[논문 리뷰] Image based Crop Monitoring Technologies in Protected Horticulture: A Review

Namal Jayasuriya, Yi Guo외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 25.

Smart Agriculture and AI인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 보호 재배에서 사용되는 이미지 기반 작물 모니터링 및 표현형 분석 플랫폼을 검토하고, 카메라 기술, 플랫폼 유형, 형질 추출을 상세히 다루며, 반-제어 환경에서 키가 크고 수직으로 지지되는 작물에 대한 격차를 강조합니다.

ABSTRACT

Future food security is a major concern of the 21st century with the growing global population and climate changes. In addressing these challenges, protected cropping ensures food production year-round and increases crop production per land area by controlling environment conditions. Maintaining the growth and health of crops in these facilities is essential to ensure optimum food production. However, this is a laborious work and is currently done manually. Image-based non-destructive plant phenotyping is an emerging research area that reduces the skilled labour cost while enhancing the monitoring of crop growth, health, and identifying phenotype-genotype relations for plant breeding. With the proliferations of protected infrastructures and targeted plants, different technologies and sensor setups are needed for image-based crop monitoring. Conveyor-type plant-to-sensor systems, bench-top or gantry-based systems are commonly found in research facilities focussing on phenotyping of small, relatively short, or movable model plants. This review examines the literature on crop monitoring and phenotyping platforms in both field and protected facilities and explains different camera technologies and their ability to extract different plant traits. The review highlights the future research directions of image-based monitoring of commercial scale protected crops where crops can be relatively tall or vertically supported under semi controlled environments, which presents new challenges and is rarely covered in the literature.

연구 동기 및 목표

• 연중 보호 재배와 개선된 작물 건강 모니터링을 통해 식량 안보를 동기 부여하고 해결한다.
• 보호 시설과 교외에서 사용되는 비파괴 이미지 기반 표현형 분석 방법을 요약한다.
• 작물 형질 추출을 위한 센서 구성 및 플랫폼 유형(컨베이어, 벤치탑, 갠트리)을 식별한다.
• 반 제어 환경에서 키가 크고 수직으로 지지되는 작물의 도전 과제와 격차를 논의한다.
• 상업 규모 구현을 향한 향후 연구 방향을 제시한다.

제안 방법

• field 및 보호 시설에서의 작물 모니터링 및 표현형 분석 플랫폼에 관한 문헌을 검토한다.
• 작물 형질 추출에 대한 카메라 기술과 그 능력을 설명한다.
• 작은 식물이나 움직일 수 있는 식물을 위한 일반적인 플랫폼 구성(컨베이어형, 벤치탑, 갠트리 기반)을 설명한다.
• 이미지 기반 표현형 분석 측면에서 반-제어된 보호 환경과 현장 조건을 대비한다.
• 보호 시설에서 더 큰 작물 다루기에 대한 향후 연구 방향을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보호 재배에서 작물 표현형 분석을 위한 어떤 이미지 기반 모니터링 기술이 사용되는가?
• RQ2 보호 환경에서 주요 작물 특성 추출을 가능하게 하는 카메라 구성 및 플랫폼은 무엇인가?
• RQ3 이미지 기반 작물 모니터링 맥락에서 보호 시설은 현장 조건과 어떻게 다른가?
• RQ4 상업 높이의 작물 확장을 위한 이미지 기반 모니터링의 격차와 향후 연구 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 보호 환경에서 다양한 작물 특성 추출을 위해 서로 다른 카메라 기술이 평가된다.
• 컨베이어, 벤치탑, 갠트리 시스템과 같은 플랫폼 유형은 표현형 연구에서 작거나 이동 가능한 식물에 흔히 사용된다.
• 반-제어 환경에서 키 큰 수직 작물의 이미지 기반 모니터링에 관한 문헌 격차가 있다.
• 이 고찰은 작은 모델 식물 이상의 상업 규모 보호 작물을 대상으로 한 향후 연구 필요성을 강조한다.
• 논문은 더 큰 작물과 반-제어 환경에 이미지 기반 표현형 분석을 적용하기 위한 도전 과제와 기회에 대해 논의한다.