우리 학교 물리학과 박용근 교수가 일반 카메라에서 3D 홀로그래픽 이미지를 복원할 수 있는 기술을 개발했다고 지난달 23일에 밝혔다. 
 

빛을 '저장'하는 홀로그래피 기술

홀로그래피 기술은 빛의 진폭뿐만 아니라 위상 정보도 측정할 수 있는 기술이다. ‘홀로그래픽’이라는 단어는 이렇게 빛의 정보를 완전하게 ‘저장’할 수 있다는 뜻에서 파생되었다. 빛의 온전한 정보를 획득할 수 있기 때문에 이를 카메라 기술에 접목시킨다면 물체로부터 산란된 빛의 정보를 이용하여 초점이 흐려진 상태로 얻은 빛의 정보도 빛의 전파(propagation)를 통해 선명한 상태로 복원할 수 있다. 
 

간편하게 이용할 수 있는 홀로그래픽 카메라 개발

일반적 카메라와는 달리 홀로그래픽 카메라는 촬영이 된 이후에도 광학 초점을 변경할 수 있다. 그뿐만 아니라 물체로부터 산란된 빛의 진폭과 위상을 모두 측정할 수 있기 때문에 물체의 3D 정보를 얻을 수 있다. 이런 홀로그래픽 카메라의 고유한 기능은 3D 영상 시스템 및 홀로그래픽 디스플레이 또는 가상 현실 기술과 함께 사용하여 현실감을 향상시킬 수 있다. 

기존에 널리 사용되어왔던 홀로그래픽 카메라에는 물체의 위상 정보를 얻기 위해 빛의 간섭을 이용하여 빛을 분석하는 간섭계를 사용해 왔다. 하지만 간섭계를 사용하기 위해서는 복잡한 광학 시스템을 갖추어야 하며, 진동이나 난류 같은 열악한 주변 환경에 많은 영향을 받는다는 단점이 있었다. 반면, 간섭계를 사용하지 않는 홀로그래피 기술은 참조광(reference beam)을 사용하지 않아, 더 간단하고 안정적인 광학 시스템의 구현을 가능케 한다. 

이에 따라 간섭계를 이용하지 않는 홀로그래피 기술이 각광받게 됐다. 하지만 그 방법들도 입사광의 복잡한 변조를 요구하거나 산란을 많이 일으키는 물체의 정보는 측정하기 어렵다는 등의 제약이 있었다. 하지만 박 교수의 이번 연구는 카메라에 빛의 일부를 막는 단순한 모양의 마스크를 더하는 간단한 방식으로 홀로그래피 카메라를 실현했다. 이 마스크는 알루미늄 판을 절삭해 만든 것으로 특별한 공정이 필요하지 않고 모양에도 특별한 제약이 없어, 생산과 이용에 간편함을 더한다. 
 

무궁무진한 활용 가능성

간단한 마스크 하나로 홀로그래픽 이미지를 만들어낼 수 있는 이 혁신적인 연구의 1저자인 오정훈 박사는 이 연구의 최대 의의가 복잡한 산란체와 같은 광학적 모듈을 사용하지 않는 ‘간단함’이라며 이 기술은 일상생활에서 비전문가가 손쉽게 사용할 수 있음을 강조했다. 그 예로 촬영 시에 초점을 정확히 맞추어 찍을 필요가 없도록 하여 편의성을 제공할 수 있다는 점을 언급하기도 했다. 

홀로그래픽 카메라는 일상생활에서의 활용 외에도 기존의 감지 기술을 대체할 수 있는 높은 잠재력을 가지기도 했다. 항공 및 군사 분야에서의 홀로그램 측정은 안테나 패턴, 레이더 경보 수신기의 방출 특성, 그리고 군사 지형 탐사 정보를 분석하는 데에 활용될 수 있다. 대기 난류, 진동 및 기계적 불안정성이 있는 경우에도 원격 물체의 3D 정보를 재구성할 수 있기 때문에 열악하거나 역동적인 환경에서도 신뢰성 높은 정보를 얻을 수 있다. 

후속 연구를 통해 한 쌍의 렌즈가 사용된 이 연구와는 달리, 렌즈 없이 빛의 전파만으로도 더 간단하게 홀로그래픽 카메라를 구현할 수 있다는 가능성도 있어, 누구나 손쉽게 홀로그래픽 카메라를 사용할 수 있는 시대가 기대된다. 

오 박사는 끝으로 연구를 하는 과정에서 겪는 고난과 역경들에 쉽게 무너지지 않기 위해서는 본인의 연구를 사랑하는 마음과 끈기 있는 자세가 중요함을 언급했다.