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슬롯사이트 꽁머니학교 융합전자공학부 정해준 교수 연구팀은 초박막 메타렌즈 기반의 인공지능 이미징 시스템을 개발했다고, 10일 밝혔다.

메타렌즈는 빛의 파장보다 작은 수십에서 수백 나노미터 크기의 구조물을 정밀하게 설계해 구현되며, 기존 스마트폰 카메라와 같은 광학기기의 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 작은 폼팩터와 우수한 성능으로 주목받는 기술이다. 그러나 기존 메타렌즈 기술은 좁은 대역폭, 색수차, 각도 수차, 대량 생산의 어려움 등 상용화 과정에서 다양한 한계에 직면해 있었다. 이를 해결하기 위해 정해준 교수 연구팀은 대량 생산된 메타렌즈와 이를 보완하는 맞춤형 이미지 복원 인공지능(AI) 기술을 결합한 초박막형 이미징 시스템을 개발했다.

본 연구에서 사용된 양산형 메타렌즈는 파장에 따라 초점거리가 달라지는 복잡한 이미지 열화 특성을 가진다. 이는 가시광선 대역에서 풀컬러 이미징을 구현할 때 일부 파장에서 초점이 맞지 않아 색상 왜곡과 이미지 흐림 같은 심각한 이미지 품질 저하를 초래한다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 메타렌즈로 인해 발생하는 위치 의존적 이미지 열화를 보정할 수 있는 이미지 복원 AI 기술을 개발했다. 특히, 이미지의 위치 정보를 활용하고 생성 모델의 학습에 지도학습 방식을 보조적으로 결합하는 새로운 접근법을 제안했다. 연구 결과, 개발된 메타렌즈 이미징 시스템은 색수차와 각도수차 복원에서 뛰어난 성능을 보였으며, 객체 탐지 성능 또한 크게 향상됐다. 이 기술은 드론, 자율주행차, 스마트폰 등 부피 제한이 중요한 다양한 응용 분야에서 활용 가능성이 클 것으로 기대된다.

정해준 교수는 “이번 연구는 메타렌즈와 인공지능을 결합해 풀컬러 이미징의 가능성을 제시한 중요한 성과”라며, “추후 연구에서는 메타렌즈 이미징과 인공지능 프로세싱을 온디바이스 AI(on-device AI) 형태로 구현하는 것을 목표로 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

해당 논문 “Deep-learning-driven end-to-end metalens imaging”은 국제 학술지 「Advanced Photonics」(피인용지수 20.6, 광학 분야 상위 2.9%)에 게재되며 높은 학술적 가치를 인정받았다. 또한, 본 연구 결과는 CES 2025에 출품되어 XR 분야와 Mobile Device 분야에서 각각 혁신상을 수상했으며, 해외 주요 3개국에 특허를 출원하는 성과를 거두었다.

이번 연구에는 슬롯사이트 꽁머니학교 인공지능학과 서준혁 석사과정, 융합전자공학과 조재강 박사과정, 인공지능 반도체공학과 강준호 석박통합과정 학생이 공동 제1저자로 참여했으며, 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀(김주훈 박사 공동 제1저자)이 공동 교신저자로 협력했다.