KR102301658B1 - Apparatus for growing plant and control method of the same - Google Patents

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Abstract

식물 생육 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 개시된 식물 생육 장치는 식물 생육을 위한 조명을 능동적으로 수행하는 것으로서, 적어도 2개의 파장대역에서 이미지를 촬영하는 촬상부와, 식물 생육을 위한 조명을 하는 조명부와, 촬상부와 조명부를 제어하고 촬상부에서 획득된 이미지를 처리하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는 촬상부에서 획득된 이미지를 바탕으로 주변 환경 인자를 소거하고 식물 이미지만을 추출하고, 추출된 식물 이미지의 정보를 처리하여 식물의 생육도를 측정하고, 측정된 생육도에 기초하여 조명부에서 조명되는 광의 광량, 파장 및 조사 시간 중 적어도 하나를 제어한다.Disclosed are a plant growth apparatus and a method for controlling the same. The disclosed plant growth apparatus actively performs illumination for plant growth, and includes an imaging unit that captures images in at least two wavelength bands, an illumination unit illuminating the plant growth, and an imaging unit and an imaging unit controlling the illumination unit. includes a processor for processing the image obtained from the processor, based on the image obtained from the imaging unit, removes environmental factors, extracts only the plant image, and processes the information of the extracted plant image to measure the growth of the plant and controlling at least one of the amount of light, the wavelength, and the irradiation time of the light illuminated by the lighting unit based on the measured growth.

Description

식물 생육 장치 및 그 제어 방법{Apparatus for growing plant and control method of the same}Apparatus for growing plant and control method of the same

본 개시는 식물 생육 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물 생육용 조명을 능동적으로 수행할 수 있는 식물 생육 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a plant growth apparatus, and more particularly, to a plant growth apparatus capable of actively performing lighting for plant growth and a method for controlling the same.

기존의 실내 혹은 비닐하우스 재배 작물에 적용하는 생육용 조명은 기계식 혹은 전자식 타이머를 통하여 하루에 고정된 시간만큼의 광량을 공급하게끔 설정되어 왔다. 이 때, 사용자는 작물의 생장을 촉진하기 위하여 귀납적으로 광량 및 파장을 수동 조절하거나 조명의 초기 설정에 단순히 의존하여 왔다. 실내에서 주로 재배하는 식용 엽채류 및 특용작물과 더불어 미관을 장식하기 위한 화훼류는 조명의 광량과 파장, 조사 시간, 조명 조사에 따른 온도변화에 대해 그 생산량이 매우 민감하게 반응하므로 단순히 조명 시간만을 조절하는 종래의 방식으로는 작물 생육에 있어 최적 조건을 확보하기 어렵다. 더불어, 최근 보편화되고 있는 풀스펙트럼 COB(Chips on Board) LED의 경우, 기본적으로 전 파장 대역의 조명을 공급하기에 식물이 원하는 대역의 파장만을 공급하기 어렵고, 광량의 조절이 난해하여 사용자의 수동적인 유지관리가 요구된다. 따라서 현재까지의 실내 재배 기법은 조명의 제공에 있어 전력 관리 및 생육 최적 조건 조성에 있어 효율성을 담보하지 못하였다.Growing lighting applied to existing indoor or greenhouse-grown crops has been set to supply a fixed amount of light per day through a mechanical or electronic timer. In this case, the user inductively manually adjusts the light quantity and wavelength in order to promote the growth of crops, or has simply depended on the initial setting of the lighting. In addition to edible leafy vegetables and special crops grown mainly indoors, flowers for decorative purposes are very sensitive to changes in the amount of light, wavelength, irradiation time, and temperature caused by illumination, so it is only possible to simply control the lighting time. In the conventional method, it is difficult to secure optimal conditions for crop growth. In addition, in the case of the full-spectrum COB (Chips on Board) LED, which has become common recently, it is difficult to supply only the wavelengths of the desired bands of plants because it basically supplies the entire wavelength band, and it is difficult to control the amount of light. maintenance is required. Therefore, the indoor cultivation techniques up to now have not secured the efficiency in power management and optimal conditions for growth in providing lighting.

본 개시는 종래에 제안된 방법들이 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력 관리 및 생육 최적 조건 조성에 있어 효율성을 향상시킨 식물 생육 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.The present disclosure is to solve the problems of the conventionally proposed methods, and to provide a plant growth apparatus and a control method therefor, which have improved efficiency in power management and optimal growth conditions.

본 발명의 한 측면에 따르는 식물 생육 장치는 식물 생육을 위한 조명을 능동적으로 수행하는 것으로서,A plant growth apparatus according to an aspect of the present invention is to actively perform lighting for plant growth,

적어도 2개의 파장대역에서 식물의 이미지를 촬영하는 촬상부;an imaging unit for taking images of plants in at least two wavelength bands;

식물 생육을 위한 조명을 하는 조명부;Lighting unit for lighting for plant growth;

촬상부와 조명부를 제어하고 촬상부에서 획득된 이미지를 처리하는 프로세서;를 포함하며,It includes; a processor for controlling the imaging unit and the lighting unit and processing the image obtained from the imaging unit;

프로세서는 촬상부에서 획득된 이미지를 바탕으로 주변 환경 인자를 소거하고 식물 이미지만을 추출하고, 추출된 식물 이미지의 정보를 처리하여 식물의 생육도를 측정하고, 측정된 생육도에 기초하여 조명부에서 조명되는 광의 광량, 파장 및 조사 시간 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 한다.The processor removes environmental factors based on the image obtained from the imaging unit, extracts only the plant image, processes the information of the extracted plant image to measure the growth rate of the plant, and illuminates it in the lighting unit based on the measured growth rate It is characterized in that at least one of the amount of light, the wavelength and the irradiation time of the light to be controlled is controlled.

측정된 생육도는 NDVI 값일 수 있다.The measured viability may be an NDVI value.

일 실시예에 따른 식물 생육 장치는 촬상부는 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사기를 더 포함하며, 프로세서는 촬상부에서 획득된 이미지에서 레이저 빔의 스폿을 기준으로 식물의 위치를 특정할 수 있다. 이때, 측정된 생육도는 추출된 식물 이미지에서 레이저 빔의 스폿 근방의 NDVI값일 수 있다.The plant growth apparatus according to an embodiment may further include a laser irradiator for irradiating a laser beam in the imaging unit, and the processor may specify the position of the plant based on the spot of the laser beam in the image acquired by the imaging unit. In this case, the measured growth may be an NDVI value near the spot of the laser beam in the extracted plant image.

촬상부는, 렌즈와, 렌즈를 통해 입사된 광에서 적어도 2개의 파장대역을 통과시키는 다중 통과대역 필터와, 다중 통과대역 필터를 통과한 광이 입사되며 이미지를 촬영하는 하나의 촬상소자를 포함할 수 있다.The imaging unit may include a lens, a multi-pass band filter that passes at least two wavelength bands from the light incident through the lens, and an imaging device to which the light passing through the multi-pass band filter is incident and captures an image. have.

다중 통과대역 필터는 렌즈를 통해 입사된 광에서 제1 파장대역의 광과 제2 파장대역의 광을 투과시키는 듀얼 밴드 다이크로익 필터일 수 있다. 예를 들어, 제1 파장대역은 가시광 파장대역이고, 제2 파장대역은 근적외광 파장대역일 수 있다.The multi-pass band filter may be a dual-band dichroic filter that transmits light of a first wavelength band and light of a second wavelength band from light incident through a lens. For example, the first wavelength band may be a visible light wavelength band, and the second wavelength band may be a near-infrared light wavelength band.

주변 환경 인자는 토양, 멀칭, 화분, 비닐 중 적어도 하나에 대한 인자일 수 있다.The environmental factor may be a factor for at least one of soil, mulching, potted plants, and vinyl.

조명부는 복수의 영역에 대해 독립적으로 조명할 수 있는 복수의 발광소자들을 포함하며, 프로세서는 식물 이미지로부터 식물을 복수 영역으로 구획하고, 각 영역별로 생육도를 판단하여, 식물의 복수 영역에 대해 해당 영역의 생육도에 맞도록 조명부를 제어할 수 있다.The lighting unit includes a plurality of light emitting devices capable of independently illuminating a plurality of areas, and the processor divides the plant into a plurality of areas from the plant image, determines the growth rate for each area, and corresponds to the plurality of areas of the plant. The lighting unit may be controlled to match the growth rate of the area.

조명부는 복수의 LED를 포함할 수 있다.The lighting unit may include a plurality of LEDs.

일 실시예에 따른 식물 생육 장치는 촬상부가 식물 전체를 순차적으로 촬영할 수 있도록 상기 촬상부를 움직이는 촬상부 이동장치를 더 포함할 수 있다.The plant growth apparatus according to an embodiment may further include an imaging unit moving device that moves the imaging unit so that the imaging unit can sequentially photograph the entire plant.

일 실시예에 따른 외부 장치와 통신하는 통신부를 더 포함하며, 통신부는 촬상부에서 획득된 이미지 정보와, 프로세서에서 측정된 생육도 정보와, 조명부를 제어하는데 사용되는 제어정보를 외부 장치에 전송할 수 있다.Further comprising a communication unit for communicating with an external device according to an embodiment, the communication unit can transmit the image information obtained by the imaging unit, the growth information measured by the processor, and control information used to control the lighting unit to the external device have.

본 발명의 다른 측면에 따르는 제어 방법은 식물 생육을 위한 조명을 능동적으로 수행하는 식물 생육 장치의 제어 방법으로서, A control method according to another aspect of the present invention is a control method of a plant growth apparatus that actively performs lighting for plant growth,

촬상부를 이용하여 2개의 파장대역에서 식물의 이미지를 촬영하는 단계;Taking an image of a plant in two wavelength bands using an imaging unit;

이미지를 바탕으로 주변 환경 인자를 소거하고 식물 이미지만을 추출하는 단계;removing environmental factors based on the image and extracting only the plant image;

추출된 식물 이미지의 정보를 처리하여 식물의 생육도를 측정하는 단계; 및Measuring the growth degree of the plant by processing the information of the extracted plant image; and

측정된 생육도 정보에 기초하여 조명부에서 조명되는 광의 광량, 파장 및 조사시간 중 적어도 하나를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.and controlling at least one of the amount of light, the wavelength, and the irradiation time of the light illuminated by the lighting unit based on the measured growth information.

일 실시예에 따른 식물 생육 장치의 제어 방법은 레이저 빔을 조사하는 단계를 더 포함하며, 촬상부에서 획득된 이미지에서 레이저 빔의 스폿을 기준으로 이미지의 위치를 특정할 수 있다.The method of controlling a plant growth apparatus according to an embodiment may further include irradiating a laser beam, and a position of the image may be specified based on a spot of the laser beam in the image obtained by the imaging unit.

이미지를 촬영하는 단계는 적어도 2개의 파장대역을 갖는 다중 통과대역 필터를 통과시킨 후 하나의 촬상소자에 입사시키는 단계를 포함할 수 있다.The photographing of the image may include passing the multi-passband filter having at least two wavelength bands and then injecting the image into one image pickup device.

개시된 실시예에 의한 식물 생육 장치 및 그 제어 방법은 촬상소자를 통하여 산출한 작물 생육도를 바탕으로 식물이 원하는 형태의 조명을 실시간으로 자동 제어케끔 하여 실내 농업의 생산성 향상을 도모할 수 있다. 이는 기존 수동 조작 혹은 단순 타이머 식 조명의 전력 소모와 비효율성을 효과적으로 해결할 수 있으며, 생육도 데이터베이스의 누적을 통하여 작물 별로 연구에 필요한 데이터를 범국가적으로 누적할 수 있도록 한다.The plant growth apparatus and the control method according to the disclosed embodiment can improve the productivity of indoor agriculture by automatically controlling the lighting of the desired shape in real time based on the crop growth rate calculated through the imaging device. This can effectively solve the power consumption and inefficiency of the existing manual or simple timer-type lighting, and through the accumulation of the growth database, the data required for research by crop can be accumulated nationwide.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 생육 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 생육 장치의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 1의 식물 생육 장치의 촬상부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 통과대역 필터의 통과대역 특성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출한 식물 건강 상태에 따른 정규식생지수(NDVI)를 예시적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 생육 장치의 조명부를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물 생육 장치를 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a plant growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a block diagram of a plant growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 schematically shows the configuration of an imaging unit of the plant growth apparatus of FIG. 1 .
4 illustrates passband characteristics of a multi-passband filter according to an embodiment of the present invention.
5 exemplarily shows a regular vegetation index (NDVI) according to a plant health state calculated according to an embodiment of the present invention.
6 schematically shows a lighting unit of a plant growing apparatus according to another embodiment of the present invention.
7 schematically shows a plant growing apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification, and the size or thickness of each component in the drawings may be exaggerated for clarity of description. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description will be omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 생육 장치(100)를 개략적으로 도시하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 생육 장치의 블록도를 개략적으로 도시하며, 도 3은 도 1의 식물 생육 장치(100)의 촬상부(110)의 구성을 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a plant growing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, and schematically shows a block diagram of a plant growing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is the plant of FIG. The configuration of the imaging unit 110 of the growing apparatus 100 is schematically shown.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 식물 생육 장치(100)는 촬상부(110)와, 조명부(120)와, 제어부(130)를 포함한다.1 to 3 , the plant growth apparatus 100 includes an imaging unit 110 , a lighting unit 120 , and a control unit 130 .

촬상부(110)는 식물(1)을 촬영한다. 식물(1)은 한 개체뿐만 아니라, 복수 개체를 지칭할 수 있다. 이러한 촬상부(110)는 렌즈(111)와, 다중 통과대역 필터(112)와, 촬상소자(113)를 포함할 수 있다.The imaging unit 110 photographs the plant 1 . The plant 1 may refer not only to one individual, but also to a plurality of individuals. The imaging unit 110 may include a lens 111 , a multi-passband filter 112 , and an imaging device 113 .

렌즈(111)는 촬상부(110)에 입사된 광을 촬상소자(113)에 결상시킨다. 렌즈(111)는 단수 혹은 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 렌즈(111)는 사용자의 설정에 따라 알맞은 화각을 확보할 수 있게 한다. 렌즈(111)는 촬상부(110)에 탈착가능하게 결합되거나 혹은 고정될 수 있다.The lens 111 forms an image of the light incident on the imaging unit 110 on the imaging device 113 . The lens 111 may be composed of a single lens or a plurality of lenses. The lens 111 may secure an appropriate angle of view according to a user's setting. The lens 111 may be detachably coupled to or fixed to the imaging unit 110 .

다중 통과대역 필터(112)는 렌즈(111)를 통해 입사된 광에서 적어도 2개의 파장대역을 통과시킨다. 다중 통과대역 필터(112)는 제1 파장대역의 광과 제2 파장대역의 광을 투과시키는 듀얼 밴드 다이크로익 필터일 수 있다. The multi-pass band filter 112 passes at least two wavelength bands from the light incident through the lens 111 . The multi-pass band filter 112 may be a dual-band dichroic filter that transmits light of a first wavelength band and light of a second wavelength band.

듀얼 밴드 다이크로익 필터의 통과대역 특성의 일 예가 도 3에 도시된다. 도 3을 참조하면, 다중 통과대역 필터(112)는 600 nm 파장의 가시광 대역과 850 nm 파장의 근적외광 대역을 통과대역으로 하는 필터일 수 있다. 다중 통과대역 필터(112)의 통과대역은 예시적인 것이며, 필요에 따라서 다른 통과대역을 가는 필터가 사용될 수 있음은 물론이다.An example of a passband characteristic of a dual-band dichroic filter is shown in FIG. 3 . Referring to FIG. 3 , the multi-passband filter 112 may be a filter having a visible light band having a wavelength of 600 nm and a near-infrared light band having a wavelength of 850 nm as pass bands. The passband of the multi-passband filter 112 is exemplary, and it goes without saying that a filter having a different passband may be used as needed.

촬상소자(113)는 다중 통과대역 필터(112)를 통과한 광이 입사되며 이미지를 촬영한다. 이러한 촬상소자(113)는 CMOS(상보성 금속 산화막 반도체) 이미지 센서이거나 CCD(전하 결합 소자) 이미지 센서일 수 있다. 이미지 센서의 픽셀 어레이 상에는 RGB 칼라 필터들이 정렬되어 있다. 상용화된 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서는 대략 170nm 내지 1150nm인 풀(full) 스펙트럼에 대체로 민감하다. 대부분의 카메라 제조자들은 캡처된 이미지들로부터 자외선과 적외선에 의한 변형(corruptin)을 방지하기 위해 IR 컷 필터(미도시)이나 UVIR 컷 필터(미도시)를 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서의 앞에 설치되는데, 본 실시예에 사용되는 촬상소자(113)는 이러한 IR 컷 필터나 UVIR 컷 필터가 제거된 이미지 센서일 수 있다.The imaging device 113 receives the light passing through the multi-passband filter 112 and captures an image. The imaging device 113 may be a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor or a charge coupled device (CCD) image sensor. RGB color filters are arranged on the pixel array of the image sensor. Commercially available CCD image sensors or CMOS image sensors are generally sensitive to a full spectrum of approximately 170 nm to 1150 nm. Most camera manufacturers install an IR cut filter (not shown) or UVIR cut filter (not shown) in front of the CCD image sensor or CMOS image sensor in order to prevent corruption by ultraviolet and infrared rays from the captured images. , The image pickup device 113 used in this embodiment may be an image sensor from which the IR cut filter or the UVIR cut filter is removed.

촬상부(110)는 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사기(115)를 더 포함할 수 있다. 레이저 조사기(115)는 식물(1)이나 그밖의 표지에 하나 혹은 복수의 레이저 빔을 조사한다. 식물(1)이나 그밖의 표지에 맺힌 레이저 빔 스폿은 촬상소자(113)에 의해 촬상되는 이미지(특히, 식물)의 기준위치를 나타낼 수 있다.The imaging unit 110 may further include a laser irradiator 115 for irradiating a laser beam. The laser irradiator 115 irradiates one or more laser beams to the plant 1 or other marks. The laser beam spot on the plant 1 or other mark may indicate a reference position of an image (especially, a plant) captured by the image pickup device 113 .

조명부(120)는 복수의 발광소자들(121)을 구비하며, 식물(1)을 광을 조명한다. 발광소자들(121)은 예를 들어, LED(Light-Emitting Diode), OLED(Organic Light-Emitting Diode)와 같은 반도체 발광소자일 수 있다. 발광소자들(121)은 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 청색 발광소자를 포함할 수 있으며, 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 청색 발광소자 각각은 제어되어, 조명부(120)에서 조명되는 광의 광량, 파장(색) 및 조명시간 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 조명부(120)는 식물(1)을 균일하게 조명하도록 배치되거나 또는 식물(1)의 특정 부위(가령, 잎사귀들)에 집중 조명될 수도 있도록 배치될 수도 있다.The lighting unit 120 includes a plurality of light emitting devices 121 and illuminates the plant 1 with light. The light emitting devices 121 may be, for example, semiconductor light emitting devices such as a Light-Emitting Diode (LED) or an Organic Light-Emitting Diode (OLED). The light emitting devices 121 may include a red light emitting device, a green light emitting device, and a blue light emitting device, each of the red light emitting device, the green light emitting device, and the blue light emitting device is controlled, the amount of light illuminated by the lighting unit 120, At least one of a wavelength (color) and an illumination time can be adjusted. The lighting unit 120 may be arranged to uniformly illuminate the plant 1 or may be arranged to be focused on a specific part (eg, leaves) of the plant 1 .

제어부(130)는 프로세서(131)와, 메모리(132)와, 조명제어부(133)와, 전원부(134)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 외부 장치(미도시)와의 통신을 위한 통신부(135)를 더 포함할 수 있다. 제어부(130)의 구성요소들은 별도의 모듈 박스에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 프로세서(131)와 메모리(132)는 촬상부(110)의 하우징 내에 위치할 수도 있다. 조명제어부(133)는 조명부(120)의 하우징 내에 위치할 수도 있다.The control unit 130 may include a processor 131 , a memory 132 , a lighting control unit 133 , and a power supply unit 134 . The control unit 130 may further include a communication unit 135 for communication with an external device (not shown). Components of the control unit 130 may be provided in a separate module box, but is not limited thereto. For example, the processor 131 and the memory 132 may be located in the housing of the imaging unit 110 . The lighting control unit 133 may be located in the housing of the lighting unit 120 .

프로세서(131)는 촬상부(110)의 촬상소자(111)나 레이저 조사기(115), 조명 제어부(133), 입/출력을 위한 통신부(135)를 포함하여 식물 생육 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(131)는 촬상소자(111)에서 ??득된 이미지를 처리하며, 이를 바탕으로 식물(1)의 생육도를 산출하고 이에 따라 제어조건을 산출할 수도 있다. 프로세서(131)는 이미지 처리나, 생육도 산출 및 제어조건 산출을 위해 소정의 알고리즘을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 프로세서(131)는 이미지 처리나, 생육도 산출, 제어조건 산출을 위하여 뉴럴 네크워크를 포함할 수도 있다. 프로세서(131)의 좀 더 구체적인 동작에 대해서는 후술하기로 한다.The processor 131 includes an imaging device 111 or a laser irradiator 115 of the imaging unit 110 , a lighting control unit 133 , and a communication unit 135 for input/output. The overall operation of the plant growth apparatus 100 . can be controlled. Furthermore, the processor 131 may process the image obtained from the imaging device 111 , and may calculate the growth rate of the plant 1 based on this and calculate the control condition accordingly. The processor 131 may use a predetermined algorithm for image processing, growth rate calculation, and control condition calculation, but is not limited thereto. The processor 131 may include a neural network for image processing, growth rate calculation, and control condition calculation. A more detailed operation of the processor 131 will be described later.

메모리(132)는 휘발성 메모리나 비휘발성 메모리와 같은 내장 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(132)는 프로세서(131)의 제어에 의해 식물 생육 장치(100)를 구동하고 제어하는 다양한 데이터, 프로그램 또는 어플리케이션을 저장할 수 있다. 메모리(132)는 프로세서(131), 촬상부(110)의 촬상소자(111)나 레이저 조사기(115), 조명 제어부(133), 입/출력을 위한 통신부(135)의 구동에 대응되는 입력/출력되는 신호 또는 데이터를 저장할 수 있다. The memory 132 may include an internal memory such as a volatile memory or a non-volatile memory. The memory 132 may store various data, programs, or applications for driving and controlling the plant growth apparatus 100 under the control of the processor 131 . Memory 132 is input / corresponding to the driving of the processor 131, the imaging device 111 or the laser irradiator 115 of the imaging unit 110, the lighting control unit 133, the communication unit 135 for input / output The output signal or data can be stored.

조명제어부(133)는 예를 들어 릴레이(미도시) 및 디머 (미도시)를 통하여 조명부(120)의 파장(색), 광량 및 조명시간 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.The lighting control unit 133 may adjust at least one of a wavelength (color), light quantity, and illumination time of the lighting unit 120 through, for example, a relay (not shown) and a dimmer (not shown).

전원부(134)는 내장 배터리를 포함할 수 있다. 다른 예로, 전원부(134)는 외부로 유선으로 공급받을 수도 있다.The power supply unit 134 may include a built-in battery. As another example, the power supply unit 134 may be externally supplied by wire.

통신부(135)는 식물 생육 장치(100)와 외부 장치 사이의 입출력을 담당한다. 통신부(135)는 무선으로 외부 장치나 네트워크에 연결하는 무선 통신 모듈이나, 또는 유선으로 외부 장치나 네트워크에 연결하는 유선 통신 모듈을 포함할 수 있다.The communication unit 135 is responsible for input and output between the plant growth apparatus 100 and an external device. The communication unit 135 may include a wireless communication module for wirelessly connecting to an external device or network, or a wired communication module for connecting to an external device or network by wire.

나아가, 식물 생육 장치(100)는 온도, 습도, 가스 등을 측정할 수 있는 환경 센서(미도시)를 더 구비할 수 있다.Furthermore, the plant growth apparatus 100 may further include an environmental sensor (not shown) capable of measuring temperature, humidity, gas, and the like.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 생육 장치(100)의 제어 방법을 설명하기로 한다.Next, a method for controlling the plant growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

촬상부(120)는 실시간으로 식물(1)이 위치한 영역을 촬영한다. 촬상부(120)의 렌즈(111)를 통과한 광은 다중 통과대역 필터(112)에서 제1 파장대역과 제2 파장대역만이 통과되어 촬상소자(113)에 입사된다. 예를 들어, 제1 파장대역은 600 nm 파장의 가시광 대역이고, 제2 파장대역은 850 nm 파장의 근적외광 대역일 수 있다. 촬상소자(113)는 제1 파장대역과 제2 파장대역의 이미지를 획득할 수 있다.The imaging unit 120 captures an area in which the plant 1 is located in real time. The light passing through the lens 111 of the imaging unit 120 passes only the first wavelength band and the second wavelength band in the multi-pass band filter 112 , and is incident on the imaging device 113 . For example, the first wavelength band may be a visible light band having a wavelength of 600 nm, and the second wavelength band may be a near-infrared light band having a wavelength of 850 nm. The imaging device 113 may acquire images of a first wavelength band and a second wavelength band.

프로세서(131)는 촬상부(120)에서 획득된 이미지를 바탕으로 주변 환경 인자를 소거하고 식물 이미지만을 추출한다. 주변 환경 인자는, 예를 들어 토양, 멀칭(mulching), 화분, 비닐 등일 수 있다. 레이저 조사기(115)가 마련된 경우, 프로세서(131)는 레이저 조사기(115)에서 조사된 레이저 빔의 스폿을 통해 식물의 기준 위치를 판단할 수 있고, 이로부터 식물 이미지의 정확한 위치를 특정할 수 있다.The processor 131 removes environmental factors based on the image acquired by the imaging unit 120 and extracts only the plant image. Ambient environmental factors may be, for example, soil, mulching, potted plants, vinyl, and the like. When the laser irradiator 115 is provided, the processor 131 may determine the reference position of the plant through the spot of the laser beam irradiated from the laser irradiator 115, and from this, the exact position of the plant image may be specified. .

프로세서(131)는 주변 환경으로부터 분리된 식물 이미지 정보로부터 식물(1)의 생육도를 측정한다. The processor 131 measures the growth level of the plant 1 from plant image information separated from the surrounding environment.

본 실시예는, 식물(1)이 가진 고유 반사도로부터 생육도를 구하기 위하여 정규식생지수(NDVI, normalized difference vegetation index)를 이용할 수 있다. NDVI는 0부터 1까지의 값으로 식생의 생육 상태를 알 수 있는 지수로, 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.In this embodiment, the normalized difference vegetation index (NDVI) can be used to obtain the growth rate from the intrinsic reflectivity of the plant 1 . NDVI is an index that can know the growth state of vegetation with a value from 0 to 1, and is expressed as in Equation 1 below.

Figure 112018108117742-pat00001
Figure 112018108117742-pat00001

여기서, NDVI는 정규식생지수를, nIR은 다중 통과대역 필터(112)를 거쳐 검출된 검출된 근적외 파장대역(예를 들어, 850 nm)의 강도를, VIS는 다중 통과대역 필터(112)를 거쳐 검출된 가시 파장대역(예를 들어, 600 nm)의 강도를 뜻한다. Here, NDVI is the regular expression index, nIR is the intensity of the detected near-infrared wavelength band (eg, 850 nm) detected through the multiple passband filter 112 , and VIS is the multiple passband filter 112 . It refers to the intensity of the detected wavelength band (eg, 600 nm).

NDVI가 -1부터 0의 값을 가지는 피사체는 죽은 식물이나 토양, 혹은 주변 환경의 사물을 나타내며, 0부터 0.33은 매우 건강하지 못한 식물을, 0.33부터 0.66까지는 대체로 건강한 상태, 0.66부터 1까지는 매우 건강한 상태의 식물을 나타낸다.Subjects with NDVI values ranging from -1 to 0 indicate dead plants, soil, or objects in the surrounding environment. indicates the state of the plant.

추출된 식물 이미지에서 픽셀별로 수학식 1로 표현되는 NDVI값을 계산한다. false-color NDVI 영상에 포함되는 토양, 멀칭, 화분, 비닐 등의 주변 환경 인자를 소거하는 연산은 NDVI값을 계산하는 알고리즘 내에서, 기본적으로 산입된 기 촬영 영상자료 및 데이터베이스를 바탕으로 이루어질 수도 있다. 식물(1)이 가질 수 있는 NDVI 값은 한정적으로, 대체로 0.3에서 1 사이의 값을 가지므로 이러한 알고리즘은 일반적으로 적용할 수 있다.An NDVI value expressed by Equation 1 is calculated for each pixel in the extracted plant image. Calculation of erasing environmental factors such as soil, mulching, potted plants, vinyl, etc. included in false-color NDVI images may be performed based on previously recorded image data and databases included in the NDVI value calculation algorithm. . Since the NDVI value that the plant 1 can have is limited and generally has a value between 0.3 and 1, this algorithm is generally applicable.

레이저 조사기(115)가 마련된 경우, 추출된 식물 이미지에서 레이저 빔의 스폿 근방의 식물 부위(예를 들어, 하나의 잎사귀 혹은 무리지어진 잎사귀)에서의 NDVI값의 평균값을 상기 식물 부위의 생육도로 특정지을 수 있다. 레이저 빔 스폿이 복수개인 경우, 식물(1)의 복수 부위에서의 생육도를 측정할 수 있을 것이다.When the laser irradiator 115 is provided, the average value of the NDVI values in the plant part (for example, a single leaf or a group of leaves) near the spot of the laser beam in the extracted plant image is specified as the viability of the plant part. can When there are a plurality of laser beam spots, it will be possible to measure the viability of the plant 1 at a plurality of sites.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출한 식물 건강 상태에 따른 NDVI를 예시적으로 도시한다. 도 5의 좌측 이미지(a), (b)는 가시광 대역의 이미지를 도시하며, 도 5의 우측의 이미지 (c), (d)는 픽셀별로 NDVI 값을 컬러로 표시한 식물 이미지를 도시한다. 도 5의 우측의 이미지 (c), (d)에서 식물 이미지는 주변 환경 인자가 소거된 것을 확인할 수 있다.5 exemplarily illustrates NDVI according to the health state of a plant calculated according to an embodiment of the present invention. Images (a) and (b) on the left of FIG. 5 show images in the visible light band, and images (c) and (d) on the right side of FIG. 5 show a plant image in which NDVI values are displayed in color for each pixel. In the images (c) and (d) on the right side of FIG. 5 , it can be confirmed that the surrounding environmental factors are removed from the plant image.

도 5의 좌측 이미지(a), (b)만으로는 식물 건강 상태를 판단하기 어렵지만, 도 5의 우측의 이미지는 NDVI값이 대략적으로 0.66 이상의 값을 갖는 매우 건강한 상태의 식물((c)의 경우)과, NDVI값이 대략 0.66보다 작은 값을 갖는 건강하지 못하거나 대체로 건강한 상태의 식물((d)의 경우)를 구분할 수 있게 한다.Although it is difficult to determine the health of the plant only from the images on the left (a) and (b) of FIG. 5, the image on the right of FIG. 5 shows a plant in a very healthy state having an NDVI value of approximately 0.66 or higher (in case of (c)) and plants (in case of (d)) in an unhealthy or generally healthy state with an NDVI value less than approximately 0.66.

프로세서(131)는 측정된 생육도를 바탕으로 조명 필요 여부, 필요 파장대역, 필요 광량, 필요 조명시간을 산출하고, 조명부(120)에서 조명되는 광의 광량 및 파장 중 적어도 하나를 실시간으로 제어한다. 프로세서(131)가 뉴럴 네트워크를 가지고 있는 경우, 기존에 얻어진 다수의 생육 결과를 바탕으로 머신러닝을 통해 학습시키고, 이를 기초로 조명제어에 대한 판단을 수행할 수도 있을 것이다.The processor 131 calculates whether or not illumination is required, a required wavelength band, a required light amount, and a required illumination time based on the measured growth, and controls at least one of the amount and wavelength of the light illuminated by the lighting unit 120 in real time. If the processor 131 has a neural network, it may be learned through machine learning based on a number of previously obtained growth results, and may be able to determine lighting control based on this.

메모리(132)는 촬상부(110)에서 획득된 이미지 정보와, 프로세서(131)에서 측정된 생육도 정보 및 제어정보를 저장한다. The memory 132 stores image information acquired by the imaging unit 110 , and growth information and control information measured by the processor 131 .

나아가, 식물 생육 장치(100)가 통신부(135)를 더 구비한 경우, 촬상부(110)에서 획득된 이미지 정보와, 프로세서(131)에서 측정된 생육도 정보 및 제어정보를 외부 장치로 전송할 수도 있다. 여기서, 외부 장치는 중앙 서버, 클라우드 서버, 데스크탑, 등일 수 있다. 식물 생육 장치(100)에서 수집한 시계열적 생육 자료는 향후 작물의 생육과 작황을 예측할 수 있는 데이터베이스로 활용될 수 있다.Furthermore, when the plant growth apparatus 100 further includes the communication unit 135 , the image information obtained by the imaging unit 110 and the growth information and control information measured by the processor 131 may be transmitted to an external device. have. Here, the external device may be a central server, a cloud server, a desktop, or the like. The time-series growth data collected by the plant growth apparatus 100 may be used as a database capable of predicting future growth and harvesting of crops.

전술한 실시예는, 촬상부(110)가 2개 대역에서 이미지를 촬영한 예를 가지고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 다중 통과대역 필터(12)는 3개 밴드 대역 또는 4개 밴드 대역을 통과대역으로 하고, 촬상소자(13)는 3개 밴드 대역 또는 4개 밴드 대역에서 이미지를 촬상할 수도 있다. 구체적인 예로서, 다중 통과대역 필터(12)는 NIR 또는 적색, 녹색, 청색 또는 UV와 같은 3개의 밴드들의 4개의 조합들(NIR;G;B, NIR;G;UV, R;G;UV, R;G;B) 중 하나를 캡처할 수 있는 다중 대역통과 필터일 수 있다.The above-described embodiment has been described with an example in which the imaging unit 110 captures images in two bands, but is not limited thereto. As another example, the multi-passband filter 12 may use three or four bands as a passband, and the image pickup device 13 may capture an image in the three or four bands. As a specific example, the multi-passband filter 12 may include NIR or four combinations of three bands, such as red, green, blue or UV (NIR;G;B, NIR;G;UV, R;G;UV, It may be a multi-bandpass filter capable of capturing one of R;G;B).

전술한 실시예는 촬상부(110)가 하나의 촬상소자(113)를 가지고 이미지를 촬영하는 예를 가지고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서 촬상부(110)는 2개 이상의 촬상소자(113)를 구비하고, 각각의 촬상소자(113)는 하나의 밴드 대역 혹은 2개 밴드 대역 이상에서 이미지를 촬상할 수도 있다. 또한, 2개 이상의 촬상소자(113)를 구비한 경우, 각각의 촬상소자(113) 별로 렌즈(111)가 마련되거나, 하나의 렌즈(111)를 구비하되 빔스플리터(미도시)를 이용하여 촬상소자(113) 별로 분기시킬 수도 있다.The above-described embodiment has been described with an example in which the imaging unit 110 captures an image with one imaging device 113 , but is not limited thereto. As another example, the imaging unit 110 includes two or more imaging devices 113 , and each imaging device 113 may capture an image in one band band or two or more band bands. In addition, when two or more imaging devices 113 are provided, a lens 111 is provided for each imaging device 113 , or a single lens 111 is provided but imaging is performed using a beam splitter (not shown). It is also possible to branch for each element 113 .

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 생육 장치의 조명부(220)를 개략적으로 도시한다.6 schematically shows the lighting unit 220 of the plant growing apparatus according to another embodiment of the present invention.

조명부(220)의 발광소자들(221, 222)은 식물(1)의 복수 영역(11,12)에 대해 각기 독립적으로 조명할 수 있도록 그룹지어 배치될 수 있다. 이러한 경우, 프로세서(도 2의 131)는 식물 이미지로부터 식물(1)을 복수 영역(11, 12)으로 구획하고, 각 영역(11, 12)별로 생육도를 판단할 수도 있다. 복수의 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사기(115)가 마련된 경우, 식물(1)의 복수 영역(11, 12)에 레이저 빔을 조사한다. 추출된 식물 이미지에서 복수의 레이저 빔의 스폿 근방의 식물 부위(예를 들어, 하나의 잎사귀 혹은 무리지어진 잎사귀)에서의 NDVI값의 평균값을 식물(1)의 복수 영역(11, 12)에서의 생육도로 특정지을 수 있다. 이에 따라 프로세서(131)는 식물(1)의 복수 영역(11, 12)에 대해 해당 영역의 생육도에 맞는 조명이 이루어지도록 조명부(220)를 제어할 수 있다. 여기서, 식물(1)은 한 개체뿐만 아니라, 복수 개체를 지칭할 수 있다. 따라서, 복수 영역(11,12)은 한 개체의 식물(1)의 서로 다른 부위를 의미할 수도 있고, 또는 복수 개체의 식물(1)에서 개별 개체들을 의미할 수도 있다.The light emitting elements 221 and 222 of the lighting unit 220 may be arranged in groups to independently illuminate the plurality of regions 11 and 12 of the plant 1 . In this case, the processor ( 131 of FIG. 2 ) may divide the plant 1 into a plurality of regions 11 and 12 from the plant image and determine the growth rate for each region 11 and 12 . When the laser irradiator 115 for irradiating a plurality of laser beams is provided, the laser beams are irradiated to the plurality of regions 11 and 12 of the plant 1 . In the extracted plant image, the average value of the NDVI values in the plant part (for example, a single leaf or a group of leaves) near the spot of a plurality of laser beams is calculated as the growth in the plurality of areas 11 and 12 of the plant 1 road can be specified. Accordingly, the processor 131 may control the lighting unit 220 to illuminate the plurality of regions 11 and 12 of the plant 1 according to the growth level of the corresponding region. Here, the plant 1 may refer to a plurality of individuals as well as one individual. Accordingly, the plurality of regions 11 and 12 may mean different parts of the plant 1 of an individual, or may mean individual individuals in the plant 1 of a plurality of individuals.

상기와 같이, 식물(1)의 복수 영역(11, 12)에 대해 개별적으로 조명을 제어함으로써, 식물(1)의 복수 영역(11, 12)별로 성장 단계를 조절할 수 있다. 이와 같이 복수 영역(11, 12)별로 성장 단계를 조절할 수 있게 됨에 따라, 다수 개체의 식물(1)에 대해 순차적으로 수확하거나 출하를 가능하게 할 수 있다.As described above, by individually controlling the lighting for the plurality of areas 11 and 12 of the plant 1 , the growth stage can be adjusted for each of the plurality of areas 11 and 12 of the plant 1 . As described above, as the growth stage can be adjusted for each of the plurality of regions 11 and 12, it is possible to sequentially harvest or ship a plurality of plants 1 for each individual.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 생육 장치(300)를 개략적으로 도시한다.7 schematically shows a plant growing apparatus 300 according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 식물 생육 장치(300)는 촬상부(310)와, 조명부(320)와, 촬상부 이동장치(340)와, 제어부(330)를 포함한다. Referring to FIG. 7 , the plant growth apparatus 300 includes an imaging unit 310 , a lighting unit 320 , an imaging unit moving device 340 , and a control unit 330 .

식물(1)이 비닐하우스와 같이 길다란 영역 혹은 넓은 영역에서 재배되는 경우에 촬상부(310)가 식물(1)을 한꺼번에 촬영하지 못할 수 있다. 본 실시예의 식물 생육 장치(300)는 촬상부(310)는 촬상부 이동장치(340)에 의해 순착적으로 이동하면서 식물(1)을 순차적으로 촬영하도록 한다. 촬상부 이동장치(340)는 레일상에 촬상부(310)를 이동시키는 장치일 수 있다. 다른 예로, 촬상부 이동장치(340)는 촬상부(310)의 방향을 회전시키는 장치일 수도 있다.When the plant 1 is grown in a long area or a wide area, such as a plastic greenhouse, the imaging unit 310 may not be able to photograph the plant 1 all at once. In the plant growth apparatus 300 of the present embodiment, the imaging unit 310 sequentially takes pictures of the plant 1 while sequentially moving by the imaging unit moving device 340 . The imaging unit moving device 340 may be a device for moving the imaging unit 310 on a rail. As another example, the imaging unit moving device 340 may be a device that rotates the direction of the imaging unit 310 .

조명부(320)는 식물(1)의 전 영역에 대해 조명할 수 있도록 배치된다. 나아가, 조명부(320)는 식물(10)의 복수 영역에 대해 개별적으로 광량, 파장 및 조사 시간이 조정 가능하도록 구성될 수 있다.The lighting unit 320 is arranged to illuminate the entire area of the plant 1 . Furthermore, the lighting unit 320 may be configured such that the amount of light, the wavelength, and the irradiation time are individually adjustable for a plurality of areas of the plant 10 .

제어부(330)는 촬상부 이동장치(340)를 제어하여 촬상부(310)가 식물(1) 전체를 순차적으로 촬영할 수 있도록 한다. 한편, 제어부(330)는 순차적으로 촬영된 식물(1)의 이미지에서, 복수의 영역별로 레이저 빔의 스폿 근방에 대해 생육도(예를 들어, NDVI값의 평균)를 산출하고, 해당 영역별로 생육도에 맞게 조명부(320)의 광량, 파장 및 조사 시간을 조정할 수 있다. 이와 같이, 식물(1)의 복수 영역에 대해 개별적으로 조명을 제어함으로써, 식물(1)의 복수 영역별로 성장 단계를 조절하고, 각 영역별로 순차적으로 수확하거나 출하를 가능하게 할 수 있다.The control unit 330 controls the imaging unit moving device 340 so that the imaging unit 310 can sequentially photograph the entire plant 1 . On the other hand, the control unit 330 calculates the growth degree (for example, the average of the NDVI values) in the vicinity of the laser beam spot for each of a plurality of regions in the sequentially photographed image of the plant 1, and the growth rate for each region The amount of light, wavelength, and irradiation time of the lighting unit 320 may be adjusted according to the drawing. In this way, by individually controlling the lighting for a plurality of regions of the plant 1 , it is possible to control the growth stage for a plurality of regions of the plant 1 , and to sequentially harvest or ship for each region.

본 발명의 실시예들에 따른 식물 생육 장치 및 그 제어 방법은 실내 혹은 비닐하우스 재배 작물에 적용할 수 있다.The plant growth apparatus and the method for controlling the same according to embodiments of the present invention may be applied to indoor or greenhouse-grown crops.

전술한 본 발명인 식물 생육 장치 및 그 제어 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described plant growth apparatus of the present invention and its control method have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for better understanding, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the art may make various modifications and equivalents therefrom. It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

100, 300: 식물 생육 장치 110, 310: 촬상부
111: 렌즈 112: 다중 통과대역 필터
113: 촬상소자 115: 레이저 조사기
120, 220, 320: 조명부 121, 221, 222: 발광소자
130, 330: 제어부 131: 프로세서
132: 메모리 133: 조명제어부
134: 전원부 135: 통신부
340: 촬상부 이동장치100, 300: plant growth apparatus 110, 310: imaging unit
111: lens 112: multiple passband filter
113: image pickup device 115: laser irradiator
120, 220, 320: lighting unit 121, 221, 222: light emitting device
130, 330: control unit 131: processor
132: memory 133: lighting control unit
134: power unit 135: communication unit
340: imaging unit moving device

Claims (21)

식물 생육을 위한 조명을 능동적으로 수행하는 식물 생육 장치에 있어서,
적어도 2개의 파장대역에서 식물의 이미지를 촬영하는 촬상부;
식물 생육을 위한 조명을 하는 조명부;
상기 촬상부와 상기 조명부를 제어하고 상기 촬상부에서 획득된 이미지를 처리하는 프로세서;를 포함하며,
상기 프로세서는 상기 촬상부에서 획득된 이미지를 바탕으로 주변 환경 인자를 소거하고 식물 이미지만을 추출하고, 추출된 식물 이미지의 정보를 처리하여 식물의 생육도를 측정하고, 측정된 생육도에 기초하여 상기 조명부에서 조명되는 광의 광량, 파장 및 조사 시간 중 적어도 하나를 제어하며,
상기 촬상부는 레이저 빔을 식물에 조사하는 레이저 조사기를 더 포함하며,
상기 프로세서는 상기 촬상부에서 획득된 이미지에서 레이저 빔의 스폿을 기준으로 식물의 기준 위치를 특정하며,
상기 측정된 생육도는 추출된 식물 이미지에서 레이저 빔에 의해 특정된 식물의 기준 위치에서의 스폿 근방의 NDVI값인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.In the plant growth apparatus for actively performing lighting for plant growth,
an imaging unit for taking images of plants in at least two wavelength bands;
Lighting unit for lighting for plant growth;
a processor for controlling the imaging unit and the lighting unit and processing the image obtained from the imaging unit;
The processor removes environmental factors based on the image obtained from the imaging unit, extracts only the plant image, processes the information of the extracted plant image to measure the growth of the plant, and based on the measured growth, the Controls at least one of the amount of light, the wavelength, and the irradiation time of the light illuminated by the lighting unit,
The imaging unit further comprises a laser irradiator for irradiating a laser beam to the plant,
The processor specifies the reference position of the plant based on the spot of the laser beam in the image acquired by the imaging unit,
The measured growth degree is an NDVI value in the vicinity of a spot at a reference position of a plant specified by a laser beam in the extracted plant image. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 촬상부는,
렌즈와,
상기 렌즈를 통해 입사된 광에서 적어도 2개의 파장대역을 통과시키는 다중 통과대역 필터와,
상기 다중 통과대역 필터를 통과한 광이 입사되며 이미지를 촬영하는 하나의 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.According to claim 1,
The imaging unit,
lens and
a multiple passband filter for passing at least two wavelength bands in the light incident through the lens;
and a single imaging device to which the light passing through the multi-passband filter is incident and photographing an image. 제5 항에 있어서,
상기 다중 통과대역 필터는 상기 렌즈를 통해 입사된 광에서 제1 파장대역의 광과 제2 파장대역의 광을 투과시키는 듀얼 밴드 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.6. The method of claim 5,
The multi-pass band filter is a dual-band dichroic filter that transmits light of a first wavelength band and light of a second wavelength band from the light incident through the lens. 제6 항에 있어서,
상기 제1 파장대역은 가시광 파장대역이고, 상기 제2 파장대역은 근적외광 파장대역인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.7. The method of claim 6,
The first wavelength band is a visible light wavelength band, and the second wavelength band is a near-infrared light wavelength band. 제1 항에 있어서,
상기 주변 환경 인자는 토양, 멀칭, 화분, 비닐 중 적어도 하나에 대한 인자인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.According to claim 1,
The environmental factor is a plant growth apparatus, characterized in that the factor for at least one of soil, mulching, potted plants, and vinyl. 제1 항에 있어서,
상기 조명부는 복수의 영역에 대해 독립적으로 조명할 수 있는 복수의 발광소자들을 포함하며,
상기 프로세서는 식물 이미지로부터 식물을 복수 영역으로 구획하고, 각 영역별로 생육도를 판단하여, 식물의 복수 영역에 대해 해당 영역의 생육도에 맞도록 상기 조명부를 제어하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.According to claim 1,
The lighting unit includes a plurality of light emitting devices capable of independently illuminating a plurality of areas,
The processor divides the plant into a plurality of regions from the plant image, determines the growth rate for each region, and controls the lighting unit to match the growth rate of the corresponding region with respect to the plurality of regions of the plant. 제1 항에 있어서,
상기 촬상부가 식물 전체를 순차적으로 촬영할 수 있도록 상기 촬상부를 움직이는 촬상부 이동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.According to claim 1,
Plant growth apparatus according to claim 1, further comprising: an imaging unit moving device that moves the imaging unit so that the imaging unit can sequentially photograph the entire plant. 제1 항에 있어서,
외부 장치와 통신하는 통신부를 더 포함하며,
상기 통신부는 상기 촬상부에서 획득된 이미지 정보와, 상기 프로세서에서 측정된 생육도 정보와, 상기 조명부를 제어하는데 사용되는 제어정보를 외부 장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치.According to claim 1,
Further comprising a communication unit for communicating with an external device,
The communication unit plant growth apparatus, characterized in that for transmitting the image information acquired by the imaging unit, growth information measured by the processor, and control information used to control the lighting unit to an external device. 식물 생육을 위한 조명을 능동적으로 수행하는 식물 생육 장치의 제어 방법에 있어서,
촬상부를 이용하여 2개의 파장대역에서 이미지를 촬영하는 단계;
상기 이미지를 바탕으로 주변 환경 인자를 소거하고 식물 이미지만을 추출하는 단계;
추출된 식물 이미지의 정보를 처리하여 식물의 생육도를 측정하는 단계; 및
측정된 생육도 정보에 기초하여 조명부에서 조명되는 광의 광량, 파장 및 조사시간 중 적어도 하나를 제어하는 단계;를 포함하며,
레이저 빔을 식물에 조사하는 단계를 더 포함하며,
상기 촬상부에서 획득된 이미지에서 레이저 빔의 스폿을 기준으로 식물의 기준 위치를 특정하며,
상기 측정된 생육도는 추출된 식물 이미지에서 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 특정된 식물의 기준 위치에서의 NDVI값인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.In the control method of a plant growth apparatus that actively performs lighting for plant growth,
photographing an image in two wavelength bands using an imaging unit;
removing environmental factors based on the image and extracting only a plant image;
Measuring the growth degree of the plant by processing the information of the extracted plant image; and
Including; controlling at least one of the amount of light, the wavelength, and the irradiation time of the light illuminated by the lighting unit based on the measured growth information;
Further comprising the step of irradiating a laser beam to the plant,
Specifies the reference position of the plant based on the spot of the laser beam in the image acquired by the imaging unit,
The measured growth degree is a control method of a plant growth apparatus, characterized in that the NDVI value at the reference position of the plant specified by at least one laser beam in the extracted plant image. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제12 항에 있어서,
상기 이미지를 촬영하는 단계는 적어도 2개의 파장대역을 갖는 다중 통과대역 필터를 통과시킨 후 하나의 촬상소자에 입사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.13. The method of claim 12,
The step of taking the image is a control method of a plant growth apparatus, characterized in that it comprises the step of passing through a multi-passband filter having at least two wavelength bands and then incident on one image pickup device. 제16 항에 있어서,
상기 다중 통과대역 필터는 상기 촬상부의 렌즈를 통해 입사된 광에서 제1 파장대역의 광과 제2 파장대역의 광을 투과시키는 듀얼 밴드 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
The multi-passband filter is a dual-band dichroic filter that transmits light of a first wavelength band and light of a second wavelength band from the light incident through the lens of the imaging unit. 제17 항에 있어서,
상기 제1 파장대역은 가시광 파장대역이고, 상기 제2 파장대역은 근적외광 파장대역인 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.18. The method of claim 17,
The first wavelength band is a visible light wavelength band, the second wavelength band is a control method of a plant growth apparatus, characterized in that the near-infrared light wavelength band. 제12 항에 있어서,
상기 식물의 생육도를 측정하는 단계는,
식물 이미지로부터 식물을 복수 영역으로 구획하고, 각 영역별로 생육도를 판단하는 단계와,
식물의 복수 영역에 대해 해당 영역의 생육도에 맞도록 상기 조명부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.13. The method of claim 12,
Measuring the growth of the plant comprises:
dividing the plant into a plurality of regions from the plant image and determining the growth rate for each region;
Control method of a plant growth apparatus comprising the step of controlling the lighting unit to match the growth degree of a plurality of regions of a plant. 제12 항에 있어서,
상기 촬상부를 움직여 식물 전체를 순차적으로 촬영하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.13. The method of claim 12,
The method of controlling a plant growth apparatus, characterized in that it further comprises the step of sequentially photographing the entire plant by moving the imaging unit. 제12 항에 있어서,
상기 촬상부에서 획득된 이미지 정보와, 상기 측정된 생육도 정보와, 상기 조명부를 제어하는데 사용되는 제어정보를 외부 장치에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 장치의 제어 방법.
13. The method of claim 12,
The control method of the plant growth apparatus, characterized in that it further comprises the step of transmitting the image information acquired by the imaging unit, the measured growth information, and control information used to control the lighting unit to an external device.
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