안개나 불투명한 막에 가려진 투명한 물체도 한 번 촬영만으로 원래 모습을 찾아낼 수 있게 됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 배충식)이 빛이 심하게 흩어지는 환경에서도 인공지능(AI)과 광학 원리를 이용해 투명한 물체 모양과 두께, 위치를 동시에 복원하는 기술을 개발했다. 반도체·디스플레이 투명 부품 검사와 바이오 영상 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.
KAIST는 장무석 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 이같은 '단일 촬영 위상 영상' 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
위상 물체는 유리나 투명 비닐, 살아 있는 세포처럼 일반 카메라로는 주변과 밝기 차이가 거의 없어 잘 보이지 않는 물체다. 하지만 빛이 물체를 통과하면서 생기는 아주 미세한 변화(위상)를 분석하면 물체의 형태와 광학적 두께까지 알아낼 수 있다.
문제는 물체 앞뒤 산란층이 움직이면 빛의 경로도 계속 바뀌어 물체의 정보를 정확히 얻기 어려웠다는 점이다. 같은 대상을 여러 번 촬영하거나 산란 환경을 미리 측정해야 했고, 많은 학습 데이터를 이용해 AI를 훈련시키는 과정도 필요했다.
연구팀은 빛을 한곳에 집중시켜 첫 번째 산란층을 통과한 빛이 물체의 정보를 최대한 안정적으로 담도록 했다.
이후 빛이 물체와 산란층을 통과하면서 어떻게 변하는지를 계산하는 광학 모델과 AI를 결합했다. 연구팀은 이를 통해 한 번 촬영한 영상(빛의 세기를 측정)만으로 투명 물체의 모양과 두께는 물론 빛이 얼마나 산란됐는지, 물체가 어디에 있는지까지 동시에 알아내는 데 성공했다.
또 물체의 위치가 바뀌거나 산란층이 움직여 빛이 흐려지는 정도가 달라져도 별도의 학습 데이터 없이 안정적으로 작동했다.
장무석 교수는 “앞으로는 더 복잡한 환경에서도 안정적으로 작동하는 기술로 발전시켜 반도체 검사와 바이오 영상 등 다양한 분야에 활용할 계획”이라고 말했다.
이번 연구는 KAIST 바이오 및 뇌공학과의 김유선 석사과정과 송국호 박사과정이 공동 제1저자로 참여하고 장무석 교수가 교신저자를 맡았다. Optica에 7월 20일 자 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
