TWI662505B - 菌類生長影像監控系統 - Google Patents

Abstract

一種菌類生長影像監控系統，適用於室內菌類培養場，室內菌類培養場至少包括培養架及承載於培養架上的菌類，菌類生長影像監控系統包括空拍機與管理主機。空拍機具有定位模組與影像擷取模組，定位模組具有多個超音波感測元件以進行定位，影像擷取模組用於拍攝菌類以產生影像資料。管理主機與空拍機互相通訊，並適於根據排程軌跡資料庫及這些超音波感測元件的定位資料以驅動空拍機沿預設路徑移動。

Description

菌類生長影像監控系統

本發明是有關於一種菌類生長影像監控系統，且特別是關於一種結合空拍機的菌類生長影像監控系統。

菇類的栽培方式多採用太空包為培養介質，並將這些太空包堆疊於培養架各層上。而業者需根據菇類在不同生長階段的需求，進而調整場內環境，以確保菇類的品質與產量。一般而言，培養場內環境管理多為人工作業，需根據菇類的生長狀態以及現在的氣候狀況，再調整培養場內的通風、濕度、光照與溫度的環境條件，因而可根據場內狀況進行調整。

然而，在菇類培養場中，由於大多採用人工作業方式，且人員進出不易進行管控，所以容易將真菌或細菌帶入場內，進而造成菇類受到感染，影響菇類整體的品質與產量。因此，如何降低培養場內的人工作業的比例且能有效調節培養場內的環境乃是一個重要的課題。

本發明提出一種菌類生長影像監控系統，以減少菌類培養場的人工作業需求，且能有效調節室內菌類培養場內的環境。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種菌類生長影像監控系統，適用於室內菌類培養場，室內菌類培養場至少包括培養架及承載於培養架上的菌類，菌類生長影像監控系統包括空拍機與管理主機。空拍機具有定位模組與影像擷取模組，定位模組具有多個超音波感測元件以進行定位，影像擷取模組用於拍攝菌類以產生影像資料。管理主機與空拍機互相通訊，並適於根據排程軌跡資料庫及這些超音波感測元件的定位資料以驅動空拍機沿預設路徑移動。

在本發明的一實施例中，上述之這些超音波感測元件的數量為三個，各個超音波感測元件用於發射聲束，而各聲束的聲軸彼此相互垂直，且這些超音波感測元件其中之的聲軸朝向空拍機的下方。

在本發明的一實施例中，上述之培養架具有外框以及連接在外框內的多個隔板，而外框具有拍攝側，影像擷取模組朝向拍攝側拍攝位於這些隔板上的菌類，且菌類生長影像監控系統更包括多個反射板，這些反射板配置於拍攝側並位於這些隔板，這些超音波感測元件依據這些反射板以進行定位。

在本發明的一實施例中，上述之菌類生長影像監控系統更包括多個二維條碼元件，這些二維條碼元件分別配置於拍攝側並位於這些隔板之相對二端，影像擷取模組拍攝各二維條碼元件以產生定位影像資料，定位模組接收定位影像資料以進行定位。

在本發明的一實施例中，上述之菌類生長影像監控系統更包括多個刻度尺，這些刻度尺分別配置於拍攝側並位於這些隔板，影像擷取模組拍攝各刻度尺以產生影像參考大小尺寸資料，定位模組接收定位影像資料以進行定位。

在本發明的一實施例中，上述之管理主機具有排程軌跡資料庫、生長狀態資料庫與深度學習模型（deep learning module），管理主機根據生長狀態資料庫及深度學習模型判斷影像資料以產生菇類生長狀態判斷結果。

在本發明的一實施例中，上述之菌類生長影像監控系統更包括雲端伺服器，與管理主機相互通訊並接收影像資料，雲端伺服器具有生長狀態資料庫與深度學習模型，而雲端伺服器根據生長狀態資料庫及深度學習模型判斷影像資料以產生判斷結果，進而將判斷結果回傳至管理主機。

在本發明的一實施例中，上述之管理主機更包括環境感測模組及環境控制模組，環境感測模組用以感測室內菌類培養場的多個環境參數，環境控制模組依據判斷結果與這些環境參數以調節室內菌類培養場的環境。

在本發明的一實施例中，上述之環境感測模組為溫度感測器、濕度感測器、照度感測器或二氧化碳感測器的至少其中之一。

在本發明的一實施例中，上述之環境控制模組為溫度調節器、濕度調節器、光源或風扇的至少其中之一。

本發明實施例的菌類生長影像監控系統因空拍機具有多個超音波感測元件能進行室內準確定位，在定位完成後，可藉由管理主機定期驅動空拍機沿著預設路徑移動並拍攝菌類生長的影像資料，並將此影像資料回傳至管理主機，即時監控菌類生長狀況，所以本發明實施例的菌類生長影像監控系統可以減少室內菌類培養場的人工作業需求。此外，本發明實施例的菌類生長影像監控系統可具有環境感測模組及環境控制模組，所以在影像資料與生長狀態資料庫比對產生判斷結果後，環境控制模組可依據判斷結果有效調節室內菌類培養場內的環境。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1是本發明之一實施例的菌類生長影像監控系統的示意圖。圖2是圖1之方塊示意圖。請參照圖1及圖2，本實施例係一種菌類生長影像監控系統10，適用於室內菌類培養場，室內菌類培養場至少包括培養架20及承載於培養架20上的菌類G，菌類生長影像監控系統10包括空拍機11與管理主機12。空拍機11具有定位模組111與影像擷取模組112，定位模組111具有多個超音波感測元件（圖未繪示）以進行定位，影像擷取模112組用於拍攝菌類G以產生影像資料。管理主機12與空拍機11互相通訊，並適於根據排程軌跡資料庫121及超音波感測元件的定位資料以驅動空拍機11沿預設路徑L移動。

需提及的是，菌類G例如是靈芝或其他菇類，盛裝菌類G的太空包排列於培養架20上。具體而言，培養架20例如具有外框21以及連接在外框20內的多個隔板22，而外框21具有拍攝側，影像擷取模組112朝向拍攝側拍攝位於這些隔板22上的菌類G的子實體。

本實施例的空拍機11是一種四軸飛行器，空拍機11例如具有控制器113、旋翼模組114與傳輸模組115，而控制器113與定位模組111、影像擷取模組112、旋翼模組114與傳輸模組115電性連接。控制器113依據管理主機12的命令以驅動旋翼模組114，而使空拍機11在完成定位之後，沿著預設路徑L移動。控制器113驅動影像擷取模組112來拍攝菌類G直到空拍機11回到預設路徑L的原點，但不以此為限，例如，影像擷取模組112也可視需求設計成僅在Y軸方向上的預設路徑L進行拍攝，而X軸方向與Z軸方向則可不拍攝。

定位模組111之超音波感測元件的數量例如為三個，而各個超音波感測元件用於發射聲束，而各聲束的聲軸S1、S2、S3彼此相互垂直，且這些超音波感測元件其中之一聲軸S1朝向空拍機11的下方，即朝向室內菌類培養場的底面，藉由這些超音波感測元件接收返回的聲束，以進行空拍機11的定位。具體而言，請參照圖3A及圖3B，室內菌類培養場30具有底面31與頂面32以及連接於底面31與頂面32之間的多個側牆33、34，具有聲軸S1超音波感測元件沿著Z軸方向發射聲束到底面31並接收聲束，而具有聲軸S2、S3的超音波感測元件分別沿著Y軸方向與X軸方向發射聲束到側牆33、側牆34並接收聲束。之後，控制器113接收各個超音波感測元件產生的距離資料（即第一距離D1、第二距離D2與第三距離D3），以轉換成對應室內菌類培養場30內的座標（D3,D2,D1），進而定位空拍機11，並回傳定位資料至管理主機12。

管理主機12例如具有排程軌跡資料庫121、中央處理模組122及傳輸模組123，而中央處理模組122電性連接排程軌跡資料庫121與傳輸模組123，排程軌跡資料庫121用於提供排程資料與軌跡資料，排程資料例如包括驅動空拍機11的多個時間點，軌跡資料例如包括室內菌類培養場30的地圖資料與空拍機11的預定路徑L。而傳輸模組123則用以與空拍機11的傳輸模組115相互通訊，藉以接收或傳送前述的資料。此外，傳輸模組123與傳輸模組115是採用無線傳輸方式，例如，行動通訊技術（2G、GPRS、3D及4G）、無線網路技術（Wi-Fi）、乙太網（Ethernet）或藍芽傳輸。

為瞭解本實施例中管理主機12於空拍機11的操控方法，請再參照圖2，管理主機12係先依據排程資料驅動空拍機11，接著空拍機11進行定位。而在空拍機11定位完成之後，若空拍機11的座標位於預設路徑L的原點，空拍機11沿著預設路徑L移動，並將影像擷取模組112朝向拍攝側拍攝菌類G的子實體。若空拍機11的座標非為預設路徑L的原點，則空拍機11由管理主機12驅動空拍機11先返回預設路徑L的原點。接著，空拍機11沿著預設路徑L移動直至返回原點，並將影像資料傳輸至管理主機12，而完成一次排程。且排程可以視管理者的需求進行次數或時間的調整。

本實施例的菌類生長影像監控系統10因空拍機11具有多個超音波感測元件而可進行室內菌類培養場30內準確定位，在定位完成後，再藉由管理主機12定期驅動空拍機11沿著預設路徑L移動並拍攝菌類G生長的影像資料，並將此影像資料回傳至管理主機12，即時監控菌類G生長的狀況，所以本實施例的菌類生長影像監控系統10可以減少室內菌類培養場30的人工作業需求。

另一方面，本實施例的管理主機12還可用於判斷影像資料進而產生菇類生長狀態判斷結果。具體而言，管理主機12例如可包括生長狀態資料庫124，而中央處理模組122根據生長狀態資料庫124資料比對於菌類G的影像資料。影像資料例如包括菌類G的子實體圖像，中央處理模組122可根據影像資料計算（如結合影像處理）子實體的尺寸或是子實體的外型，進而比對至生長狀態資料庫124以產生判斷資料。而判斷資料例如是指室內菌類培養場30的環境參數之溫度、濕度、照度及二氧化碳濃度等不足或過多，但本發明也不限於此，也可以視菌類培養需求來增加其他種類的環境參數。

此外，本實施例的管理主機12還可具有深度學習模型，而中央處理模組根據生長狀態資料庫124與深度學習模型125產生上述判斷資料。舉例來說，深度學習模型125是藉由大量資料輸入以持續修正內建參數（或權重值），以讓中央處理模組122產生更為準確的判斷結果。但在其他實施例中，也可以採用習知技藝中相似或相近於深度學習模型的其他種類運算模型。

再者，本實施例的管理主機12還可包括環境感測模組126及環境控制模組127，環境感測模組126用以感測室內菌類培養場30的多個環境參數。環境控制模組127依據判斷結果與這些環境參數以調節室內菌類培養場30內的環境。此外，環境感測模組126例如為溫度感測器、濕度感測器、照度感測器或二氧化碳感測器的至少其中之一，而環境控制模組127例如為溫度調節器、濕度調節器、光源或風扇的至少其中之一，但本發明不限於此，在其他實施例中，也可視室內菌類培養場30的設計需求來增加其它種類的感測器或是調節器。所以本發明實施例管理主機12將影像資料與生長狀態資料庫124比對產生判斷結果後，環境控制模組127可依據判斷結果有效調節室內菌類培養場30內的環境。需提及的是，在本發明中，環境監測模組126與環境控制模組127係自動化讀取環境參數以調節室內菌類培養場內的環境，而在管理主機12產生判斷結果之後，也可根據判斷結果一併調整。

雖然圖1是透過超音波感測元件進行定位，但是在其他實施例中，也可以在菌類G的培養架20設置其他輔助定位件，且對應預設路徑L設置在拍攝側且位在於隔板22，例如，反射板或二維條碼元件等，藉以輔助空拍機11進行於室內菌類培養場30的定位，詳細說明如下。

圖4是本發明之另一實施例的菌類生長影像監控系統的示意圖。請參照圖4，菌類生長影像監控系統10a例如更包括多個反射板40，這些反射板40配置於拍攝側並位於這些隔板22，這些超音波感測元件依據這些反射板40以進行定位。這些反射板40例如對應於預設路徑L。舉例來說，於空拍機11完成定位後並沿著預設路徑L移動時，具有聲軸S3的超音波感測元件沿著X軸方向發射聲束至反射板40並接收，控制器113接收此超音波感測元件的距離資料，若距離資料符合預設距離資料，則空拍機11位於預設路徑L上，以接續向前移動。雖然圖2是以反射板40位在這些隔板22為例，但是在其他實施例中，反射板40也可以視設計需求設置在拍攝側並位於外框21上。

此外，菌類生長影像監控系統10a例如更可包括多個二維條碼元件60，這些二維條碼元件60分別配置於拍攝側並位於這些隔板22之相對二端，影像擷取模組112拍攝各二維條碼元件60以產生定位影像資料，定位模組111接收定位影像資料以進行定位。

除上述輔助定位方式之外，空拍機11例如更包括全球定位系統（GPS, Global Positioning System），而可輔助定位模組111於X軸方向與Y軸方向上的定位。此外，空拍機11例如更包括加速規、陀螺儀等電子零件，而可穩定空拍機11的懸空位置，但不限於此。

另一方面，菌類生長影像監控系統10a例如更包括多個刻度尺50，這些刻度尺50分別配置於拍攝側並位於這些隔板22，影像擷取模組112拍攝各刻度尺50以產生影像尺寸資料，進而回傳至管理主機12，用以比對生長狀態資料庫124以產生判斷資料。具體而言，如圖5所示，本實施例的中央處理模組122根據生長狀態資料庫124資料比對於菌類G的影像資料時，影像資料例如包括菌類G的子實體圖像及刻度尺50的標號，因而中央處理模組122可根據影像資料計算出菌類G子實體的尺寸（以寬度D4為例），進而比對至生長狀態資料庫124以產生判斷資料，或可結合深度學習模型125產生此判斷資料，所以可提高判斷資料的準確性。

圖6是本發明另一實施例之菌類生長影像監控系統的方塊示意圖。如圖6所示，本實施例之菌類生長影像監控系統10b與圖1的菌類生長影像監控系統10類似，主要差異處在於菌類生長影像監控系統10b例如更包括雲端伺服器13，與管理主機12b相互通訊並接收影像資料，雲端伺服器13例如具有生長狀態資料庫131與深度學習模型132，而雲端伺服器13根據生長狀態資料庫131及深度學習模型132判斷影像資料以產生判斷結果，進而將判斷結果回傳至管理主機12b。具體而言，本實施例的管理主機12b可不具有圖1的生長狀態資料庫131與深度學習模型132，而交由雲端伺服器13產生判斷結果，而雲端伺服器13可以搭配多個管理主機12b，並藉由同步管理多個室內菌類培養場的環境，其中雲端伺服器13具有傳輸模組133以與管理主機12b透過網際網路14相互通訊，而雲端伺服器13例如還具有雲端運算模組134，雲端運算模組134可根據生長狀態資料庫131與深度學習模型判斷影像資料而產生判斷結果。

如此，增設雲端運算模組134除了具有前述實施例提及的優點之外，還可以同步對多個室內菌類培養場進行管理，且根據各個室內菌類培養場以提供大量資料予深度學習模型132，而優化深度學習模型132的運算法則，以提高各個室內菌類培養場的判斷結果的準確性，即藉由物聯網的方式管理多個室內菌類培養場，進而減少室內菌類培養場的人工作業需求，並可有助於改善現況室內菌類培養場於自動化管理的需求。

此外，根據管理者的需求，還可以透過網際網路或是無線傳輸方式將上述提及的環境參數、影像資料、定位資料、生長狀態資料庫、排程軌跡資料庫傳輸至管理者終端15，而管理者終端15例如是智慧型手機、平板電腦或是其他具有顯示功能的可攜帶式電子裝置，以幫助管理者即時掌握菌類培養場內的狀況。

綜上所述，本發明實施例的菌類生長影像監控系統因空拍機具有多個超音波感測元件能進行室內準確定位，在定位完成後，可藉由管理主機定期驅動空拍機沿著預設路徑移動並拍攝菌類生長的影像資料，並將此影像資料回傳至管理主機，即時監控菌類生長狀況，所以本發明實施例的菌類生長影像監控系統可以減少室內菌類培養場的人工作業需求。此外，本發明實施例的菌類生長影像監控系統可具有環境感測模組及環境控制模組，所以在影像資料與生長狀態資料庫比對產生判斷結果後，環境控制模組可依據判斷結果有效調節室內菌類培養場內的環境。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用於限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

菌類生長影像監控系統10、10a、10b 空拍機11 定位模組111 影像擷取模組112 控制器113 旋翼模組114 傳輸模組115 管理主機12 排程軌跡資料庫121 中央處理模組122 傳輸模組123 生長狀態資料庫124 深度學習模型125 環境感測模組126 環境控制模組127 雲端伺服器13 生長狀態資料庫131 深度學習模型132 傳輸模組133 雲端運算模組134 網際網路14 管理者終端15 培養架20 外框21 隔板22 室內菌類培養場30 底面31 頂面32 側牆33、34 反射板40 刻度尺50 二維條碼元件60 第一距離D1 第二距離D2 第三距離D3 寬度D4 菌類G 預設路徑L 聲軸S1、S2、S3

圖1是本發明之一實施例的菌類生長影像監控系統的示意圖。 圖2是圖1之方塊示意圖。 圖3A及圖3B是圖1之定位模組的超音波感測器計算室內座標的示意圖。 圖4是本發明之另一實施例的菌類生長影像監控系統的示意圖。 圖5是圖4之根據刻度尺的刻度輔助辨識菌類尺寸的示意圖。 圖6是本發明之另一實施例的菌類生長影像監控系統的方塊示意圖。

Claims (9)

1. 一種菌類生長影像監控系統，適用於一室內菌類培養場，該室內菌類培養場至少包括一培養架及承載於該培養架上的菌類，該菌類生長影像監控系統包括：一空拍機，具有一定位模組與一影像擷取模組，其中：該定位模組具有至少三個超音波感測元件以進行定位，各該超音波感測元件用於發射一聲束，而各該聲束的聲軸彼此相互垂直，且該些超音波感測元件其中之一的該聲軸朝向該空拍機的下方；以及該影像擷取模組用於拍攝菌類以產生一影像資料；以及一管理主機，與該空拍機互相通訊，並適於根據一排程軌跡資料庫及該些超音波感測元件的定位資料以驅動該空拍機沿一預設路徑移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之菌類生長影像監控系統，其中該培養架具有一外框以及連接在該外框內的多個隔板，而該外框具有一拍攝側，該影像擷取模組朝向該拍攝側拍攝位於該些隔板上的菌類，且該菌類生長影像監控系統更包括多個反射板，該些反射板配置於該拍攝側並位於該些隔板，該些超音波感測元件依據該些反射板以進行定位。
3. 如申請專利範圍第1項所述之菌類生長影像監控系統，其中該培養架具有一外框以及連接在該外框內的多個隔板，而該外框具有一拍攝側，該影像擷取模組朝向該拍攝側拍攝位於該些隔板上的菌類，且該菌類生長影像監控系統更包括多個二維條碼元件，該些二維條碼元件分別配置於該拍攝側並位於該些隔板之相對二端，該影像擷取模組拍攝各該二維條碼元件以產生一定位影像資料，該定位模組接收該定位影像資料以進行定位。
4. 如申請專利範圍第1項所述之菌類生長影像監控系統，其中該培養架具有一外框以及連接在該外框內的多個隔板，而該外框具有一拍攝側，該影像擷取模組朝向該拍攝側拍攝位於該些隔板上的菌類，且該菌類生長影像監控系統更包括多個刻度尺，該些刻度尺分別配置於該拍攝側並位於該些隔板，該影像擷取模組拍攝各該刻度尺及該菌類以產生一影像尺寸資料，進而回傳至該管理主機。
5. 如申請專利範圍第1項所述之菌類生長影像監控系統，其中該管理主機具有該排程軌跡資料庫、一生長狀態資料庫與一深度學習模型，該管理主機根據該生長狀態資料庫及該深度學習模型判斷該影像資料以產生一判斷結果。
6. 如申請專利範圍第1項所述之菌類生長影像監控系統，更包括一雲端伺服器，與該管理主機相互通訊並接收該影像資料，該雲端伺服器具有一生長狀態資料庫與一深度學習模型，而該雲端伺服器根據該生長狀態資料庫及該深度學習模型判斷該影像資料以產生一判斷結果，進而將該判斷結果回傳至該管理主機。
7. 如申請專利範圍第5或6項所述之菌類生長影像監控系統，其中該管理主機更包括一環境感測模組及一環境控制模組，該環境感測模組用以感測該室內菌類培養場的多個環境參數，該環境控制模組依據該判斷結果與該些環境參數以調節該室內菌類培養場內的環境。
8. 如申請專利範圍第7項所述之菌類生長影像監控系統，其中該環境感測模組為溫度感測器、濕度感測器、照度感測器或二氧化碳感測器的至少其中之一。
9. 如申請專利範圍第7項所述之菌類生長影像監控系統，其中該環境控制模組為溫度調節器、濕度調節器、光源或風扇的至少其中之一。