광운대 연구팀, 초박형 나노 메타표면 기술을 이용한 3D 카메라 개발

광운대학교는 이상신 전자공학과 교수 연구팀이 호주국립대 최덕용 박사와의 공동연구를 통해 초박형 나노 메타표면 기술을 이용한 3D 카메라 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.
연구팀은 실리콘 기반 초박형 나노 메타표면 구조를 도입해 물리적인 이동 없이 입사되는 빛의 편광 방향에 따라 렌즈 어레이의 위치 이동이 가능한 가상이동 메타렌즈 어레이(virtual-moving metalens array)를 제안하고, 이를 이용해 해상도와 해상력이 향상된 '3차원 광파 이미지 시스템'을 개발했다.
3차원 광파 이미지 시스템(3D light-field imaging system)은 기존의 빛의 세기 정보만 획득할 수 있는 2차원 카메라 기술과 대비해 빛의 세기뿐만 아니라 방향 정보도 얻을 수 있는 기술을 말한다. 획득된 방향 정보를 기반으로 이미지 복원 과정을 거쳐 상하좌우 모든 방향에 대해 상대적 시차를 표현할 수 있는 3차원 이미지 구현은 물론, 리포커싱 기능도 가지고 있다.
기존 3차원 광파 이미지 시스템에는 공간 해상도와 각 해상도 간의 피할 수 없는 상충관계(trade-off)가 존재해 이로 인해 기존 2차원 카메라 기술 대비 해상도가 저하되는 문제가 있었다.

이번에 개발된 가상이동 메타렌즈 어레이 기반의 3차원 광파 이미지 시스템은 실시간으로 3차원 정보를 획득할 수 있는 기술로, 4차 산업혁명의 핵심 기술로 손꼽히는 지능형 로봇, 5G 드론, 바이오 이미징 등과 같이 3차원 거리 정보를 필요로 하는 실시간 3차원 비전 분야에 활발히 적용될 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.
이상신 교수는 "이번 연구에서 초박형 나노 메타렌즈 기술을 접목하여 3차원 깊이 이미지의 해상도를 획기적으로 향상시켰으며 이를 통해 나노 디바이스를 이용한 다양한 ICT 기술 개발이 가능할 것이라 기대한다"라고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 성과를 인정받아 와일리(Wiley) 에서 발행하는 광학·재료 분야의 국제학술지인 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials, IF=8.286) 온라인판 11월호 표지논문으로 선정됐다.
[조성신 기자 robgud@mkinternet.com]