과학기술정보통신부(이하 과기정통부)와 한국연구재단(이하 연구재단)은 1일, 2023년 2월 ‘이달의 과학기술인상’ 수상자로 광주과학기술원(이하 광주과기원) 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수를 선정했다고 밝혔다. 이달의 과학기술인상은 매달 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 기여한 연구자를 1명 선정하여 수여한다. 수상자는 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 받게 된다.

과기정통부와 연구재단은 송영민 교수가 농게 눈을 모방한 새로운 카메라를 개발하여 시스템 반도체의 핵심 기술인 이미징 센서와 자율주행자동차, 가상현실기기 등에 필요한 영상기술 발전에 기여한 공로를 인정하여 송 교수를 이달의 과학기술인상 수상자로 선정했다고 밝혔다.

최근 스마트폰, 자율주행자동차, 내시경카메라 등 다양한 분야에서 초소형 광각 카메라에 대한 수요가 증가하고 있다. 하지만 폭발적인 수요 증가에도 불구하고 광각 카메라는 크기와 성능 면에서 큰 발전을 이루지 못하고 있다.

기존의 광각 카메라에 쓰이는 렌즈광학계(어안렌즈)는 넓은 화각(카메라로 포착할 수 있는 화면의 시야각)을 확보하기 위해 7~13매의 렌즈를 겹쳐 사용하기 때문에 부피도 커지고 영상에 왜곡이 발생하는 문제가 있다. 또한 기존 광학계로는 180도가 넘는 화각을 확보하기 어렵다. 최근 개발된 360도 화각 카메라는 일반적으로 두 대 이상의 카메라에서 얻은 영상을 합쳐야 한다는 한계가 있다.

송영민 교수는 이와 같은 단점을 극복하기 위해 한번에 아주 넓은 곳을 볼 수 있는 동물을 찾다가 갯벌에 사는 농게(fiddler crab)를 떠올렸다. 농게는 ‘게 눈 감추듯 먹는다.’라는 속담에 나오는 그 게이다. 송 교수는 연구 아이디어를 얻기 위해 평소에도 전자공학 논문 외에 생물 관련 논문을 종종 읽으며 동물의 눈 관련 도서도 갖고 있다고 전했다.

송 교수팀이 개발한 360도 전방위 수륙양용 카메라는 농게의 겹눈 구조를 모사해 만들었다. 농게의 눈은 아주 작은 홑눈들이 모인 겹눈 구조이며 앞으로 튀어나와 있어 전방위 360도를 동시에 볼 수 있다. 또한 서식지인 갯벌에 최적화되어 있어 물속이든 물 밖이든 선명한 시야를 확보할 수 있다. 연구팀은 이를 모사하여 360도 파노라마 영상 촬영이 가능하고 수륙양용으로 사용할 수 있는 카메라를 개발했다.

송 교수팀은 농게 홑눈이 표면은 넓고 평평하지만 내부는 곡률과 굴절률이 서서히 바뀌는 구배형이기 때문에 물속과 물 밖에서 항상 초점이 맞는다는 사실을 발견하고 이를 본따 구배형 렌즈를 제작했다.

또한 카메라 개발 시 편평 구배형 렌즈를 이미지 센서와 결합하고 렌즈와 포토다이오드로 구성된 광학시스템을 사용했다. 다이오드는 전류를 한쪽으로는 흐르게 하고 반대쪽으로는 흐르지 않게 하는 정류작용을 하는 전자 부품인데 포토다이오드는 그중에서도 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 다이오드이다. 연구팀은 이 광학시스템을 2cm 크기의 공 모양 구조물에 모아서 왜곡 없이 영상 촬영이 가능한 카메라 개발에 성공했다.

송영민 교수는 “궁극적으로 ‘시각 혁명’을 이루고 싶다. 이미지 센서와 렌즈의 결합으로 이루어진 단순한 카메라를 넘어서서 동물의 눈처럼 능동적으로 반응할 수 있고 스스로 판단할 수 있는 카메라, 그리고 환경에 따라 맞춤형으로 구성될 수 있는 카메라를 만들고 싶다.”라며 포부를 밝혔다.

농게 눈을 본따 만든 송 교수의 카메라는 앞으로 자율주행, 가상현실과 메타버스, 보안·정찰 분야 등에 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.