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연구

마스크 하나로 선명한 3D 홀로그래픽 센서 구현​
조회수 : 2002 등록일 : 2023-08-23 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 물리학과 박용근 교수, 오정훈 박사

< (왼쪽부터) 물리학과 박용근 교수, 오정훈 박사 >

일반카메라에 비해 홀로그래픽 카메라는 물체의 3D 정보를 획득하는 능력 덕분에 현실감 있는 영상을 제공한다. 하지만 기존 홀로그래픽 카메라 기술은 광파(光波)의 간섭 현상을 이용하여 빛의 파장·굴절률 등을 측정하는 장치인 간섭계를 사용하여 복잡하고 주변 환경에 민감한 단점이 있다. 

우리 대학 물리학과 박용근 교수 연구팀이 3차원 홀로그래피 이미징 센서 기술의 새로운 도약을 이뤘다고 23일 발표했다. 

연구팀은 복잡한 간섭계를 사용하지 않는 혁신적인 홀로그래피 카메라 기술을 발표했다. 이 기술은 마스크를 이용해 빛의 위상 정보를 정밀하게 측정하며, 이에 따라 물체의 3D 정보를 더욱 정확하게 재구성할 수 있다.

그림 1. 제안된 홀로그래픽 카메라의 구조와 원리. 홀로그래픽 카메라로부터 산란된 빛의 진폭과 위상 정보를 측정할 수 있다.

< 그림 1. 제안된 홀로그래픽 카메라의 구조와 원리. 홀로그래픽 카메라로부터 산란된 빛의 진폭과 위상 정보를 측정할 수 있다. >

연구팀은 제시한 혁신적인 방법은 수학적으로 특정 조건을 만족하는 마스크를 일반 카메라에 추가하고, 이를 통해 측정한 레이저 산란광을 컴퓨터 상에서 분석하는 방식이다. 복잡한 간섭계가 필요하지 않고, 더욱 단순화된 광학 시스템을 통해 빛의 위상 정보를 효과적으로 획득한다. 이 기술에서는 물체 뒤 위치한 두 렌즈 사이의 특별한 마스크가 중요한 역할을 한다. 이 마스크는 빛의 특정 부분을 선별적으로 필터링하며, 렌즈를 통과하는 빛의 강도는 일반적인 상업용 카메라로 측정될 수 있다. 이 기술은 카메라로부터 받아온 이미지 데이터와 마스크의 독특한 패턴을 결합해, 알고리즘 처리를 통해 물체의 세밀한 3D 정보를 복원한다. 

이러한 방식은 어떤 위치의 물체든 선명하게 3차원으로 촬영하는 능력을 갖추고 있다. 실제 구현을 위해서는, 일반적인 이미지 센서에 단순한 디자인의 마스크를 추가하는 것으로 레이저 홀로그래피 3D 이미지 센서 구현이 가능하다. 이에 따라 광학 시스템의 설계와 제작이 더욱 간편해진다. 특히 이 새로운 기술은 빠른 움직임의 물체에도 선명한 홀로그래픽 이미지 촬영이 가능해 활용 범위가 넓어질 것으로 예상된다.

그림 2. 일반적인 카메라와 제안된 홀로그래픽 카메라에서 촬영된 움직이는 인형의 모습. 물체의 초점을 맞추지 않고 찍었을 때, 일반적인 카메라에서는 흐려진 인형의 이미지만을 얻을 수 있지만, 제안된 홀로그래픽 카메라는 흐려진 인형의 이미지를 선명한 이미지로 복원할 수 있다.

< 그림 2. 일반적인 카메라와 제안된 홀로그래픽 카메라에서 촬영된 움직이는 인형의 모습. 물체의 초점을 맞추지 않고 찍었을 때, 일반적인 카메라에서는 흐려진 인형의 이미지만을 얻을 수 있지만, 제안된 홀로그래픽 카메라는 흐려진 인형의 이미지를 선명한 이미지로 복원할 수 있다. >

물리학과 오정훈 박사가 제1 저자로 참여한 이 연구 결과는 국제적인 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)' 812출판됐다. (논문명: Non-interferometric stand-alone single-shot holographic camera using reciprocal diffractive imaging) 

1 저자인 물리학과 오정훈 박사는 제안하는 홀로그래픽 카메라의 모듈은 일반 카메라에 필터를 추가하는 방식으로 구현될 수 있으므로, 실용화된다면 일상생활에서 비전문가가 손쉽게 사용할 수 있을 것이다라며, “특히 기존의 원격 감지 기술들을 대체할 수 있다는 높은 잠재력을 가지고 있다라고 말했다. 

한편 이번 연구는 연구재단의 리더연구사업, 과학기술정보통신부의 홀로그램핵심기술지원사업, 나노 및 소재 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 

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