영상심도 15.5배 향상 광학영상 기술 개발…반도체 계측장비 활용 가능

E2E-BPF 현미경과 일반 현미경 비교도. 사진=주철민 연세대 교수

국내 연구진이 광학 현미경의 15.5배 영상심도 향상이 가능한 이진 광 위상구조(BPF) 및 영상복원 알고리즘을 개발했다. 첨단 의료진단 장비 및 반도체 계측 장비 등에 적용이 기대된다.

한국연구재단은 주철민 연세대 교수 연구팀이 딥러닝 기반 고심도 산술영상 플랫폼인 이투이-비피에프(E2E-BPF) 현미경을 개발했다고 29일 밝혔다.

고해상도·고배율 현미경 시스템은 필연적으로 영상심도 저하를 수반하며, 이는 피사체 고해상도 영상 취득이 가능한 깊이를 제한한다. 이로 인해 3차원 시편 영상취득 시 초점을 조정하는 과정이 필수적으로 동반돼 많은 시간과 비용이 든다.

이를 극복하고 영상심도를 확장할 수 있는 이진 광 위상구조를 이용한 영상심도 확장기술이 주목받고 있으나 설계 자유도 제한으로 심도 확장능력이 한정적이다.

연구팀은 설계 자유도를 최대화한 딥러닝 기반 이진 광 위상구조 설계와 신경망 기반 영상복원 알고리즘을 결합한 공동 학습 영상 플랫폼을 개발했다.

해당 플랫폼으로 구현된 산술 영상 시스템은 같은 수치 조리개 현미경 대비 약 15.5배 향상된 영상심도 확장이 가능하다.

연구팀은 또 딥러닝 기반 이진 광 위상구조 설계와 영상복원 네트워크 공동 학습을 통해 새로운 심도 확장 영상 플랫폼을 개발했다.

이진 광 위상구조는 두 개의 단차로 구성된 투명 광학소자로 제작이 쉽고, 대량생산이 가능한 강점이 있다. 광학계 조리개 단에 위치시키는 것만으로도 구현할 수 있어 여러 분야에 쉽게 응용 및 적용이 가능하다.

연구팀은 해당 플랫폼을 이용하면 영상심도 확장이 요구되는 내시경, 병리 진단, 반도체 계측 분야에서 광범위한 활용이 가능할 것으로 보고 있다.

주철민 교수는 “세계 최고 수준의 영상심도 확장 영상 플랫폼을 기반으로 3차원 조직 내 종양 바이오 마커 영상화와 반도체 계측 장비에 적용성을 검토하고 있다”며 “후속 연구를 통해 3차원 위치추출 기술을 개발할 계획”이라고 말했다.

이번 연구성과는 광학분야 국제학술지 '빛:과학과 응용(Light:Science & Applications)'에 지난 13일 실렸다.

이인희 기자 leeih@etnews.com