스마트 기기가 얇아질수록 발목을 잡아온 '카메라 두께 문제'를 근본적으로 해결할 기술이 국내 연구진에 의해 탄생했다. KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수와 전산학부 김민혁 교수 공동연구팀이 기생 곤충 제노스 페키(Xenos peckii)의 독특한 시각 원리를 적용해, 두께 0.94mm의 초박형 구조에서도 사람의 시야를 뛰어넘는 140도의 대각 시야각을 확보하는 '광시야 생체모사 카메라'를 개발했다고 7일 밝혔다.
기존 고성능 광각 카메라는 다수의 렌즈를 겹쳐 써야 해 두께가 두꺼워질 수밖에 없는 구조적 한계를 안고 있었다. 일반 곤충의 겹눈은 넓은 시야를 확보하지만 해상도가 낮고, 단일 렌즈 카메라는 해상도는 높지만 시야가 좁다는 상충 관계를 극복하는 것이 핵심 과제였다. 연구팀이 주목한 것은 제노스 페키의 중간 형태 시각 구조다. 이 곤충은 여러 개의 눈이 장면을 부분 이미지 단위로 나누어 촬영한 뒤 뇌에서 하나로 결합해 고해상도 영상을 완성하는 독특한 방식을 갖는다. 연구팀은 이 '분할 촬영 및 통합' 원리를 카메라 구조에 그대로 도입했다.
구체적으로는 여러 개의 마이크로렌즈가 각각 다른 방향을 동시에 촬영하고, 이를 디지털 영상 결합 과정을 통해 하나의 광시야 영상으로 재구성하는 방식이다. 각 렌즈 앞에 배치된 이중 층의 조리개 위치를 미세하게 어긋나게 설계해 렌즈마다 받아들이는 빛의 방향을 구분했다. 넓은 시야에서 발생하는 상면만곡(field curvature)과 비점수차(astigmatism) 문제는 렌즈를 구면이 아닌 타원체 형태로 제작하고 시야 위치마다 렌즈의 곡률과 조리개 배치를 다르게 설계해 해결했다. 그 결과 화면 중심뿐 아니라 주변부까지 고르게 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 아주 가까운 거리에서도 안정적인 촬영이 가능하다.
두께 1mm 이하에 140도 시야각을 구현한 이 카메라는 공간 제약이 큰 다양한 분야에 혁신을 가져올 전망이다. 좁은 부위를 정밀하게 관찰해야 하는 의료용 내시경, 미세 로봇, 웨어러블 헬스케어 장비 등에 적용될 수 있다. 연구팀은 광학 영상 전문 기업 ㈜마이크로픽스에 기술이전을 완료했으며, 내년 본격적인 상용화를 목표로 하고 있다. 이번 연구 결과는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 3월 23일 게재됐으며, KAIST 권재명 박사과정생이 제1 저자로 참여했다.
정기훈 교수는 "기존 광각 카메라는 크기를 줄이면 해상도가 떨어지고, 해상도를 높이면 장치가 커지는 한계가 있었다"며 "자연계의 시각 원리를 적용해 초소형 구조에서도 넓은 시야와 안정적인 영상 품질을 동시에 확보했다"고 설명했다.
헬로티 김재황 기자 |
