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'곤충 눈' 구조 초박형 카메라 언제 나오나카이스트 정기훈 교수팀 개발...고해상도 유지하면서 더 얇게
(왼쪽) 초박형 어레이드 카메라를 통해 얻은 배열 영상과 배열 영상을 통해 통합한 합성 영상(사진=KAIST 제공)

[e경제뉴스 이춘영 기자] 고해상도 이미징을 위한 곤충 눈 구조의 초박형 카메라가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

이 카메라는 독특한 시각 구조를 가진 제노스 페키(Xenos peckii)라는 곤충의 눈을 모사해 개발했으며 상용 카메라보다 더 얇은 렌즈 두께와 넓은 광시야각을 갖는다고 23일 KAIST 바이오 및 뇌공학과 정기훈 교수팀은 23일 설명했다.

이러한 특징을 이용해 모바일, 감시 및 정찰 장비, 의료영상 기기 등 다양한 소형 카메라가 필요한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.

초소형 영상용 카메라의 수요는 의료, 군사 등 다양한 산업 분야에서 크게 늘고 있다. 그러나 기존의 광학 시스템을 크기만 줄여 소형 이미징 시스템에 적용할 경우 분해능과 감도가 떨어지는 단점이 있다.

이를 해결할 수 있는 방법으로  곤충 눈을 모사한 초소형 카메라 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 기존의 곤충 눈을 모사한 미세렌즈 배열(Microlens arrays)은 렌즈 사이의 광학 크로스토크(Optical crosstalk)로 인해 해상도가 저해되는 단점이 있고 복잡한 제작 방법으로 양산에 한계가 있다.

연구팀은 이러한 문제 해결을 위해 제노스 페키(Xenos peckii) 곤충의 시각 구조를 모사한 렌즈를 제작했고 이를 이미지 센서와 결합해 초박형 카메라를 개발했다고 말했다.

곤충의 눈은 렌즈와 렌즈 사이의 빛을 차단하는 색소 세포(pigment cells)가 존재해 각 렌즈에서 결상되는 영상들 간의 간섭을 막는다.

이러한 구조는 렌즈들 사이의 광학 크로스토크를 막아 고해상도 영상을 획득하는 데 도움을 준다.

연구팀은 이러한 광 차단 구조를 양산이 가능한 미세전자기계시스템(Microelectromechanical systems, MEMS) 방법인 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 매우 얇게 제작해 렌즈들 사이의 광학 크로스토크를 효율적으로 차단했다.

이후 렌즈의 두께를 최소화하기 위해 렌즈의 방향을 이미지 센서 방향인 역방향으로 배치했으며 이를 통해 최종 개발된 카메라 렌즈의 두께는 0.74mm로 이는 10원짜리 동전 절반 정도의 두께이다.

카메라의 원거리에 있는 물체를 모든 렌즈에서 같은 시야각을 통해 동일한 영상을 획득하고 이 배열 영상들은 해상도를 하나의 이미지로 합성했다. 합성된 영상은 합성 전 단일 채널 영상보다 향상된 해상도를 나타냈다.

정기훈 교수는 “실질적으로 상용화 가능한 초박형 카메라를 제작하는 방법을 개발했다”며 “이 카메라는 영상획득이 필요한 장치에 통합돼 장치 소형화에 크게 기여할 것으로 확신한다”고 말했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘빛 : 과학과 응용 (Light : Science & Applications)’ 온라인판에 지난 2월 27일 게재됐다.

이춘영 기자  economynews@daum.net

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