(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 국내 연구진이 이미지의 왜곡 없이 물속과 물 밖에서 360도 전방위로 사진과 영상 촬영이 가능한 초소형 수륙양용 카메라 개발에 성공했다.

조간대에 서식하는 농게의 겹눈 구조를 생체모방하여 얻은 연구 성과로, 기존 360도 카메라의 한계를 보완하고 VR 기기 등 다양한 영상 장비에 적용할 수 있을 것으로 기대 된다.

광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수팀과 서울대 화공생명공학부 김대형 교수팀이 공동 진행한 이번 연구 결과는 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 12일자로 온라인 발표됐다.

현재 360도 전방위 카메라는 페이스북을 운영하는 메타(Meta Platforms) 등 글로벌 기업들이 연구·개발을 진행하고 있지만 이미지 왜곡에 대한 하드웨어 한계 극복과 카메라의 센서 정보를 연결하는 후처리의 필요성으로 어려움을 겪고 있다.

카메라에는 곡면 렌즈가 사용되는데 이에 따른 광(光) 굴절 현상이 발생, 하나의 광학시스템으로는 물속과 물 밖에서 동시에 영상을 처리하는 데 한계가 있을 뿐만아니라 고굴절 렌즈를 사용하는 광각 카메라의 경우 렌즈의 중앙과 외각의 굴절 차이로 인해 이미지 센서에 왜곡된 영상이 투영된다.

연구팀은 편평형 마이크로렌즈를 이미지 센서와 결합하고 각각 1개씩의 마이크로렌즈와 포토다이오드로 구성된 광학시스템을 공 모양의 구형(지름 약 2㎝) 구조물 안에 200여 개를 집적해 이미지 왜곡이 없는 광각 카메라를 개발했다.

연구팀은 조간대에 서식하는 농게의 눈에서 이번 360도 전방위카메라 개발의 연구 아이디어를 얻었다.

농게의 눈(렌즈)은 물속과 물 밖 환경에서 모두 시야 확보가 가능하도록 표면이 편평한데다 렌즈 아래로 점진적인 굴절률의 변화를 갖는 형태를 갖추고 있고, 평평한 갯벌 지대에서 포식자를 효과적으로 식별하기 위해 전(全) 방향으로 렌즈가 형성돼 있다.

연구팀은 이러한 농게의 눈에 착안, 200여 개의 포토다이오드를 구형으로 배치하고 각 포토다이오드에 편평형 마이크로렌즈를 배치해 각각의 센서 정보를 연결하는 후처리 및 광학 렌즈에서 발생하는 왜곡의 문제를 해결했다.

또한 편평형 마이크로렌즈를 배치할 경우 낮아지는 굴절력 향상과 수차 보정을 위해 굴절률이 연속적으로 변하는 4개의 렌즈로 구성된 구배형(graded-index) 마이크로렌즈를 제작했다.

그 결과 외부 환경과 무관하게 물속과 물 밖에서 영상의 화질이 동일하게 유지되고 기존 광각 카메라보다 이미지 왜곡이 감소한다는 사실을 이론적·실험적으로 규명했다.

송영민 교수는 "이번에 개발한 360도 카메라는 기존의 한계를 보완하는 새로운 콘셉트를 제시하는 동시에 마이크로렌즈와 포토다이오드를 공 모양의 디바이스에 모아 실제 영상 테스트를 성공적으로 진행했다는 점에서 의미가 크다"며 "연구실 단계에서 제작할 수 있는 포토다이오드와 마이크로렌즈의 크기 제한과 렌즈 정렬의 한계를 개선하면 보다 높은 해상도와 성능을 가진 360도 카메라를 자율주행 자동차의 비전시스템이나 기존 360도 카메라에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 미래소재 디스커버리사업 및 이공분야 학문후속세대지원사업과 기초과학연구원(IBS)의 기초과학연구원외부연구단 및 GIST-MIT 공동연구사업의 지원으로 수행됐다.

GIST 송영민 교수팀(제1저자 장혁재 GIST통합과정, 이길주 부산대학교 교수)과 서울대학교 화공생명공학부 김대형(제1저자 이민철 박사) 교수팀이 공동 진행하고, 미국 MIT의 Frédo Durand 교수와 텍사스 주립대의 Nanshu Lu 교수 등이 공동저자로 참여했다.

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