KISTI의 과학향기

홀로그래픽 카메라는 물체의 3D 정보를 획득하는 능력 덕분에 일반카메라보다 현실감 있는 영상을 제공한다. 하지만 기존 홀로그래픽 카메라 기술은 광파(光波)의 간섭 현상을 이용해 빛의 파장·굴절률 등을 측정하는 장치인 간섭계를 사용하여, 복잡하고 주변 환경에 민감하다는 단점이 있다. 이에 KAIST 물리학과 박용근 교수 연구팀은 복잡한 간섭계를 사용하지 않는 3차원 홀로그래피 이미징 센서 기술을 개발했다. 이 기술은 마스크를 이용해 빛의 위상 정보를 정밀하게 측정하며, 이에 따라 물체의 3D 정보를 정확하게 재구성할 수 있다.

 

연구팀은 수학적으로 특정 조건을 만족하는 마스크를 일반 카메라에 추가하고, 이를 통해 측정한 레이저 산란광을 컴퓨터 상에서 분석하는 방식을 사용했다. 덕분에 복잡한 간섭계가 필요하지 않고, 더욱 단순화된 광학 시스템을 통해 빛의 위상 정보를 효과적으로 획득한다. 이 기술에서는 물체 뒤 위치한 두 렌즈 사이의 특별한 마스크가 중요하다. 렌즈를 통과하는 빛의 강도는 일반적인 상업용 카메라로 측정하며, 이 마스크는 빛의 특정 부분을 선별적으로 필터링한다. 연구팀의 기술로 카메라로부터 받아온 이미지 데이터와 마스크의 독특한 패턴을 결합하면, 알고리즘 처리를 통해 물체의 세밀한 3D 정보를 복원할 수 있다.

 

이러한 방식은 어떤 위치의 물체든 선명하게 3차원으로 촬영하는 능력을 갖춘다. 실제로 일반적인 이미지 센서에 단순한 디자인의 마스크를 추가하는 것만으로도 레이저 홀로그래피 3D 이미지 센서 구현이 가능한 덕분이다. 이에 따라 광학 시스템의 설계와 제작이 더욱 간편해지며, 빠르게 움직이는 물체에도 선명한 홀로그래픽 이미지 촬영이 가능해 활용 범위가 넓어질 것으로 예상된다.

 

연구팀의 기술은 자율 주행 차량, 자동화 로봇 등 원격 감지 분야에 활용될 것으로 전망된다. 오정훈 박사는 “제안하는 홀로그래픽 카메라의 모듈은 일반 카메라에 필터를 추가하는 방식으로 구현될 수 있으므로, 실용화된다면 일상생활에서 비전문가가 손쉽게 사용할 수 있을 것”이라며 “특히 기존 원격 감지 기술들을 대체할 수 있다는 높은 잠재력을 가지고 있다”고 말했다. 해당 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 출판됐다.