‘안갯속 유리물체’도 찍어낸다··· 광학장비 한계 극복 기술 등장

KAIST는 두 개의 움직이는 산란층 사이에 숨은 투명 물체를 한 번의 촬영만으로 복원하는 기술을 개발했다. [사진=카이스트]

[이뉴스투데이 김진성 기자] 유리 등 투명한 물체는 형상을 알아보기 쉽지 않다. 더구나 안개나 연기 등으로 시야가 제한되면 문제가 한층 심각해진다. 반도체·디스플레이용 투명 부품은 그 위치나 형태를 정확하게 파악하지 못하면 전체적인 산업 공정 효율이나 치 저하로 이어질 수 있으며, 생명체 속 일부 투명조직의 형태를 파악하는 일은 의료계의 치료 성공률 상승으로 이어질 수 있다.

장무석 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과 교수팀은 두 개의 움직이는 산란층(안개처럼 빛을 흩뜨리는 층) 사이에 있는 위상 물체(유리나 투명한 비닐 등)를 한 번의 촬영만으로 복원하는 단일 촬영 위상 영상(Single-shot Phase Imaging) 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 

연구진은 위상 물체의 경우 빛이 물체를 통과하면서 생기는 극히 미세한 변화를 인공지능((AI)를 이용해 분석해 물체의 형태와 광학적 두께까지 분석하는데 성공했다. 

문제는 위상 물체를 관측할 때 항상 최상의 조건에서 확인하기 어렵다는 점이다. 산란층을 거친 빛은 경로가 계속 변화해 물체의 정보를 정확히 얻기 어렵다. 연구팀은 빛이 심하게 흩어지는 환경에서도 위상 물체의 모양과 두께, 위치를 동시에 복원했다. 빛을 한곳에 집중시켜 첫 번째 산란층을 통과한 빛이 물체의 정보를 최대한 안정적으로 담도록 했다. 이후 빛이 물체와 산란층을 통과하면서 어떻게 변하는지를 계산하는 광학 모델을 개발해 AI에 적용했다.

이 기술을 적용한 결과 투명 물체의 모양과 두께는 물론, 빛이 얼마나 산란됐으며 물체가 어디에 있는지 까지 한 번의 촬영만으로 알아낼 수 있었다. 또 물체 위치가 바뀌거나 산란층이 움직여도 별도의 학습 데이터 없이 안정적으로 확인이 가능했다. 다양한 산란 환경에서 기존 기술보다 물체의 경계와 세부 구조를 더 선명하게 복원할 수 있게 된 것이다.

장무석 교수팀은 이 기술을 적용해 기존 광학 장비로는 검사하기 어려웠던 다양한 위상 물체를 여러 가지 상황에서 한층 안정적으로 파악할 수 있으로 기대하고 있다. 세포 손상 없는 바이오 영상 촬영, 차세대 광학 센서 개발 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

장 교수는 “앞으로는 더욱 복잡한 환경에서도 안정적으로 작동하는 단일 촬영 위상 영상 기술을 연구해 나갈 것”이라며 “반도체 검사와 바이오 영상 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.