IBS, 독수리 눈 닮은 카메라기술 개발…물체인지 능력 2배

GIST와 공동연구…3.6배 더 민첩하게 움직임 감지
물체 감지 필요한 무인 로봇·드론에 적용 기대
가시광선·자외선 감지 가능…사이언스 로보틱스誌 게재

[대전=뉴시스] IBS 연구진이 개발한 새 눈을 모방한 카메라 모식도 및 측정 결과. 물체감지에 특화된 이 카메라는 인공중심와와 다중파장 이미지 센서로 구성돼 있어 멀리있는 물체를 선명하게 감지할 수 있고 색도 구분해 인식가능하다.(사진=IBS 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 독수리의 눈처럼 멀리서도 민첩하게 움직임을 감지할 수 있는 새로운 카메라기술이 나왔다.

기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 김대형 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀이 송영민 광주과학기술원(GIST) 교수팀과 공동으로 새 눈의 구조와 기능을 모방한 물체감지 특화카메라를 개발했다고 30일 밝혔다.

독수리와 같은 조류의 눈은 높은 나무 위에서 서식하는 생존환경에 맞춰 망막에 원추세포가 높은 밀도로 분포돼 있는 깊고 좁은 모양의 '중심와'가 존재하도록 진화했다.

중심와(Fovea)는 망막에 존재하는 작은 함몰 부위로 멀리 있는 물체를 확대해 볼 수 있다. 사람의 눈에도 존재하지만 새의 눈에 있는 중심와와는 달리 넓고 얕은 모양이기 때문에 빛이 거의 굴절되지 않아 물체가 확대되지 않는다.

사람의 눈은 가시광선(적색, 녹색, 청색)만 감지할 수 있는 반면 새의 눈은 자외선도 감지할 수 있어 사람이 보지 못하는 시각 정보를 얻을 수 있으며 복잡하고 역동적인 환경에서도 물체를 효율적으로 인식할 수 있다.

IBS 연구팀은 이번에 송영민 GIST 교수팀과의 협업해 새의 중심와 구조를 모방한 인공중심와를 제작해 물체감지에 특화된 새로운 카메라를 설계했다.

개발된 카메라는 인공중심와와 가시광선 및 자외선 감지가 가능한 다중파장 이미지 센서(Multispectral image sensor)로 구성됐다.

공동 연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 이미지 왜곡없이 멀리 있는 물체를 확대할 수 있는 최적의 디자인을 고안한 뒤 우수한 전기·광학적 특성을 가진 페로브스카이트 물질을 활용해 다중파장 이미지 센서를 제작했다.

서로 다른 파장영역을 흡수하는 4종류의 페로브스카이트 물질을 사용해 광센서를 제작하고 이를 수직으로 쌓아 올려 색 필터 없이 색을 구분할 수 있는 센서를 구현했다.

박진홍 IBS 나노입자 연구단 연구원은 "다중 파장 이미지 센서 제작을 위한 전사공정도 새롭게 개발했다"며 "선행연구에서 개발한 페로브스카이트 패터닝기술과 결합해 필터없이 가시광선뿐 아니라 자외선까지 감지가 가능한 센서를 완성할 수 있었다"고 설명했다.

줌 렌즈를 사용해 물체를 확대하는 기존 카메라는 확대된 물체의 주변부는 인지할 수 없다는 단점이 있으나 이번에 제작한 물체감지 특화카메라는 시야의 중앙부에서 물체를 확대하면서 주변부 시야도 제공한다.

이를 통해 두 시야의 차이를 바탕으로 물체의 움직임을 더 민감하게 감지할 수 있으며 필터없이 가시광선 및 자외선을 구분해 감지하기 때문에 시각정보가 다양하고 공정비용과 무게가 절감되는 장점도 있다.

연구진은 시뮬레이션을 통해 개발한 카메라의 물체인지 및 움직임 감지능력을 확인한 결과, 새로운 카메라(신뢰 점수 0.76)가 기존 카메라 시스템(신뢰 점수 0.39)보다 물체인지 능력에서 약 2배 높은 신뢰 점수를 보였다. 움직임의 변화율도 기존 카메라 시스템 대비 3.6배 증가해 더욱 민감하게 움직임을 감지할 수 있음이 증명됐다.

연구 결과는 30일(한국시간) 로보틱스 분야 세계 최고 학술지인 '사이언스 로보틱스(Science Robotics, IF 25.0)'온라인 판에 실렸다.(논문명:Avian-eye-inspired perovskite artificial vision system for foveated and multispectral imaging)

김대형 부연구단장은 "이번에 개발한 카메라는 물체감지 능력이 필요한 무인로봇, 자율주행차 등에 응용할 수 있으며 특히 새와 유사한 환경에서 작동하는 드론에 장착하면 큰 효과를 낼 것"이라고 말했다.

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