KAIST, 안개 속 투명 물체 선명히…복원기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 안개나 불투명한 막처럼 빛을 심하게 흩뜨리는 환경 속에서도 한 번의 촬영만으로 뒤편에 가려진 투명 물체의 형태, 두께, 위치를 동시에 선명하게 복원하는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 장무석 교수 연구팀이 두 개의 움직이는 산란층 사이에 완전히 가려진 위상 물체(유리, 세포 등 빛의 세기는 유지하고 미세한 위상 변화만 일으키는 투명 물체)를 한 번만 찍어 정확히 복원하는 ‘단일 촬영 위상 영상’ 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

기존 기술은 산란층이 움직이면 빛의 경로가 계속 바뀌어 대상을 여러 번 촬영하거나, 수많은 학습 데이터를 AI에 미리 훈련시켜야만 했다.

연구팀은 대물렌즈로 빛을 한곳에 모으는 ‘점조명(Focused Illumination)’ 방식을 적용해 첫 번째 산란층 뒤쪽에 공간적 결맞음 영역을 형성함으로써 이 문제를 극복했다.

이어 연구팀은 물리 법칙을 바탕으로 빛의 역추적 경로를 계산하는 광학 모델과 AI를 결합했다.

사전에 정답 사진을 학습하지 않고도 한 장의 빛 세기 측정 영상으로부터 물체의 위상, 산란 흐림 커널, 전파 거리를 동시에 추정해 내는 데 성공했다.

실험 결과 제안 기술의 위상 구조 상관계수는 0.523을 기록해 기존 방식보다 월등히 높은 정밀도를 입증했다. 또 최소 선폭 8.77마이크로미터(57 line pairs/mm)까지 뚜렷하게 식별해 냈다.

장무석 교수는 “빛이 심하게 흐트러지는 환경에서도 한 번의 촬영으로 투명 물체의 모양과 위치를 복원한 첫 사례”라며 “향후 시야 확대와 반사형 광학계 확장을 통해 반도체·디스플레이 투명 부품 정밀 검사와 바이오 영상 분야에 널리 활용되도록 발전시키겠다”고 설명했다.