`곤충 겹눈` 모사했더니, 고속촬영에 어두운 곳까지 `선명하게`

KAIST, 생체모사 초소형 카메라 개발
초당 9120프레임 촬영..선명한 이미지 획득

KAIST는 곤충의 시각 구조를 모사해 초고속 촬영과 고감도 이미지를 동시에 얻을 수 있는 생체모사 카메라를 개발했다. 사진은 이미지 센서에 패키징된 고속 고감도 생체모사 카메라. KAIST 제공

KAIST가 개발한 생체모사 카메라의 개념도.

국내 연구진이 곤충의 겹눈 구조를 모사해 기존 카메라의 한계인 프레임 속도와 감도를 극복하는 기술을 개발했다.

KAIST는 정기훈 바이오·뇌공학과 교수와 김민혁 전산학과 교수 연구팀이 곤충의 시각 구조를 본떠 초고속 촬영과 고감도 이미지를 동시에 구현할 수 있는 생체모사 카메라를 개발했다고 16일 밝혔다.

기존 고속 카메라는 빠른 움직임을 포착할 수 있지만, 프레임률을 높일수록 빛을 수집할 수 있는 시간이 줄어들어 어두운 환경에서는 선명한 이미지를 얻기 어렵다.

곤충의 겹눈은 빠르게 움직이는 물체를 병렬적으로 감지하며, 어두운 환경에서는 여러 시간의 신호를 합쳐 감도를 높일 수 있다. 연구팀은 곤충의 시각 기관처럼 여러 개의 광학 채널과 시간 합산을 활용해 곤충의 겹눈 구조처럼 서로 다른 시간대의 프레임을 병렬적으로 획득할 수 있는 생체모사 카메라를 개발했다. 기존 고속 카메라 대비 최대 40배 더 어두운 물체까지 포착할 수 있다.

연구팀은 카메라 촬영 속도를 높이기 위해 채널 분할 기술을 적용해 기존 이미지 센서보다 수천 배 빠른 프레임률을 획득하고, 압축 이미지 복원 알고리즘을 통해 흐림 현상을 제거해 이미지의 선명도를 높였다.

실제, 생체 모사 카메라는 두께가 1㎜ 이하로 매우 얇고, 초당 9120프레임을 촬영할 수 있다. 어두운 환경에서도 선명한 이미지를 확보할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 3D 이미징 및 초해상도 이미징을 위한 고급 이미지 처리 알고리즘을 적용해 바이오의료와 모바일 등 다양한 카메라 응용기술을 개발할 계획이다.

김현경 바이오및뇌공학과 박사과정은 "카메라 크기가 작지만 고속과 낮은 조도환경에서 뛰어난 성능을 발휘하는 것을 실험적으로 검증했다"며 "이동식 카메라 시스템, 보안 감시, 의료 영상 등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(1월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr