포스텍, 얼굴인식 핵심 '점구름 생성기술' 초경량으로 구현하는 기술 개발

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노준석 포스텍 교수
<노준석 포스텍 교수>

얼굴인식 핵심기술인 '점구름(Point Cloud) 생성기술'을 초경량·초소형으로 구현할 수 있는 기술이 개발됐다.

포스텍은 노준석 기계공학과/화학공학과 교수팀과 청웨이추 싱가포르 국립대 교수팀, 궈싱쪙 중국 우한대학교 교수팀과 공동으로 스크램블링 메타표면을 이용해 점구름 생성기술을 300나노미터(㎚) 초경량으로 구현하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

최근 애플은 사용자 얼굴을 바탕으로 자신을 닮은 나만의 이모지를 만들 수 있는 미모지 기술을 선보였다. 사용자의 얼굴과 머리 길이, 특징을 쏙 빼닮은 이모지를 만드는 이 기술의 핵심은 점구름 생성기술이다. 복잡하고 부피가 큰 스캐닝 시스템때문에 작은 장치로 만들기 어려웠다.

점 구름 기술은 마치 폭죽처럼 빛을 쏘면 일정 위치를 중심으로 모든 방향으로 빛을 뿌리고 뿌려진 빛은 4044개 점(빛 알갱이)으로 흩어져 주변 물체에 닿고 센서가 주변을 입체적으로 인식하는 원리다. 4차 산업혁명 시대 가장 주목받는 기술이다.

점구름생성메타표면.a. 랜덤 점 구름 생성 기술을 이용한 3차원 센싱 기술 b. 점 구름 생성 기술을 이용한 얼굴 인식 기술 c. 실리콘 나노 막대기 구조로 이루어진 스크램블링 메타표면 모식도 d. 제작된 샘플 광학 실험 모식도 e. 시뮬레이션 결과(위)와 실험 결과(아래)가 일치해 점구름이 생성된 모습
<점구름생성메타표면.a. 랜덤 점 구름 생성 기술을 이용한 3차원 센싱 기술 b. 점 구름 생성 기술을 이용한 얼굴 인식 기술 c. 실리콘 나노 막대기 구조로 이루어진 스크램블링 메타표면 모식도 d. 제작된 샘플 광학 실험 모식도 e. 시뮬레이션 결과(위)와 실험 결과(아래)가 일치해 점구름이 생성된 모습>

점 구름 기술은 '회절광학소자'와 '라이다 기술'이 사용된다. 회절광학소자는 소자의 깊이 조절을 통해 회절 효과를 만들어 내기 때문에 제작 공정에 어려움이 있다. 라이다 기술도 복잡하고 부피가 큰 스캐닝 시스템 때문에 장치 소형화가 어려웠다.

연구팀은 '스크램블링 메타표면'이라는 새로운 개념을 개발했다. 메타물질은 빛의 파장보다 작은 두께를 갖는 실리콘 나노 막대기 구조들로 구성돼 있는데 각각 나노 막대기마다 점 구름 생성에 필요한 정보를 담고 있다.

이렇게 정밀하게 만들어진 메타표면에 레이저 빔을 쏘면 메타표면에서 폭탄이 터지는 것처럼 들어온 방향을 포함한 모든 방향으로 빛이 흩어져 물체를 입체적으로 인식할 수 있게 된다.

스크램블링 메타표면은 파장의 절반 두께이기 때문에 평면에 가까운 작은 소자에 탑재할 수 있어, 파노라마 카메라, 얼굴 인식 카메라, 증강·가상현실 등 기능을 갖춘 스마트폰이나 스마트시계 등 스마트기기 소형화에 기여할 수 있다.

노준석 교수는 “실리콘 메타표면을 이용해 전 방향으로 빛을 흩을 수 있는 점 구름 생성 기술을 세계 최초로 구현했다”면서 “초경량·초소형 3차원 센싱을 바탕으로 다양한 기기에 활용할 수 있고, 모션 캡쳐를 이용한 엔터테인먼트 기기개발에도 응용할 수 있다”고 말했다.

이 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 전략공모사업, 선도연구센터(ERC)사업 광기계기술센터, 글로벌프론티어사업 파동에너지극한제어연구단과 글로벌박사펠로우십의 지원으로 수행됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com