Interface of Tele-Task Operation for Automated Cultivation of Watermelon in Greenhouse

Computer vision technology has been utilized as one of the most powerful tools to automate various agricultural operations. Though it has demonstrated successful results in various applications, the current status of technology is still for behind the human's capability typically for the unstructured and variable task environment. In this paper, a man-machine interactive hybrid decision-making system which utilized a concept of tole-operation was proposed to overcome limitations of computer image processing and cognitive capability. Tasks of greenhouse watermelon cultivation such as pruning, watering, pesticide application, and harvest require identification of target object. Identifying water-melons including position data from the field image is very difficult because of the ambiguity among stems, leaves, shades. and fruits, especially when watermelon is covered partly by leaves or stems. Watermelon identification from the cultivation field image transmitted by wireless was selected to realize the proposed concept. The system was designed such that operator(farmer), computer, and machinery share their roles utilizing their maximum merits to accomplish given tasks successfully. And the developed system was composed of the image monitoring and task control module, wireless remote image acquisition and data transmission module, and man-machine interface module. Once task was selected from the task control and monitoring module, the analog signal of the color image of the field was captured and transmitted to the host computer using R.F. module by wireless. Operator communicated with computer through touch screen interface. And then a sequence of algorithms to identify the location and size of the watermelon was performed based on the local image processing. And the system showed practical and feasible way of automation for the volatile bio-production process.

컴퓨터 시각 기술은 다양한 농작업 생력화에 있어 핵심적인 역할을 해왔다. 비록 컴퓨터 시각 기술이 광범위한 분야에 성공적으로 적용되고 있다고는 하지만 인간의 시각을 통한 인지 능력에 비하면 현재의 컴퓨터 시각 기술은 여전히 매우 미흡한 수준에 있다고 하겠다. 특히, 작업환경이 비구조적이고 가변적인 농작업 환경 하에서의 작업의 생력화는 이러한 기술적 문제를 극복하는 것이 작업의 성패를 좌우하게 된다. 본 논문에서는 원격작업 개념을 도입하여 작업자와 작업기계간의 호환적인 인터페이스를 구축하고 컴퓨터와 인간의 혼합형 의사결정 시스템을 구현하여 기존의 컴퓨터 시각 기술이 갖는 인지 처리 능력의 한계를 극복하는 시스템을 제안하였다. 시설재배에 요구되는 전정, 관수, 방제, 제초, 수확, 운반 등과 같은 다양한 작업들은 작업 대상체에 대한 인식을 바탕으로 수행된다. 특히 가변적인 자연 조명 환경 하에서 수박과 줄기 그리고 잎이 혼재되어 있는 재배현장의 영상으로부터 수박을 추출하여 그 위치 좌표를 산출하는 작업은 기술적으로 매우 어려운 작업이며 수박이 잎과 줄기로 덮혀 있는 경우 더욱 어려워진다. 제안한 개념을 구현하기 위하여 무선으로 수신되는 재배 현장의 수박 영상으로부터 수박을 인식하도록 하였다. 개발한 시스템은 작업자(농민), 컴퓨터 그리고 자동화 작업설비가 상대적으로 수월성을 갖는 기능을 중심으로 역할을 분담하도록 구축하였다 개발 시스템은 크게 무선원격 모니터링 및 작업제어 모듈, 무선원격 영상 획득 및 데이터 송수신 모듈, 작업자와 컴퓨터간의 인터페이스 모듈로 구성하였다 작업자는 RF 송수신 모듈을 통하여 무선으로 획득되어 터치 스크린에 보여지는 영상을 통하여 작업 지시를 하게 되고 이 작업 지시로부터 컴퓨터는 국부 영상처리 시퀀스를 통하여 수박을 추출하고 위치를 산출하게 된다. 개발한 인터페이스 시스템은 가변적이고 복잡한 작업 환경하에서 작업 대상체의 정보를 실시간으로 성공적으로 추출하였다. 제안한 원격작업 인터페이스 시스템은 다양한 생물생산 작업의 생력화를 촉진하는 중심적 역할을 할 것으로 기대된다.