1cm 크기에 1mm 초고속 ·고감도 카메라 상용화 수준 개발

초소형· 초고속·초박형이면서 저조도 상태에서도 선명한 사진을 구현하는 생체모사형 카메라가 상용화 수준으로 개발됐다. KAIST 정기훈 바이오및뇌공학과 교수는 "곤충 시각 구조에서 영감을 받아 초고속 촬영과 고감도를 동시에 구현한 새로운 초소형 생체모사 카메라를 개발, 연구소 기업인 마이크로픽스(대표 장경원)를 통해 상용화를 진행 중"이라고 16일 밝혔다. 이 카메라는 우선 크기가 초미니급이다. 가로, 세로 1㎝크기에 두께가 1㎜다. 여기에 경제성도 갖췄고, 초고속 촬영에 별도 렌즈도 필요없다. 초당 9천120프레임으로 초고속 촬영이 가능하다. 초고속 카메라의 단점인 저조도 문제도 카메라 렌즈에 해당하는 겹눈 모사 방식으로 해결했다. 바이오및뇌공학과 김현경 연구생(박사과정)은 "빛 세기(조도)가 0.43 µW/cm²만 되도 선명한 영상 구현이 가능하다"며 "기존대비 300배 더 많이 빛을 수집할 수 있다"고 설명했다. 김 연구생은 "반도체 공정으로 대량 생산도 가능하다"며 "상용화도 큰 문제가 없을 것으로 예상한다"고 설명했다. 연구진은 초고속 카메라의 문제인 낮은 감도를 곤충의 시각 기관처럼, 여러 개의 광학 채널과 시간 합산을 활용하는 방식으로 해결했다. 단안 렌즈 대신 곤충처럼 겹눈으로 서로 다른 시간대의 프레임을 병렬 획득하도록 설계했다. 프레임이 중첩되는 동안 빛을 서로 합산, 신호대잡음비를 증가시킨다. 김 연구생은 "기존 고속 카메라 대비 최대 40배 더 어두운 물체까지 포착하는 것이 가능하다"고 말했다. 연구팀은 카메라 속도 향상을 위해 '채널 분할' 기술을 도입, 패키징에 사용된 이미지센서보다 수천 배 빠른 프레임률을 획득하는데도 성공했다. 연구팀은 또 '압축 이미지 복원' 알고리즘을 활용해 합산된 프레임에서 발생할 수 있는 흐림 현상을 제거, 보다 선명한 이미지를 재구성하도록 했다. 정기훈 교수는 "기술 개발과 방향은 정리됐지만, 후 영상 처리 부문은 좀더 풀어야할 숙제가 남아 있다"며 "이를 포함한 제품 디자인 부문은 마이크로픽스에서 해결을 진행 중"이라고 덧붙였다. 향후 연구팀은 3D 이미징 및 초해상도 이미징을 위한 고급 이미지 처리 알고리즘을 통해 바이오의료 응용뿐 아니라 모바일 등 다양한 카메라 응용 기술을 개발할 예정이다. 이 연구에는 KAIST 김민혁 전산학과 교수 연구팀도 참여했다. 연구결과는 국제 학술지 `사이언스 어드밴시스'에 최근 실렸다.