디지털 사진은 렌즈를 통해서 들어온 빛과 외부의 상을 광학 정보를 전기 신호로 변환해 주는 이미지센서에 저장이 됩니다. 따라서 렌즈도 중요하고 이미지센서도 중요합니다. 그럼에도 사용해보면 디지털카메라 쪽은 렌즈가 사진 결과물에 큰 영향을 주는 걸 알 수 있습니다.
반면 소형 카메라 또는 스마트폰은 렌즈 보다는 이미지센서가 더 중요합니다. 그럼에도 렌즈도 무시 못합니다.
이렇게 작은 칩이 카메라 모듈입니다. 저 안에 렌즈와 이미지센서와 손떨방인 액츄에이터도 들어가 있습니다.
정말 조막만한 크기에 이 모든 것이 들어가 있습니다. 이 분야에서 가장 뛰어난 기술을 가진 회사가 삼성전자와 소니입니다. 두 회사는 이미지센서를 아주 잘 만들죠. 그리고 그 앞을 구성하는 렌즈, 액추에이터 같은 걸 넣어서 카메라 모듈로 만드는 회사가 삼성전기와 LG 이노텍입니다. LG 이노텍은 애플 아이폰 카메라 모듈 납품 업체로 유명하죠.
그런데 렌즈를 사용하지 않고 고화질 이미지를 촬영할 수 있는 이미짓네서가 개발되고 있네요.
코네티컷 대학에서 만들고 있는 렌즈 없는 카메라
코네티컷 대학의 생물의학, 생물공학 혁신센터 소장인 '구오앙 젠'이 이끄는 연구팀이 이미징에 대해서 재정의 할 수 있는 새로운 혁신적인 기술을 선보였습니다.
이 기술은 이벤트 호라이즌 텔레스코프(EHT)가 블랙홀 촬영을 가능케한 기술인 합성 개구 촬상법을 이용합니다. 먼저 이벤트 호라이즌 텔레스코프(EHT)가 궁금하실텐데 이 이벤트 호라이즌 텔레스코프(EHT)는 전 세계에 분포되어 있는 전파망원경의 위치의 차이인 위상차를 이용해서 멀리 있는 피사체를 전파로 촬영하는 기술입니다.
연구팀이 개발한 이 기술을 MASI 즉 멀티 스케일 개구 합성 이미저라는 기술입니다. 이 기술을 이용하려면 다중 광학 센서를 물리적으로 완전히 동기화해야 하는데 나노미터 수준의 정확도가 필요로 합니다.
MASI는 각 센서가 개별적으로 빛을 측정하고 이걸 계산하는 알고리즘으로 돌리면서 데이터를 동기화 합니다. 위 이미지는 MSAI를 사용해서 촬영한 총알 표면 이미지입니다.
쉽게 말해서 카메라로 여러장의 사진을 촬영한 후 이걸 합성해서 고해상도 이미지를 만드는 것과 같습니다.
렌즈로 빛을 집광하지 않고 광파를 포착해서 사용하기에 렌즈가 필요 없다
기존 카메라는 광학 도구인 렌즈로 외부의 상과 빛을 집광합니다. 그러나 이 MASI는 렌즈를 사용하지 않고 상단에 배치된 코드화 센서 어레이를 붙인 후에 물체에 전파를 쏴서 돌아오는 광파를 잡아낸 후 이걸 계산 알고리즘을 사용해서 빛을 이미지로 만들어 냅니다. 이후 위상 동기화 기술을 통해서 좀 더 구체적이고 정확한 모습을 구현합니다.
즉 이전의 카메라는 렌즈를 이용했다면 이 MASI는 파동장을 이용해서 물체를 파악하고 소프트웨어 기술로 최적화하는 기술입니다. 기존 광학 렌즈의 색수차나 회절 한계나 여러 광학 기술의 한계를 극복할 수 있습니다. 또한 렌즈 없이 고해상도 이미지를 만들 수 있습니다.
또한 몇 cm 떨어진 위치에서 마이크로 레벨의 해상도의 이미지를 만들 수도 있습니다. 예를 들어 책상 건너편의 인간의 머리카락의 미세한 모습도 담을 수 있습니다. 이 기술은 촬영 카메라 쪽보다는 산업용 의학용으로 사용될 것으로 보이네요.
