(왼쪽 상단) MEMS 공정을 통해 제작된 미세렌즈 배열의 단면 현미경 영상 (오른쪽 상단) 이미지 센서와 역배열로 결합한 광 흡수층 미세배열 렌즈 사진 (하단 1, 2) 최종 제작된 초박형 라이트필드 카메라 사진 (전체 크기: 8.4㎜ × 8.4㎜ × 5.1㎜). KAIST 제공
한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 현존하는 가장 얇은 두께의 고해상도 4D 카메라를 개발했다고 4일 밝혔다.
곤충의 시각 구조에서 발견되는 형태에 착안해 미세렌즈와 대물렌즈를 결합한 진보된 형태의 카메라로 한 번의 2차원 촬영을 통해 빛의 공간뿐 아니라 방향까지 4차원 정보를 동시에 획득하는 것이 특징이다.
연구팀은 200나노미터(nm‧10억 분의 1m) 두께 수준의 금속-유전체-금속 박막으로 이뤄진 광 흡수층을 렌즈 사이에 배치했다. 미세렌즈 배열의 광학 크로스토크를 제거하기 위한 것으로 대물렌즈와 미세렌즈 사이의 간격을 일정 수준으로 줄였다.
전체 두께를 최소화하기 위해 미세렌즈의 방향을 이미지센서 방향의 역방향으로 배치하면서 대물렌즈와 미세렌즈 사이 거리는 2.1㎜ 수준에 불과하다고 연구팀은 설명했다. 전체 5.1㎜의 두께로 이는 현재까지 개발된 라이트필드 카메라 중 가장 얇은 두께라고 연구팀은 덧붙였다.
왼쪽부터 KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수, 배상인 박사과정. KAIST 제공
연구팀은 나노 두께의 광 흡수 구조를 미세렌즈 배열 사이에 삽입해 4D 카메라의 대비도와 해상도를 높였다. 기존 카메라가 가지는 외부 광원, 추가 센서 부착의 한계를 극복했다.
이를 영상처리 기법을 통해 시점 영상과 3차원 영상으로 재구성했을 경우 향상된 정확도도 확인했다.
이러한 특징을 이용하면 의료영상, 생체인식, 모바일 카메라 또는 다양한 가상현실/증강현실 카메라 분야에 적용이 가능할 것으로 보인다고 연구팀은 설명했다.
정기훈 교수는 "초박형이면서 고해상도의 라이트필드 카메라를 제작하는 새로운 방법을 제시했다"며 "이 카메라는 생체인식, 의료 내시경, 휴대폰 카메라와 같이 다시점, 재초점을 요구하는 초소형 영상 장치로 통합해 초소형 4D 카메라의 새로운 플랫폼으로 활용될 것"이라고 말했다.