고양이처럼 훤히 보인다…밤눈 밝은 카메라 기술 개발

이번 연구 결과는 '사이언스 어드밴시스' 9월호에 표지논문으로 선정됐다. /사진=GIST

국내 연구팀이 어두운 밤에도 물체를 구분하는 능력이 뛰어난 고양이의 눈 구조를 모방해 새로운 인공 시각 시스템을 개발했다. 기존 카메라의 한계를 보완해 자율주행 자동차, 드론, 감시 로봇 등에 적용할 수 있을 것으로 보인다.

GIST(지스트·광주과학기술원)는 송영민 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀이 김대형 서울대 화학생물공학부 교수 연구팀과 함께 고양이 눈 구조를 그대로 모방한 동그란 형태의 생체 모방 카메라를 만들었다고 23일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 표지 논문으로 선정돼 지난 18일 온라인 게재됐다.


'로봇 비전 시스템'은 주변 환경을 인식하고 탐색하는 시각 시스템을 말한다. 로봇의 '눈' 역할을 하기 때문에, 들어오는 빛의 양과 상관없이 지속적으로 물체와 배경을 명확히 구분할 수 있도록 하는 게 비전 시스템의 핵심이다.

연구팀은 자연계에 존재하는 동물의 독특한 시각 구조에서 영감을 받아 새로운 비전 시스템을 개발했다.

고양이과 동물의 동공은 수직으로 길쭉하며, '휘판'이라는 특수 구조를 갖고 있다. 휘판은 망막에 있는 조직층으로, 일종의 반사판 역할을 한다. 적은 빛까지 반사하기 때문에 어두운 곳에서도 사물을 잘 볼 수 있게 한다. 고양이 눈이 어두운 곳에서 빛나는 것도 휘판 때문이다.

고양이 눈의 구조적 및 기능적 특징 /사진=GIST

연구팀은 이같은 자연계 원리를 카메라에 적용했다. 먼저 고양이의 수직형 동공을 모방해 기존 원형 조리개가 아닌 수직형 조리개를 제작했다. 수직형 동공은 거리에 따라 대상 물체와 배경을 선명하게 구분해 인지한다는 특징이 있다. 또 어두운 환경에서도 충분히 빛을 받아들일 수 있는 은 소재의 휘판을 시각 시스템에 적용했다.

그 결과 연구팀이 제작한 카메라 렌즈는 특정한 거리만큼 떨어져 있는 물체를 선명하게, 거리가 다르게 설정된 물체를 배경으로 처리했다. 이를 통해 대상 물체와 배경을 명확히 구분할 수 있게 됐다. 또 은 휘판 덕분에 빛의 흡수 효율이 기존보다 52% 증가해, 어두운 밤에도 물체를 더 선명히 포착할 수 있었다.

연구를 이끈 송 교수는 "고양이의 수직 동공과 휘판 구조를 모사한 고감도 인공 시각 시스템"이라며 "다양한 조명 환경에서도 하드웨어 자체로 물체를 인지하는 능력을 높였기 때문에 별도의 후처리 작업이 필요하지 않다"고 했다. 그러면서 "향후 자율주행 자동차, 드론, 감시 로봇 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업 및 세종과학펠로우십, 기초과학연구원(IBS) 기초과학연구원외부연구단 및 메가프로젝트의 지원을 받아 수행됐다.

연구팀이 고양이 눈에서 영감을 받아 개발한 시각 시스템을 이미지화한 사진 /사진=GIST