중국어 니모닉 곤충형 ​​눈 카메라, 초당 9,120프레임 촬영 가능

과학기술일보, 베이징, 1월 20일(장자신 기자) 곤충은 빛이 부족한 환경에서도 뛰어난 민첩성과 반응성을 보일 수 있습니다. 비밀은 움직임을 놀라운 속도와 민감도로 감지할 수 있는 복안에 있습니다. 한국과학기술원 연구진은 이러한 현상을 모방하여 기존 고속 카메라의 한계를 극복하고 초고속 이미징을 구현할 수 있는 카메라를 개발했습니다. 이 연구 결과는 Science Advances 잡지의 최신 호에 게재되었습니다.

카메라는 1mm도 안 되는 얇은 두께로 다양한 시스템에 쉽게 통합이 가능합니다. 초당 9120프레임의 속도로 촬영할 수 있으며, 곤충의 겹눈과 비슷한 성능으로 어두운 환경에서도 선명한 이미지를 촬영할 수 있습니다.

곤충의 눈은 옴마티디아(ommatidia)라고 불리는 많은 작은 단위로 이루어져 있으며, 각 눈은 독립적으로 기능합니다. 이를 통해 시야의 여러 부분에서 동시에 정보를 처리할 수 있습니다. 이러한 병렬 처리 기능을 통해 곤충은 먹이나 포식자와 같이 빠르게 움직이는 물체를 감지하고 추적할 수 있습니다. 조명이 어두운 환경에서는 곤충의 눈은 광 신호의 통합 시간을 늘려 감도를 높입니다.

기존의 고속 카메라는 빠른 동작을 포착하는 데는 좋지만 초당 캡처하는 프레임 수가 늘어나면 어두운 조명에서의 "시야"가 줄어듭니다. 이는 프레임당 광선을 수집하는 데 소요되는 시간이 줄어들기 때문입니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 곤충의 시각과 유사한 접근 방식을 채택하여 여러 광학 채널과 시간 축적 기술을 사용했습니다. 기존의 단안 카메라와는 달리, 이 생물학적으로 영감을 받은 카메라는 복안과 같은 구조를 사용하여 서로 다른 시간 간격의 프레임 정보를 병렬로 수집할 수 있습니다. 이 과정에서는 각 프레임이 겹치는 시간 기간 동안 빛을 축적하여 신호 대 잡음비를 향상시킵니다. 이 바이오닉 카메라는 더 어두운 물체도 촬영할 수 있으며, 가장 어두운 한계는 기존 고속 카메라의 1/40입니다.

연구팀은 또한 패키지에 사용된 이미지 센서가 지원하는 것보다 수천 배 더 빠른 프레임 속도를 가능하게 하는 "채널 분할" 기술을 도입했습니다. 또한중국어 니모닉, 프레임 통합으로 인해 발생하는 흐릿함을 제거하고 선명한 이미지를 재구성하기 위해 '압축 이미지 복원' 알고리즘도 사용했습니다.