[첨단 헬로티]

미국광학회의 연구진은 동적 범위를 개선하고 편광 정보를 추가하기 위한 방법으로 사마귀 새우(Mantis Shrimp)의 시각 시스템에 영감을 얻어 어려운 영상처리 상황에서도 위험을 감지할 수 있는 새로운 유형의 카메라를 개발하였다.

새로운 카메라는 오늘날의 상업용 카메라보다 10000배 더 높은 다이내믹레인지(카메라가 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분 사이를 섬세하게 표현하는 정도)와 편광으로 알려진 빛의 속성을 감지하는 특성을 지닌다. 특히 다이내믹레인지는 주행 중에 어두운 터널에서 밝은 햇빛으로 바뀌거나 흐릿하게 안개가 낀 상황에서 카메라가 더 잘 볼 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

▲ 이 카메라는 빛의 강도(왼쪽), 편광 이미지(가운데와 오른쪽)를 얻을 수 있다. 사진은 LED, 말 모형, 원뿔 모형이다.

이 카메라는 개당 10달러 정도에 대량 생산이 가능하고 기존의 차량에 사용되는 컬러 카메라보다 3배나 더 멀리 다른 차량, 사람 및 위험을 감지할 수 있다는 것이 연구진의 설명.

일리노이대학의 연구팀의 리더인 Viktor Gruev는 “최근 발생한 자율 주행차 사고는 당시 하늘의 색과 비슷한 트럭의 색상과 혼합된 빛의 강도 때문에 미처 트럭을 감지하지 못한 것으로 밝혀졌다. 우리는 새로운 카메라의 높은 다이내믹레인지가 배경과 비슷한 물체를 쉽게 감지하게 도와줌으로서 문제를 해결했다”고 말했다.

사마귀 새우는 빛의 강도에 따라 민감하게 반응하며 한 장면에서 매우 어둡고 매우 밝은 요소를 감지할 수 있다. 연구진은 편광 민감도를 위해, 사마귀 새우가 순방향 바이어스 모드의 포토바이오드를 포함하는 이미징 칩의 표면에 직접 나노물질을 증착함으로써 편광된 광 검출을 광 수용체에 통합하는 방식을 모방하였다. 나노물질은 사마귀 새우가 편광을 보는 것과 같은 방식으로 편광을 감지하기 위한 편광 필터 역할을 한다.

연구진은 기존의 이미지 센서 제조 공정으로도 센서를 만들 수는 있지만 순방향에서 작동하는 포토다이오드를 만들기에는 최적화 되어있지 않기에, 이를 보완하기 위해 시그널 대 노이즈 비율을 개선하고 이미지를 정리하기 위한 추가적인 처리 단계를 개발하였다.

또한 서로 다른 빛 강도, 색상, 편광 조건에서 새로운 카메라를 테스트 하였으며 빛이 밝을 때도, 혹은 터널이나 안개와 같은 다른 주행 조건에서도 문제없이 이미지를 처리하는 것을 확인하였다.

연구진은 현재 에어백을 제조하는 회사와 함께 새로운 카메라의 높은 다이내믹레인지와 편광 이미지 처리 기능을 사용하여 주행 중 물체를 더 잘 탐지할 수 있도록 협력하고 있다. 특히 이번 카메라는 바다를 탐사하는 데도 적합할 것으로 보인다. 휴대전화와 같은 GPS 시스템은 물속에서 작동하지 않지만 새로운 카메라의 편광 감지기능은 위치 좌표를 계산할 수 있으며 카메라의 높은 다이내믹레인지는 물속에서 고품질 이미지를 기록하는데 사용될 수 있기 때문이다. 

<자료 제공 : 한국산업기술진흥원>