[논문]웹 카메라를 이용한 시설 내 국화생산 광 환경 원격 모니터링

정선옥; 김용주; 이규호; 성남석; 이철휘; 노현권

doi:10.7744/cnujas.2015.42.4.447

웹 카메라를 이용한 시설 내 국화생산 광 환경 원격 모니터링
Remote monitoring of light environment using web-camera for protected chrysanthemum production 원문보기

농업과학연구 = CNU Journal of agricultural science, v.42 no.4, 2015년, pp.447 - 453

정선옥 (충남대학교 바이오시스템기계공학과) , 김용주 (충남대학교 바이오시스템기계공학과) , 이규호 (충남대학교 바이오시스템기계공학과) , 성남석 (충남대학교 바이오시스템기계공학과) , 이철휘 (충청남도 농업기술원) , 노현권 (충북대학교 바이오시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Increase of national family income improved demand of high-quality and year-round horticultural products including chrysanthemum. To meet these demand, farmers have introduced protected facilities, such as greenhouses, of which environmental conditions could be monitored and controlled. Environment management up to three weeks after transplanting is critical for chrysanthemum quality. Artificial lighting and light-blocking screen are especially important for long-day (day period > 13 hours) and short-day (night period > 13 hours) treatments. In this study, a web-camera was installed, and the image was obtained and transmitted to mobile phones to monitor the status of 3-wavelength(RGB) lighting environments. RGB pixel values were used to determine malfunctioning of the lighting lamps, and leaking out and incoming illumination status during short-day and long-day treatment periods. Normal lighting lamps provided RGB pixel values of 240~255. During long-day treatment period, G pixel values were useful to detect abnormal lighting conditions (e.g., leaking). During short-day treatment period, R pixel values were useful to determine incoming light (e.g., sun-light). Results of this study would provide useful information for remote monitoring of light conditions for protected chrysanthemum production under artificial lights.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

조도계의 경우 빛의 작은 변화에도 반응하여 조명의 이상 유무를 판별하기에 적합하지만, 전체 조명을 모두 측정하기에는 많은 수의 센서가 필요하기 때문에 효율적이지 못하다 (Kim과 Park, 2010). 본 연구는, 일상에서 편리하게 많이 사용되고 있는 웹 카메라를 이용하여 국화의 장일 처리와 단일 처리에 있어서 조명환경의 이상 유무를 판정하기 위하여, 촬영한 영상을 상용 프로그램을 통해 온실 내부의 평균 RGB 값을 측정하여 조명 환경에 변화가 있을 때의 RGB 값과 비교 분석하고, 그 측정값을 통해 조명 환경변화를 정확하고 손쉽게 파악 할 수 있는 조명 모니터링 시스템을 구축하는 것을 목적으로 하였다.
국화는 개화시기에 있어 장일처리와 단일처리는 매우 중요하기 때문에 양질의 국화를 생산하기 위해서는 장일처리시 조명제어와 단일처리 시 완벽한 빛의 차단이 필요하다. 부적절한 조명 상태를 모니터링하고 판정하기 위하여 본 연구에서는 웹 카메라를 통한 온실 조명을 모니터링하고 실시간으로 휴대폰을 이용한 감시가 가능하는 시스템을 제시하였다. 또 웹 카메라로 촬영한 영상을 분석하여 두 가지 방법을 통해 사람의 눈으로 확인 할 수 없는 조명의 이상 유무를 측정할 수 있었다.

제안 방법

4). 국화온실에 웹 카메라를 설치 휴대폰을 통한 모니터링을 위해 mylive 서비스에 가입, 웹 카메라를 통해 장일처리 중 조명의 RGB 값과 단일처리 중 RGB 값을 측정, 인위적으로 조명환경을 변화시키고, 각상태에서의 영상을 처리하여 RGB 값을 계산하고 조명의 이상 유무와 단일처리 시 빛이 들어오고 있는지를 판단할 수 있도록 하였다.
이 두 가지 방법을 이용 하여, 조명이 이상이 있고 어느 곳에 이상이 있는지 보다 쉽게 파악할 수 있었다. 단일처리 시 외부로부터 빛이 유입되는지 여부를 확인하는 방법을 제안하였는데, 장일처리 시 조명의 이상 유무를 판별하는 첫 번째 방법과 유사하게 실험을 하였다.
두 번째 방법으로는 첫 번째 방법과 마찬가지로 Green값의 픽셀을 추출하여 조명의 정상적인 필셀 값인 240～255 값을 가진 구역의 수를 카운팅하고, 그 개수를 조명의 개수와 비교하여 이상 유무를 판단할 수 있을 것이다. Fig.
본 연구에서 제시하는 광 관리의 개략도를 살펴보면, 장일처리와 단일처리 모두 우선 웹 카메라로 이미지를 획득하고, RGB 픽셀값을 계산한다. 조명의 이상유무 판별은 첫째, 정상인 조명의 색분류와 픽셀값을 사용하고거나, 둘째, 정상적인 조명의 수를 센다.
본 연구에서는 조도센서 등 고가의 센서를 이용하지 않고, 웹 카메라 한 대를 이용하여 비용을 절감하고 핸드폰을통해 수시로 확인을 할 수 있고 또한 비교적 간단한 영상처리 기법으로 조명의 이상유무와 그 위치를 판정하는 방법을 제안하였다. 이와 같은 결과를 실제 현장에 적용한다면, 국화생산 시 조명의 이상유무를 원격에서도 실시간으로 손 쉽게 감시할 수 있을 것으로 사료된다.
실험은 예산에 위치한 충청남도 농업기술원 화훼연구소에서 실시하였다. 온실 내부의 장일 처리를 위한 조명으로는 RGB 3파장을 이용한 백열등을 설치하였고 간격은 2.5 m로 설치되었다(Fig. 1, Fig. 2). 조명상태의 영상촬영은 웹 카메라 (mCam100 PLUS Set, mcam, Korea) 를 이용하였고 휴대폰 감시를 위해 KTF의 Mylive 서비스를 가입하여 휴대폰을 통한 모니터링이 가능하게 하였다.
오른쪽 사진에서 가운데 첫 번째 조명이 비정상이다. 이 전구를 지나는 위치선을 따라 상하 방향으로 위치에 따라 RGB 픽셀 값을 측정한 것이다. Red, Blue, Green 값으로 추출하여 각각의 값마다 픽셀의 분포를 살펴보면, 정상적인 경우 RGB 픽셀 값이 240～255사이의 값을 나타내며, 비정상일 경우 상대적으로 작은 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
2). 조명상태의 영상촬영은 웹 카메라 (mCam100 PLUS Set, mcam, Korea) 를 이용하였고 휴대폰 감시를 위해 KTF의 Mylive 서비스를 가입하여 휴대폰을 통한 모니터링이 가능하게 하였다.

대상 데이터

실험은 예산에 위치한 충청남도 농업기술원 화훼연구소에서 실시하였다. 온실 내부의 장일 처리를 위한 조명으로는 RGB 3파장을 이용한 백열등을 설치하였고 간격은 2.

성능/효과

또 웹 카메라로 촬영한 영상을 분석하여 두 가지 방법을 통해 사람의 눈으로 확인 할 수 없는 조명의 이상 유무를 측정할 수 있었다. 첫번째 방법으로는 색의 비교를 통해 어느 위치의 조명이 이상이 있는지를 육안으로 쉽게 확인할 수 있었고, 두번째 방법은 부적절한 픽셀값을 나타내는 조명의 개수를 카운팅하여 이상이 있는지 없는지를 쉽게 구분할 수 있었다. 이 두 가지 방법을 이용 하여, 조명이 이상이 있고 어느 곳에 이상이 있는지 보다 쉽게 파악할 수 있었다.
조명의 이상유무의 판별방법은 두 가지로 생각할 수 있다. 첫째, 위에서와 같이 정상적인 경우의 픽셀값이 250에 가까운 값을 나타내는 점에 착안하여, 예를 들어 Green 채널의 픽셀을 추출하고 조명이 있는 위치에서 픽셀값이 상대적으로 작다면 조명이 비정상이라고 판단할 수 있다.

후속연구

본 연구에서는 조도센서 등 고가의 센서를 이용하지 않고, 웹 카메라 한 대를 이용하여 비용을 절감하고 핸드폰을통해 수시로 확인을 할 수 있고 또한 비교적 간단한 영상처리 기법으로 조명의 이상유무와 그 위치를 판정하는 방법을 제안하였다. 이와 같은 결과를 실제 현장에 적용한다면, 국화생산 시 조명의 이상유무를 원격에서도 실시간으로 손 쉽게 감시할 수 있을 것으로 사료된다. 하지만, 보다 다양한 조명에 대하여 객관적인 방법으로 자동 영상처리가 가능한 시스템 개발을 위해서는 추가 연구가 필요하다.
이와 같은 결과를 실제 현장에 적용한다면, 국화생산 시 조명의 이상유무를 원격에서도 실시간으로 손 쉽게 감시할 수 있을 것으로 사료된다. 하지만, 보다 다양한 조명에 대하여 객관적인 방법으로 자동 영상처리가 가능한 시스템 개발을 위해서는 추가 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	웹 카메라를 이용하여 국화의 장일 처리와 단일 처리에 있어서 조명환경의 이상 유무를 판정하는데 사용한 두 가지 방법은 무엇인가?	또 웹 카메라로 촬영한 영상을 분석하여 두 가지 방법을 통해 사람의 눈으로 확인 할 수 없는 조명의 이상 유무를 측정할 수 있었다. 첫번째 방법으로는 색의 비교를 통해 어느 위치의 조명이 이상이 있는지를 육안으로 쉽게 확인할 수 있었고, 두번째 방법은 부적절한 픽셀값을 나타내는 조명의 개수를 카운팅하여 이상이 있는지 없는지를 쉽게 구분할 수 있었다. 이 두 가지 방법을 이용 하여, 조명이 이상이 있고 어느 곳에 이상이 있는지 보다 쉽게 파악할 수 있었다.
	시설재배에서 온실환경관리의 자동화가 필수적 요건인 이유는?	시설재배에서 노동생산성 향상과 보다 나은 작물생장을 위한 환경조성을 위해서는 온실환경관리의 자동화가 필수적 요건이 된다. 온실자동화는 환경조건에 대한 목표 설정값에 따른 구동부의 ON-OFF 제어 수준에서부터 시설 내･외부의 제반 환경 요소를 복합적으로 판단하여 제어하는 단계까지 발전하고 있으나, 최근에는 보다 진전된 방식으로 환경에 대한 반응 대상물인 작물체의 생체정보(또는 생체반응)까지 고려한 환경제어 방식이 시도되고 있다(Bae와 Sohn, 2013; Kang 등, 2007; Kim 등, 2011; Ko와 Park, 2011; Kwon, 1995; Lee 등, 2010; Lee, 2013; Wang, 2005).
	온실자동화는 현재 어떤 단계까지 발전하고 있는가?	시설재배에서 노동생산성 향상과 보다 나은 작물생장을 위한 환경조성을 위해서는 온실환경관리의 자동화가 필수적 요건이 된다. 온실자동화는 환경조건에 대한 목표 설정값에 따른 구동부의 ON-OFF 제어 수준에서부터 시설 내･외부의 제반 환경 요소를 복합적으로 판단하여 제어하는 단계까지 발전하고 있으나, 최근에는 보다 진전된 방식으로 환경에 대한 반응 대상물인 작물체의 생체정보(또는 생체반응)까지 고려한 환경제어 방식이 시도되고 있다(Bae와 Sohn, 2013; Kang 등, 2007; Kim 등, 2011; Ko와 Park, 2011; Kwon, 1995; Lee 등, 2010; Lee, 2013; Wang, 2005). 일반적으로 식물의 생장과 발육에 영향을 미치는 지상부 요소는 상대습도, 온도, 광도, 광질 등이며, 그 중 광질은 식물의 줄기신장, 잎의 발생, 착색, 광합성 활동에 영향을 미친다(Gim 등, 2010; Kim 등, 2004; Kim 등, 2006; Seo 등, 2008; Yu 등, 2012).

참고문헌 (19)

Bae JS, Sohn YH. 2013. Energy efficient greenhouse monitoring system based on wireless sensor network. Sensor Letters 2014(12):1128-1133.
Gim BG, Lee WJ, Heo SY. 2010. Construction of a testbed for ubiquitous plant factory monitoring system using artificial lighting. Korean Institute of Information Technology Magazine 272-275.
Kang MS, Seo JS, Park KR, Kim YG, Shin CS, Sim CB. 2007. A greenhouse monitoring system for optimal growth environment. Korean Society for Internet Information 8(1):285-290.
Kim ES, Park KN. 2010. Implementation of the discriminating system for surround illuminants using output voltage ratio of photo sensor. Journal of the Korea Industrial Information Systems Research 15(5):29-35.
Kim HS, Kwon MK, Han YY. 2004. Effects of shading on growth and cut flower quality of spray chrysanthemum 'Relance'. Korean Journal of Horticultural Science & Technology 22(3):346-350.
Kim KO, Park KW, Kim JC, Jang MS, Kim EK. 2011. Establishment of web-based remote monitoring system for greenhouse environment. The Journal of Korea Institute of Communication and Information Sciences 6(1):77-83.
Kim SJ, Hahn EJ, Peak KY. 2006. Production of chrysanthemum transplants as affected by hydroponic systems, electrical conductivity in nutrient solution, and photosynthetic photon flux. Horticulture Environment and Biotechnology 47(6):349-352.

상세보기
Kim YH, Huh EJ, Choi SY, Lee YR, Lee JS. 2009. Effect of high temperature and day length on flower abnormality and delayed flowering of spray chrysanthemum. Korean Journal of Horticultural Science & Technology 27(4):530-534.
Ko DS, Park HS. 2011. The study for design of growth environment monitoring system of vertical farm. Korean Institute of Information Technology Magazine 372-375.
Kwon YS. 1995. Greenhouse environmental management by phytomonitoring. The Korean Society For Bio-Environment Control 8(1):127-130.
Kwon YS, You BS, Jung JA, Park SK, HK Shin, Kil MJ. 2014. Growth and flowering of standard chrysanthemums according to the light source and light quality in night break treatment. The Korean Society For Bio-Environment Control 23(4):263-268.

원문보기 상세보기
Lee CH, Cho MW. 2011. Control of unseasonable flowering in chrysanthemum 'Baekma' by 2-chloroethylphosphonic acid and night temperature. Korean Journal of Horticultural Science & Technology 29(6):539-548.
Lee EJ, Lee KI, Kim HS, Kang BS. 2010. Development of agriculture environment monitoring system using integrated sensor module. The Journal of the Korea Contents Association 10(2):63-71.
Lee YD. 2013. Implementation of greenhouse environment monitoring system based on wireless sensor networks. Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 17(11):2686-2692.

원문보기 상세보기
Seo JS, Kang MS, Kim YG, Sim CB, Joo SC, Shin CS. 2008. Implementation of ubiquitous greenhouse management system using sensor network. Journal of Korean Society for Internet Information 9(3):129-139.
Tabacco MB, Zhou Q, Digiuseppe TG.1994. Optical sensors for monitoring and control of plant growth systems. Advancesin Space Research 14(11):223-226.

상세보기
Wang LF. 2015. Greenhouse environment monitoring system design and implementation. Advanced Materials Research 1079-1080(1):451-455.
Won MK, Choi WC, Kim HH, Park HS, An JB, In MS. 2009. Effect of night opening of the curtain on flowering of chrysanthemum in short day treatment of summer cultivation. Korean Society For Horticultural Science 27(2):133-133.
Yu TH, Ryu JB, Kwon SY, Lim JH. 2012. Design and implementation of LED control system based on context-awarenessfor plant cultivation. Korean Institute of Information Scientists and Engineers 39(1):459-461.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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