카메라 두께가 0.94mm…스마트폰 패러다임 바꾼다

스마트폰 카메라 두께를 0.94mm로 만들 수 있는 혁신적인 초박형 카메라가 개발됐다. 내년 제품 상용화를 목표로 기술이전도 끝냈다. KAIST는 정기훈 바이오및뇌공학과 교수와 김민혁 전산학부 교수 공동연구팀이 곤충 시각 원리를 적용한 '광시야 생체모사 카메라'를 개발했다고 7일 밝혔다. 이 카메라는 두께가 머리카락 굵기 수준인 0.94mm 초박형 구조다. 사람의 시야를 뛰어 넘는 140도 광각 촬영이 가능하다. 해상도는 1.1픽셀오차에 100만 화소다. 연구팀은 광학 영상 전문 기업인 마이크로픽스에 기술이전했다. 이 회사는 내년 상용제품 출시가 목표다. 연구팀은 초소형 광시야 카메라를 개발하기 위해 기생 곤충 제노스 페키(Xenos peckii)에 주목했다. 이 곤충은 각 시각 단위가 점이 아니라 작은 영상 자체를 형성한다. 서로 다른 방향에서 얻은 부분 영상을 통합해 하나의 장면으로 인식하는 특성이 있다. 이를 뇌에서 고해상 단일 영상으로 완성한다. 기술 개발을 주도한 논문 제1저자 권재명 박사과정 연구생은 "겹눈의 넓은 시야와 카메라형 눈 영상 형성 방식을 동시에 갖는 중간 형태의 시각 구조"라며 "분할 촬영 및 통합 원리를 도입해 카메라 두께와 화질 문제를 동시에 해결했다"고 설명했다. 권 연구생은 "통상 광시야를 구면으로 만드는데, 이를 타원형 렌즈로 구현하는 것이 가장 어려웠다"며 "스마트폰 카메라는 전체 두께가 10mm정도 되는데 이 기술은 PCB보드를 합쳐 2mm 이내"라고 부연설명했다. 연구팀은 먼저 수십 개 이상의 미세 렌즈를 하나의 이미지 센서 위에 배열한 초소형 광학 구조인 마이크로렌즈 어레이를 제작했다. 각 렌즈 앞에 배치된 이중 층 조리개 위치를 미세하게 어긋나게 설계해 렌즈마다 받아들이는 빛의 방향을 구분, 시야 전체를 여러 영역으로 나누어 촬영하도록 했다. 하나의 카메라로도 넓은 장면을 동시에 관찰하기 위해서다. 넓은 시야로 촬영할 때는 빛이 비스듬히 들어오면서 화면 가장자리에 초점이 맞지 않는 '상면만곡'과, 방향에 따라 초점 위치가 달라져 선이 퍼져 보이는 '비점수차'가 크게 증가한다. 연구팀은 렌즈를 일반적인 구면이 아닌 타원체 형태로 제작하고, 시야 위치마다 렌즈 곡률과 조리개 배치를 다르게 설계해 이러한 현상을 줄였다. 그 결과 화면 중심뿐 아니라 주변부에서도 고르게 초점이 유지됐다. 촬영된 다중 영상은 디지털 보정과 영상 정합 과정을 통해 하나의 광시야 영상으로 재구성된다. 렌즈별 밝기 차이와 기하학적 왜곡은 후처리 보정을 통해 보정되도록 했다. 권재명 박사과정생이 제1 저자로 참여했다. 연구결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. 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 말했다. 정 교수는 또 양산과 관련 "구매처만 있으면 당장 POC(개념증명)이 가능하고, 제품화도 바로 이루어질 것"이라며 "의료용 내시경이나 미세 로봇, 웨어러블 헬스케어 장비의 영상 획득 효율을 크게 높일 수 있을 것"이라고 덧붙였다.