을 인식영역으로 설정할 수도 있다.)을 인식영역으로 설정한 후, 도 3의 하단에 도시된 바와 같이 그 인식영역을 균일한 크기를 갖는 다수의 기본영역으로 구획하여 물고기의 존부 판단을 위한 영역을 격자무늬 형태로 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 카메라에서 촬영된 하나의 영상 이미지를 다수의 기본영역으로 구획함으로써, 상기 영상처리부와 집산 패턴 인식부에서 물고기가 존재하는 영역과 그렇지 않은 영역의 집중 여부를 판단하기 용이하게 된다.
이때, 상기 인식영역 설정부(210)에서 설정되는 기본영역의 크기는 물고기의 크기에 따라 증감될 수 있으며 하나의 기본영역에서 한 마리의 물고기가 인식될 수 있는 크기로 설정되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 소수의 물고기가 다수의 기본영역에 걸쳐 인식되면서 집중 패턴으로 인식되는 오류를 최소화하거나, 다수의 물고기가 하나의 기본영역에서 인식되면서 산개 패턴으로 인식되는 오류를 최소화할 수 있어, 집산 패턴 인식의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 영상 처리부(220)는, 상기 카메라로부터 획득한 영상 이미지 내에서 물고기의 이미지를 추출하여, 상기 기본영역 중 물고기가 존재하는 영역과 그렇지 않은 영역을 구분할 수 있도록 영상을 처리한다.
상기 영상 처리부(220)에서는 기본영역에 물고기가 존재하는지 그렇지 않은지의 존부 판단만이 필요하게 되므로, 영상 이미지의 색상을 구분하여 인식할 필요가 없게 된다. 그에 따라, 상기 영상 처리부(220)에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 수신한 영상 이미지를 먼저 흑백으로 변환하고, 물고기 등 물을 제외한 대상의 색상을 흑색으로 변환 처리함으로써, 존부판단의 명확성을 향상시킬 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 영상 처리부(220)에서 영상 이미지를 흑백으로 변환할 경우에는 흑색의 경우에도 명도의 차이가 발생하게 되는바, 도 3에 도시된 바와 같이 물고기가 있어 흑색으로 처리되는 영역의 경우에도 1, 2, 3 등 다양한 명도 차이를 갖고 인식될 수 있으며, 물고기가 존재하지 않고 물만 인식되는 영역의 경우에는 0으로 인식될 수 있게 된다.
본 발명에서는 물고기의 집산 패턴을 인식함에 있어 물고기가 존재하는 것으로 인식되는 기본영역이 연속적으로 검출되는지 여부가 중요한 기준으로 작용할 뿐, 하나의 기본영역에 다수의 물고기가 집중되었는지 여부에 대한 세부적인 판단이 불필요하게 된다. 그에 따라, 상기 영상처리부(220)에서는 흑백으로 처리된 영상에서 물고기의 이미지를 도 3에 도시된 바와 같이 단일 명도의 흑색으로 다시 변환하여 물고기가 존재하는 영역은 모두 1로 인식되고, 그렇지 않은 영역은 모두 0으로 인식될 수 있게 함으로써, 기본영역 내에서의 물고기 존부 판단을 간소화하고 단순화시킬 수 있도록 구성된다.
이와 같이 영상으로부터 획득하는 정보를 1과 0의 이분법적인 판단으로 단순화시킴으로써, 양식장 내 물의 탁도 등으로 인해 선명하고 깨끗한 영상의 획득이 어렵더라도 물고기의 존부 판단이 가능하게 함과 아울러, 그 판단 결과의 신뢰성도 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 영상 처리부(220)에서는 한 마리의 물고기가 다수의 기본영역에서 중첩적으로 인식되는 것을 최소화할 수 있도록, 흑색의 형태로 변환된 이미지를 회전시켜 수중에서 유영하는 물고기의 집합 또는 산개 패턴의 정확성을 향상시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 물고기의 이미지를 회전시키는 등의 처리를 수행함에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 흑색으로 변환된 경우에는 첫 번째 열과 두 번째 열에 모두 물고기가 있는 것으로 파악되던 패턴이, 물고기의 회전 후에는 첫 번째 열에만 물고기가 존재하고 두 번째 열에서는 물만이 존재하는 것으로 인식될 수 있어, 하나의 물고기가 다수의 기본영역에서 중복적으로 인식되는 것을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 상기 영상 처리부(220)에서는 물고기의 어종에 대한 외형을 나타내는 기본 이미지를 토대로 도 4에 도시된 바와 같이, 영상 이미지속의 물고기 이미지로부터 입과 꼬리지느러미를 찾은 후 이들 상호간을 연결하는 거리를 산출하여 물고기의 크기를 결정하도록 구성될 수도 있다.
이와 같이 상기 영상 처리부(220)에서 물고기의 이미지를 이용하여 그 크기 변화를 모니터링함과 아울러, 이러한 크기 변화에 따라 기본영역의 크기도 증감시켜 재설정할 수 있으므로, 물고기의 집합 또는 산개 정도를 파악하기 위한 집산 패턴에 대한 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 집산 패턴 인식부(230)는, 상기 영상 처리부에서의 영상내 물고기 이미지 획득 및 변환과 회전 등으로 도출된 물고기의 기본영역내 존부 결과를 토대로, 물고기가 인식되는 기본영역들이 영상을 이루고 있는 전체 인식영역 중의 일정 범위 이내로 집중된 것으로 판단될 경우에는, 이를 물고기들이 모여 군집을 형성하는 집중 패턴으로 인식하고, 그렇지 않은 경우에는 물고기들이 퍼져 있는 산개 패턴으로 인식하도록 구성된다.
그에 따라, 상기 집산 패턴 인식부(230)에서는, 물고기가 존재하는 것으로 판단된 기본영역들 중 일정 비율 이상(예를 들어, 물고기가 존재하는 기본영역들의 90% 이상)의 기본영역들이 서로 인접한 위치에 집중하여 존재하는 것으로 판단되는 경우 이를 집중 패턴으로 인식하고, 그렇지 않은 경우에는 산개 패턴으로 인식하도록 구성될 수 있다.
즉, 공급되는 사료를 먹기 위하여 물고기들이 집합하더라도 일부의 물고기는 모이지 않고 여전히 유영하고 있을 수 있는바, 양식장 내의 모든 물고기가 아니라 인식영역 내에 존재하는 물고기 들 중 일정 비율 이상의 물고기들이 집중되는 경우에는 집중 패턴으로 인식하여도 무방할 것이다.
도 6에서는 물고기들이 존재하는 양식장의 일측에 그리드 형태로 표시된 인식영역 중 상부에 위치하는 그리드 형태에서는 양식장의 상부에서 촬영된 영상의 처리결과를 나타내고, 하부에 위치하는 그리드 형태에서는 양식장의 일측에서 촬영된 영상의 처리결과를 나타내었다. 그에 따라, 상부에서 촬영된 영상에서는 사료가 공급되는 중앙 부근에 물고기들이 집중되는 것을 확인할 수 있고, 일측에서 촬영된 영상에서는 사료가 공급되는 수면 부근에 물고기들이 집중되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 패턴 변화 모니터링부(240)는, 상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급이 이루어짐에 따라 발생되는 물고기의 집중 패턴과 산개 패턴의 변화여부를 상기 집산 패턴 인식부(230)에서의 인식 결과를 토대로 모니터링하도록 구성된다.
이러한, 상기 패턴 변화 모니터링부(240)에서는, 일정량의 사료가 공급된 직후 촬영되는 영상으로부터 사료를 먹기 위해 수면 근처로 몰리게 되는 물고기들의 집중 패턴을 파악하게 되고, 일정 시간이 경과하여 물고기들이 사료를 섭취하거나 바닥에 가라앉게 되면서 더 이상 먹을 사료가 수중에 존재하지 않게 되어 다시 양식장 내부 공간 전체로 퍼지는 물고기들의 산개 패턴을 파악하면서 그러한 집중 패턴과 산개 패턴의 반복여부를 모니터링하도록 구성된다.
그에 따라, 평상시에는 도 5에 도시된 바와 같이 양식장 내의 전체 영역(도 5에서는 카메라에서 촬영되는 인식영역을 의미함)에 분산되어 유영하고 있다가, 상기 사료공급장치(300)에 의해 일정량의 사료가 양식장으로 공급되면 도 6에 도시된 바와 같이 사료가 공급된 장소의 수면 부근으로 양식장 내의 물고기들이 몰려 사료를 섭취하게 되며, 상기 패턴 변화 모니터링부(240)는 상기 집중 패턴 인식부에서 도출되는 집중 패턴의 형태로부터 이러한 패턴변화를 인지할 수 있게 된다.
그리고, 사료가 공급된 후 일정시간이 경과하여 물고기들이 사료를 섭취하거나 바닥에 가라앉게 되면 물고기들은 도 7에 도시된 바와 같이 사료가 공급되었던 주변으로 어느 정도 산개하게 되며, 상기 패턴 변화 모니터링부(240)는 상기 집산 패턴 인식부(230)에서 도출되는 산개 패턴의 형태로부터 이러한 패턴변화를 인지할 수 있게 된다.
이후, 상기 사료공급장치(300)로부터 사료가 추가적으로 공급되면 도 8에 도시된 바와 같이 사료를 적게 섭취한 물고기들이 사료를 섭취하기 위하여 다시 일정한 군집을 형성하면서 모이게 되고 일정시간이 경과한 후에는 다시 도 9에 도시된 바와 같이 물고기들이 산개하게 되며, 이는 상기 패턴 번화 모니터링부(240)에서 집산 패턴의 변화를 모니터링하여 인지할 수 있게 된다.
이와 같이 사료를 공급할 경우 그 섭취를 위해 사료 주변으로 모여 군집을 형성하는 집중 패턴을 형성하고 사료의 섭취가 종료된 후에는 다시 양식장 전체로 넓게 퍼지는 산개 패턴을 반복적으로 생성하게 되므로, 상기 패턴 변화 모니터링부(240)에서는 상기 집산 패턴 인식부(230)에서 도출되는 집중 패턴 또는 산개 패턴을 지속적으로 수령하면서 사료 공급에 대한 물고기들의 반응을 인지할 수 있게 된다.
또한, 상기 최적 공급량 도출부(250)는, 일정 시간마다 반복적으로 이루어지는 사료의 공급여부에 따라 집합과 산개를 반복하는 물고기들의 집산 패턴을 토대로 해당 양식장에 있는 물고기들에게 공급해야 할 최적 공급량을 결정하도록 구성된다.
그에 따라, 상기 최적 공급량 도출부(250)는, 사료가 공급되어도 물고기들이 더 이상 사료에 반응하면서 군집을 이루기 위한 집중 패턴을 형성하지 않고 산개된 상태를 유지하게 되기 직전까지 여러 번 반복 공급되었던 사료의 공급량과 공급 간격 및 공급 횟수를 해당 양식장에서 양식 중인 물고기들의 최적 공급량으로 결정하도록 구성된다.
이와 같이, 상기 최적 공급량 도출부(250)는 상기 사료공급장치에서 공급되는 사료를 먹기 위해 양식장 내부에서 실제 이루어지는 물고기들의 유영 변화를 카메라에서 획득한 영상에 의해 파악하여, 각 양식장에서 필요로 하는 사료의 공급량을 도출한 후 이를 상기 사료공급장치의 제어를 위한 제어데이터로 제공할 수 있게 되므로, 양식 중인 물고기의 적절한 성장을 유도함과 아울러 과도한 사료 공급으로 인한 탁도 증가를 최소화하여 해양 오염을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템(200)은, 상기 영상처리부에서 획득한 물고기의 어종과 크기 정보를 상기 최적 공급량 도출부에서 결정된 최적 공급량과 매칭시켜 저장함으로써, 어종별 및 크기별 사료의 최적 공급량을 결정하는 최적 공급량 매칭부(260)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 어종 및 크기에 따른 사료의 최적 공급량을 실제 양식 중인 물고기들이 사료를 먹기 위해 모이고 흩어지는 집산 패턴을 토대로 도출하게 됨으로써, 추후 동일 어종을 다시 양식하는 경우 또는 다른 양식장에서 동일 어종을 양식하는 경우에 사료 공급을 위한 제어데이터로 제공할 수 있게 된다.
또한, 상기 사료공급 관리시스템(200)은, 사료가 공급되는 양식장 주변의 기상 상황을 나타내는 기상정보와 이상해황정보 및 환경정보를 포함하는 주변 부대상황정보를 사료의 최적 공급량과 매칭시켜 저장함으로써, 기상 상황에 따라 증감하는 사료의 최적 공급량을 결정하여 저장하는 기상 상황별 공급량 매칭부(270)를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 물고기들이 섭취하는 사료의 양은 해당 물고기들이 겪고 있는 주변 환경에도 영향을 받게 되므로, 수온이 낮거나 적조 등에 의해 수중 내 산소량이 부족하게 될 경우 물고기의 움직임이 둔화되면서 사료의 섭취량도 감소하게 되는 등, 기상상황을 비롯한 양식장 주변의 환경에 의해 사료의 최적 공급량도 증감하게 된다.
따라서, 이처럼 기상상황을 비롯한 양식장 주변의 환경에 의해 달라지게 되는 물고기들의 사료 섭취 정도를 일일이 파악한 후, 그에 따른 적절한 정도의 사료만이 공급될 수 있도록 상기 사료공급장치를 제어하기는 쉽지 않게 된다.
그에 따라, 상기 기상 상황별 공급량 매칭부(270)에서는, 사료가 공급되는 시점의 양식장 주변의 기상정보와, 이상해황정보 및 환경정보를 그 기상상황 하에서 사료의 최적 공급량으로 도출되었던 최적 공급량과 매칭시켜 저장하도록 구성된다.
이와 같이 상기 기상 상황별 공급량 매칭부(270)에 의해 사료의 최적 공급량을 그 당시의 양식장 주변의 기상상황을 나타내는 각종 정보와 함께 매칭시켜 저장함으로써, 유사한 기상상황이 예상될 경우 그에 따라 사료의 공급량을 미리 변경하여 공급할 수 있게 되므로, 해양 오염을 최소화하면서도 물고기의 성장에 지장을 초래하지 않아 성공적인 양식이 가능하게 된다.
이를 위하여, 상기 기상 상황별 공급량 매칭부(270)에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 사료공급장치에서의 먹이 공급 시작과 함께 양식장 주변의 기상정보(태풍, 풍랑주의보, 파고 등)와 이상해황정보(적조, 청수, 저고수온 등)와, 수중 내 환경정보(탁도, 용존산소, 수온 등)를 획득한 후, 이를 상기 최적 공급량 도출부에서 결정된 최적 공급량과 함께 매칭시켜 저장하도록 구성된다.
그에 따라, 추후 상기 사료공급장치에서 사료를 공급하기 위한 최적 공급량을 도출하고자 할 경우, 양식장 주변의 기상정보와 이상해황정보 및 환경정보를 획득한 후 이를 미리 저장되어 있던 기상정보와 이상해황정보 및 환경정보와 비교하여 최적 공급량을 도출한 후, 그에 따라 사료공급장치의 제어가 이루어질 수 있게 된다.
이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 기상정보와 이상해황정보와 환경정보에 의해 사료공급이 적절치 못한 기상상황으로 판단될 경우에는 먹이 공급 자체를 중단할 수도 있으나, 기상상황이 심하지 않을 경우에는 상기 기상상황별 공급량 매칭부에 의해 저장되어 있는 최적 공급량을 공급할 수도 있게 되어, 물고기의 성장에 지장을 초래하지 않게 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 먹이 공급이 이루어질 경우에는, 상기 영상처리부에서 최근에 도출되었던 물고기의 크기를 토대로, 양식 중인 양식장 내 어종과 양식생물의 크기에 따른 최적 공급량을 도출하여 그에 따른 사료 공급이 이루어질 수 있게 된다.
이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 사료공급장치에 의해 사료 공급이 이루어지는 동안 물고기들의 유영 패턴(먹이 공급시 집중 패턴을 형성하고 섭취 종료 후 산개 패턴을 형성)을 모니터링하면서 물고기들의 특이 행동 등 이상여부를 감시할 수 있도록 구성된다.
그에 따라, 사료가 공급되어도 물고기들이 집중 패턴을 형성하지 않는다거나, 먹이의 공급 후 시간이 경과하여도 산개 패턴을 형성하지 않는 경우 등을 카메라에서 획득한 영상을 기반으로 하여 신속하고 정확하게 파악할 수 있음은 물론, 도 12에 도시된 바와 같이, 물고기들이 특별한 이유 없이 군집 형태의 이상행동을 하는지 여부도 신속하게 파악할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 따른 양식장용 사료 자동 공급 시스템은, 적어도 하나 이상의 카메라에서 획득한 영상에 의해 양식장 내 물고기들이 수중에서 군집을 이르는 집중 패턴을 형성하는지 아니면 산개 패턴을 형성하는지 여부를 지속적으로 모니터링할 수 있게 된다.
그에 따라, 양식장에 있는 물고기들에게 최적의 사료공급이 가능하게 하기 위하여, 도 13에 도시된 바와 같이, 사료를 공급하고자 하는 양식장의 현 상황을 외부의 기상관측서버 등으로부터 획득한 기상정보와 양식중인 어종 및 크기에 따라 사료의 최적 공급량을 도출하고 그에 따라 사료공급장치에 의한 사료 급여가 적절히 이루어질 수 있게 함과 아울러, 그러한 사료 공급 정보를 격지의 서버에 저장하거나, 관리자의 스마트폰으로 전송하여 지속적으로 관리가 이루어질 수 있게 된다.
이처럼 상기 사료공급 관리시스템에서 획득한 기상상황별, 어종별 또는 크기별 사료의 최적 공급량 정보를 서버에 누적 저장함으로써, 다양한 양식 환경에서 다양한 종류의 어종을 양식하는 많은 어민들에게도 각 상황에 따른 사료의 최적 공급량에 대한 누적된 실증 데이터를 제공할 수 있어 양식 산업 발전에 기여할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 카메라
200 : 사료공급 관리시스템
210 : 인식영역 설정부 220 : 영상처리부
230 : 집산 패턴 인식부 240 : 패턴 변화 모니터링부
250 : 최적 공급량 도출부 260 : 최적 공급량 매칭부
270 : 기상 상황별 공급량 매칭부
300 : 사료공급장치

Claims (9)

  1. 양식장 내에서 유영하는 물고기를 촬영하여 영상을 획득하는 적어도 하나 이상의 카메라;
    상기 카메라에서 획득한 영상을 토대로 사료 공급시 집합과 산개를 반복하는 양식장 내 물고기의 집산(集散) 패턴을 분석하여 사료의 최적 공급량을 도출하고, 이러한 사료의 최적 공급량을 사료가 공급되던 시점의 주변 부대상황정보와 매칭시켜 저장하는 사료공급 관리시스템; 및
    상기 사료공급 관리시스템에 저장되어 있는 최적 공급량에 대한 정보를 이용하여 양식장 내부로의 사료 공급을 제어하는 사료공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사료공급 관리시스템은,
    상기 카메라에서 전송되는 영상에 의해 인식되는 영역을 균일한 크기로 이루어진 다수의 공간으로 구획하여 물고기의 존부 판단을 위한 기본영역을 설정하는 인식영역 설정부;
    상기 영상 내에서 물고기의 이미지를 추출하고, 상기 기본영역 중 물고기가 존재하는 영역과 그렇지 않은 영역을 구분하도록 영상을 처리하는 영상 처리부; 및
    상기 영상 처리부에서의 처리 결과를 토대로 물고기의 존재가 인식된 기본영역들의 위치가 집중 되어 있는지 여부를 토대로 물고기의 집합 패턴 또는 산개 패턴을 인식하는 집산 패턴 인식부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사료공급 관리시스템은,
    상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급이 이루어지면서 발생되는 물고기의 집중 패턴과 사료가 섭취되거나 가라앉은 후에 발생되는 물고기의 산개 패턴의 변화여부를 모니터링하는 패턴 변화 모니터링부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사료공급 관리시스템은,
    상기 사료공급장치를 통한 사료의 공급을 일정 간격마다 반복하면서, 사료 공급이 이루어져도 더 이상 집중 패턴을 형성하지 않기 전까지 공급되었던 사료 공급량을 해당 양식장에서의 최적 공급량으로 결정하는 최적 공급량 도출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 인식영역 설정부는, 상기 카메라로부터 수신한 영상 이미지 중 물고기의 존부 판단을 위한 임의의 영역을 인식영역으로 설정한 후, 그 인식영역을 균일한 크기를 갖는 다수의 기본영역으로 구획하여 물고기의 존부 판단을 위한 영역을 격자무늬 형태로 설정하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인식영역 설정부에서 설정되는 기본영역의 크기는 물고기의 크기에 따라 증감되는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 집산 패턴 인식부는, 물고기가 존재하는 것으로 판단된 기본영역들 중 일정 비율 이상의 기본영역들이 서로 인접한 위치에 집중하여 존재하는 것으로 판단되는 경우 이를 집중 패턴으로 인식하고, 그렇지 않은 경우에는 산개 패턴으로 인식하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 사료공급 관리시스템은,
    상기 영상처리부에서 획득한 물고기의 어종과 크기 정보를 상기 최적 공급량 도출부에서 결정된 최적 공급량과 매칭시켜 저장하여, 어종별 및 크기별 사료의 최적 공급량을 결정하는 최적 공급량 매칭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 사료공급 관리시스템은,
    사료가 공급되는 양식장 주변의 기상 상황을 나타내는 기상정보와 이상해황정보 및 환경정보를 포함하는 주변 부대상황정보를 사료의 최적 공급량과 매칭시켜 저장하여, 기상 상황에 따라 증감하는 사료의 최적 공급량을 결정하는 기상 상황별 공급량 매칭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장용 사료 자동 공급 시스템.
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