식물공장 작물 생육판단 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD OF JUDGING GROWTH OF VERTICAL FARM}

본 발명은 식물공장 작물 생육판단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 식물공장의 작물 생장 영상을 자동으로 수집하여 작물의 생육을 판단하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

현재, 대부분 식물공장에서 작물의 상태 감시는 작물의 생육, 병충해 감염여부, 환경의 적정 조성 및 양액성분의 적절한 공급 여부 등을 판단하기 위해 필요한 요소이지만 현재 대부분은 사람의 육안을 통해 진행되고 있는 실정이다.

작물 생장은 기본적으로 온도, 습도, 이산화탄소(CO ₂ ) 등 생장 환경 정보와 밀접한 관계를 가지기 때문에 생장 모습과 환경정보를 연계하여 관리하는 방안이 필요하지만 현재 대부분 생장모습의 기록 없이 단순 일자별 환경정보만을 기록하고 있는 상황이다.

특히, 식물공장의 경우 다단베드 재배 등으로 인해 육안으로 관찰할 수 없는 사각지역이 발생하며, 일부 고정 설치된 카메라에 줌과 틸트 기능을 이용한 감시가 행해지고 있으나 정교한 생장 모습 감시 및 판별에 한계가 있다.

따라서, 식물공장 재배작물의 생장, 병충해 감염여부, 환경 조성의 적절성, 양액 조성 및 적절한 공급 여부 등을 판단하기 위한 작물 영상 자동 수집 시스템 의 개발이 요구되어지고 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 식물공장 재배작물의 생장, 병충해 감염여부, 환경 조성의 적절성, 양액 조성 및 적절한 공급 여부 등을 자동으로 판단하기 위한 식물공장 작물 생육판단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템은 카메라, 이송장치, 전송부 및 제어부를 포함한다. 상기 카메라는 식물 재배 시스템에서 생장되는 식물의 생장 상태를 촬영한다. 상기 이송장치는 상기 식물 재배 시스템에 부착되어, 상기 카메라를 X축 및 Y축을 따라서 이송시킨다. 상기 전송부는 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 전송한다. 상기 제어부는 상기 전송부로부터 수신된 영상을 이용하여, 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단하는 판단부를 포함하고, 상기 카메라, 상기 이송장치 및 상기 전송부의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함한다.

이때, 상기 제어부는 식물의 생장상태, 생리장해, 병충해 감염상태에 대한 다수의 이미지를 기록하여 저장하는 기록부를 더 포함하고, 상기 기록부는 당기 다수의 이미지를 상기 판단부에 전송하여, 상기 판단부는 상기 촬영된 영상과 상기 다수의 이미지를 비교함으로써 상기 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단한다.

또한, 상기 기록부는 상기 판단부로부터 전송된 판단정보를 수록한 촬영 이미지를 데이터 베이스에 기록할 수 있다.

한편, 이러한 식물공장 작물 생육판단 시스템은 상기 데이터 베이스에 기록된 상기 판단정보를 수록한 촬영 이미지를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 카메라를 X축 및 Y축을 따라 일정 간격으로 분할된 해당위치로 이동한 후, 촬영을 진행하여 식물 재배 시스템의 전 영역을 커버하는 이미지들을 촬영할 수 있도록, 상기 제어부는 상기 카메라가 부착된 상기 이송장치의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 카메라, 상기 이송장치 및 상기 전송부를 일정 시간 간격으로 주기적으로 구동할 수 있다.

한편, 상기 이송장치는, X축 랙기어, X축 피니언 기어, 또는 타이밍 밸트, X축 서보모터, Y축 랙기어, Y축 피니언 기어 및 Y축 서보모터를 포함하여, 상기 카메라를 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 X축 랙기어는 상기 식물 재배 시스템의 X축 방향으로 연장된다. 상기 X축 피니언 기어는 상기 X축 랙기어와 연동된다. 상기 X축 서보모터는 상기 X축 피니언 기어를 회전시킨다. X축방향 이동은 타이밍벨트, 벨트풀리에 의해 이동될 수도 있다. 상기 Y축 랙기어는 상기 식물 재배 시스템의 Y축 방향으로 연장된다. 상기 Y축 피니언 기어는 상기 Y축 랙기어와 연동된다. 상기 Y축 서보모터는 상기 Y축 피니언 기어를 회전시킨다.

한편, 식물 재배 시스템은 다단으로 구성되고, 상기 카메라 및 상기 이송장치는 각 단마다 구비될 수 있다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 방법은 식물 재배 시스템에서 생장되는 식물의 생장 상태를 카메라에 의해 촬영하는 단계와, 식물의 생장상태, 생리장해, 병충해 감염상태에 대한 다수의 이미지를 데이터 베이스로부터 전송받는 단계와, 상기 다수의 이미지와 촬영된 상기 식물의 생장 상태와 비교하여 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 카메라는 X축 및 Y축을 따라 일정 간격으로 분할된 해당위치로 이동한 후, 촬영을 진행하여 식물 재배 시스템의 전 영역을 커버할 수 있다.

본 발명에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템 및 그 방법에 의하면, 식물공장 재배작물의 생장, 병충해 감염여부, 환경 조성의 적절성, 양액 조성 및 적절한 공급 여부 등을 자동으로 판단하여, 관리에 보다 효율을 기할 수 있다.

또한, 작물 생장상태에 대한 체계적 관리로 품질 및 생산성향상 기대할 수 있으며, 생장주기별로 작물 생장이미지와 환경정보를 기록, 관리함으로써 기존 작물 재배방식의 오류 수정 및 적절한 환경관리로 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 비정상적인 생장 이미지 판별을 통해 생리장해 조기진단 및 병충해 예찰 등으로 재배 위험성 감소된다. 즉, 생장주기별 최적의 생장이미지를 기록한 비교 데이터 베이스와 촬영 이미지를 비교하여 비정상적 패턴이 발생할 때 관리자에 통보로 관리 위험성을 감소시킬 수 있다.

또한, 생장 이미지를 자동 수집하는 시스템을 구현함으로써 관리 인건비를 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 식물공장 작물 생육판단 시스템의 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템의 사시도이다.
도 4는 도 3에서 도시된 작물 생육판단 시스템의 일부를 확대하여 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템의 제어부에 탑재된 카메라 제어 프로그램의 사진이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템의 카메라에 의해 촬영된 사진이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템(100)은 카메라(110), 이송장치(120), 전송부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

상기 카메라(110)는 식물 재배 시스템(1000)에서 생장되는 식물의 생장 상태를 촬영한다. 본 실시예에서, 상기 카메라(110)는 예컨대 SoC 카메라를 사용하여 구현할 수 있다. 도 6에서는 본 실시예에 따른 식물공장 작물 생육 판단 시스템(100)의 카메라를 통해서 촬영된 영상이 개시되어 있다.

도시되진 않았으나, 상기 식물공장 작물 생육판단 시스템(100)은 조명장치를 더 포함하고, 상기 조명장치는 상기 카메라(110)에 이웃하도록 배치될 수 있다. 상기 조명장치는 예컨대 형광등, 백열등, 또는 LED 조명등으로 구성될 수도 있다. 상기 조명장치는 주변이 어두운 곳에서도 상기 카메라(110)가 식물의 영상을 촬영할 수 있도록 한다.

상기 이송장치(120)는 상기 다단의 재배 시스템(1000)에 부착되어, 상기 카메라(110)를 X축 및 Y축을 따라서 이송시킨다. 상기 이송장치는 다양한 방법으로 구성될 수 있으며, 일 예로 도 3 및 도 4를 참조로 보다 상세히 설명될 것이다.

상기 전송부(130)는 상기 카메라(110)에 의해 촬영된 영상을 상기 제어부(140)에 전송한다. 상기 전송부(130)는 촬영된 영상을 정지 이미지 형태로 캡처한 후 유무선 형태로 상기 제어부(140) 내부의 판단부(141)로 전송한다.

상기 제어부(140)는 판단부(141) 및 동작 제어부(142)를 포함한다. 상기 판단부(141)는 상기 전송부(130)로부터 수신된 영상을 이용하여, 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단한다. 상기 판단부(141)는 이후 보다 상세히 기술될 기록부에 저장된 식물의 다양한 생장 상태를 저장한 이미지와 비교하여, 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단한다. 이러한 판단부(141)는 프로그램으로서, 구현될 수 있다.

상기 동작 제어부(142)는 상기 카메라(110), 상기 이송장치(120) 및 상기 전송부(130)의 동작을 제어한다. 이를 위하여 상기 동작 제어부(142)는 카메라제어 프로그램, 이송장치제어 프로그램, 전송부제어 프로그램을 각각 탑재할 수 있으며, 도 6에서는 본 실시예를 통해 구현된 카메라제어 프로그램이 개시되어 있다.

상기 카메라(110)를 X축 및 Y축을 따라 일정 간격으로 분할된 해당위치로 이동한 후, 촬영을 진행하여 식물 재배 시스템의 전 영역을 커버하는 이미지들을 촬영할 수 있도록, 상기 제어부(140)의 상기 이송제어 프로그램은 상기 카메라(110)가 부착된 상기 이송장치(120)의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부(140)는 식물의 생장상태, 생리장해, 병충해 감염상태에 대한 다수의 이미지를 기록하여 저장하는 기록부(143)를 더 포함할 수 있다. 상기 기록부(143)는 당기 다수의 이미지를 상기 판단부에 전송하여, 상기 판단부(141)는 상기 촬영된 영상과 상기 다수의 이미지를 비교함으로써 상기 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단한다.

또한, 상기 제어부(140)는, 상기 카메라(110), 상기 이송장치(120) 및 상기 전송부(130)를 일정 시간 간격으로 주기적으로 구동할 수 있다. 이러한 제어부(140)는 퍼스널 컴퓨터, 워크스테이션 등을 통해서 구현될 수 있다.

또한, 상기 기록부(143)는 상기 판단부(141)로부터 전송된 판단정보를 수록한 촬영 이미지를 기록부(143) 내의 데이터 베이스에 기록할 수 있다.

한편, 이러한 식물공장 작물 생육판단 시스템(100)은 상기 데이터 베이스에 기록된 상기 판단정보를 수록한 촬영 이미지를 출력하는 출력부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부(150)는 프린터를 통해서 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 방법은 식물 재배 시스템에서 생장되는 식물의 생장 상태를 카메라에 의해 촬영하는 단계와, 식물의 생장상태, 생리장해, 병충해 감염상태에 대한 다수의 이미지를 데이터 베이스로부터 전송받는 단계와, 상기 다수의 이미지와 촬영된 상기 식물의 생장 상태와 비교하여 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 카메라는 X축 및 Y축을 따라 일정 간격으로 분할된 해당위치로 이동한 후, 촬영을 진행하여 식물 재배 시스템의 전 영역을 커버할 수 있다.

한편, 식물 재배 시스템은 다단으로 구성되고, 상기 카메라 및 상기 이송장치는 각 단마다 구비될 수 있다.

이러한 식물공장 작물 생육판단 방법은 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도 2는 식물공장 작물 생육판단 시스템의 동작 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 제어부(140)의 동작 제어부(142)는 상기 카메라(110)를 특정 위치로 이동시키도록 이송장치(120)를 구동시킨다. 이동이 완료되면, 상기 동작 제어부(142)는 상기 카메라(110)를 구동시켜, 식물의 생장 상태를 촬영한다.

상기 전송부(130)에 촬영된 이미지를 캡쳐하여 제어부(141) 내의 판단부(141)에 전송한다.

상기 판단부(141)는 상기 기록부(143)의 최적 이미지 데이터 베이스와 환경정보 데이터 베이스의 자료와 촬영된 이미지를 비교하여, 상기 식물의 생장상태, 생리장해 및 병충해 감염여부를 판단한다. 이렇게 판단된 자료를 다시 기록부(143)의 촬영이미지 데이터 베이스에 전송하고, 상기 촬영이미지 데이터 베이스는 이를 저장한다.

요청이 있는 경우, 기록부(143)는 촬영이미지를 출력부(150)에 전송하고, 출력부(150)는 이를 문서로 출력할 수 있다.

도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템의 사시도이고, 도 4는 도 3에서 도시된 작물 생육판단 시스템의 일부를 확대하여 도시된 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 이송장치(120)는, X축 랙기어(121), X축 피니언 기어(122), X축 서보모터(123), Y축 랙기어(124), Y축 피니언 기어(125) 및 Y축 서보모터(126)를 포함하여, 상기 카메라(도 1의 110)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 X축 랙기어(121)는 상기 식물 재배 시스템의 X축 방향으로 연장된다. 상기 X축 피니언 기어(122)는 상기 X축 랙기어(121)와 연동된다. 상기 X축 서보모터(123)는 상기 X축 피니언 기어(122)를 회전시킨다. 이러한 구동을 통해서, 상기 카메라(110)는 X축 방향으로 이송될 수 있다.

상기 Y축 랙기어(124)는 상기 식물 재배 시스템의 Y축 방향으로 연장된다. 상기 Y축 피니언 기어(125)는 상기 Y축 랙기어(124)와 연동된다. 상기 Y축 서보모터(126)는 상기 Y축 피니언 기어(125)를 회전시킨다. 이러한 구동을 통해서, 상기 카메라(110)는 Y축 방향으로 이송될 수 있다.

본 발명에 의한 식물공장 작물 생육판단 시스템 및 그 방법에 의하면, 식물공장 재배작물의 생장, 병충해 감염여부, 환경 조성의 적절성, 양액 조성 및 적절한 공급 여부 등을 자동으로 판단하여, 관리에 보다 효율을 기할 수 있다.

또한, 작물 생장상태에 대한 체계적 관리로 품질 및 생산성향상 기대할 수 있으며, 생장주기별로 작물 생장이미지와 환경정보를 기록, 관리함으로써 기존 작물 재배방식의 오류 수정 및 적절한 환경관리로 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 비정상적인 생장 이미지 판별을 통해 생리장해 조기진단 및 병충해 예찰 등으로 재배 위험성 감소된다. 즉, 생장주기별 최적의 생장이미지를 기록한 비교 데이터 베이스와 촬영 이미지를 비교하여 비정상적 패턴이 발생할 때 관리자에 통보로 관리 위험성을 감소시킬 수 있다.

또한, 생장 이미지를 자동 수집하는 시스템을 구현함으로써 관리 인건비를 절감시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 식물공장 작물 생육판단 시스템 110: 카메라
120: 이송장치 121: X축 랙기어
122: X축 피니언 기어 123: X축 서보모터
124: Y축 랙기어 125: Y축 피니언 기어
126: Y축 서보모터 130: 전송부
140: 제어부 141: 판단부
142: 동작 제어부 143: 기록부
150: 출력부 1000: 식물 재배 시스템