스마트폰 '카툭튀' 해결?…두께 0.94mm 광시야 카메라 개발

KAIST 연구진 "곤충 눈 모방…의료용 내시경 등에 응용"

왼쪽부터 차영길, 김현경, 권재명 KAIST 박사과정생, 정기훈 교수, 김민혁 교수. KAIST 제공

스마트 기기가 얇아질수록 걸림돌이 돼 온 카메라 두께 문제를 근본적으로 해결할 초박형 카메라 기술이 나왔다.

KAIST는 정기훈 바이오및뇌공학과 교수와 김민혁 전산학부 교수 공동연구팀이 곤충의 시각 원리를 적용해 두께 0.94mm의 초박형 광시야 카메라를 개발했다고 7일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난달 23일자에 게재됐다.

고성능 광각 카메라는 넓은 범위를 찍기 위해 여러 장의 렌즈를 겹쳐야 해 두께가 두꺼워질 수밖에 없다. 카메라를 얇게 만들면 시야가 좁아지거나 화질이 떨어진다. 기존 카메라 설계로는 크기와 성능을 동시에 잡기 어렵다.

연구팀은 기생 곤충 '제노스 페키'의 독특한 눈 구조에서 해법을 찾았다. 제노스 페키는 북미에 사는 말벌 기생충으로 대부분의 곤충과 달리 눈 하나하나가 작은 카메라처럼 부분 영상을 찍어 뇌에서 합치는 특이한 시각 구조를 갖고 있다. 

일반적인 곤충의 겹눈은 넓게 볼 수 있지만 해상도가 낮다. 반면 제노스 페키는 여러 개의 눈이 각각 서로 다른 방향의 장면을 작은 사진처럼 따로 찍은 뒤 뇌에서 한 장으로 이어 붙여 선명한 전체 영상을 만든다. 나눠 찍고 합쳐 보는 방식으로 넓은 시야와 높은 해상도를 동시에 확보하는 원리다.

초박형 카메라의 촬영 원리. 왼쪽은 여러 개의 미세 렌즈가 각각 다른 방향에서 찍은 부분 영상들, 가운데는 영상을 하나로 이어 붙여 완성한 140도 광시야 영상이다. 오른쪽 확대 사진에서 날개 무늬까지 선명하게 보여 화면 가장자리에서도 화질이 유지됨을 확인할 수 있다. KAIST 제공

연구팀은 제노스 페키가 물체를 보는 원리를 그대로 카메라에 옮겼다. 수십 개의 미세 렌즈를 하나의 이미지 센서 위에 배열하고 각 렌즈 앞에 놓인 조리개의 위치를 미세하게 어긋나게 설계해 렌즈마다 서로 다른 방향을 동시에 촬영하도록 했다. 촬영된 부분 영상들은 디지털 처리를 거쳐 하나의 넓은 장면으로 합쳐진다.

넓은 각도로 빛이 들어오면 화면 가장자리가 흐려지는 문제가 생기기 마련이다. 연구팀은 렌즈를 일반적인 둥근 모양 대신 타원형으로 만들고 보는 방향마다 렌즈의 휘어진 정도와 빛이 들어오는 구멍의 위치를 다르게 설계해 화면 중심부터 가장자리까지 고르게 선명한 영상을 얻었다. 찍는 대상과 매우 가까운 거리에서도 흔들림 없이 촬영할 수 있어 몸속 좁은 공간을 들여다봐야 하는 의료용 내시경에 특히 유리하다.

초박형 카메라로 다양한 거리의 대상을 촬영한 결과. 왼쪽부터 20mm 거리의 미세유체 채널, 30mm 거리의 구강 모형, 50mm 거리의 얼굴이다. 가까운 거리에서도 넓은 영역을 한 번에 선명하게 담아, 의료용 내시경 등에 활용할 수 있는 가능성을 보여준다. KAIST 제공

연구팀은 광학 영상 전문 기업 '마이크로픽스'에 기술이전을 완료했다. 2027년 본격 상용화가 목표다. 의료용 내시경 외에도 웨어러블 헬스케어 장비, 초소형 로봇, 자율주행 센서 등 공간 제약이 큰 다양한 분야에 적용될 전망이다.

정기훈 교수는 "자연의 시각 원리를 적용해 초소형 구조에서도 넓은 시야와 안정적인 영상 품질을 동시에 확보했다"고 말했다.

<참고> 
doi: 10.1038/s41467-026-70967-2

[임정우 기자 jjwl@donga.com]