경북대학교는 김학린 전자공학부 교수팀이 일반 LED·백색광과 같은 비간섭성 광대역 광원 환경, 즉 일상적으로 사용하는 조명 환경에서도 고품질 풀컬러 디지털 홀로그램(3D 정보) 영상을 구현할 수 있는 새로운 광학 설계를 제시했다고 19일 밝혔다.
홀로그래피는 밝기뿐 아니라 빛의 위상(phase) 정보까지 기록, 촬영 이후에도 초점 조절과 깊이별 3차원 영상 재구성이 가능한 차세대 이미징 기술이다. 다만 기존 디지털 홀로그래피는 대부분 레이저와 같은 간섭성이 높은 광원에 의존해 장비가 크고 복잡하고, 스페클(speckle) 등 광잡음이 유발되며, 형광등이나 LED 조명이 있는 실내 공간과 같은 실제 환경에서는 활용에 한계가 있다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 사분파장판(QWP) 기반의 기하위상(GP) 광학소자 설계를 적용했다. 기존 반파장판(HWP) 기반 구조에서는 색과 파장에 따라 여러 파면이 동시에 간섭해, 풀컬러 영상 재구성 과정에서 노이즈와 왜곡이 발생하는 문제가 있었다.
반면 사분파장판은 빛이 지나갈 때 위상 관계를 홀로그래픽 간섭에 요구되는 이중 파면만으로 제공, 여러 색의 빛이 섞인 상황에서도 간섭 패턴을 매우 안정적으로 유지할 수 있다. 연구팀은 이 특성을 활용해 기준이 되는 빛은 유지하면서, 영상 형성에 필요한 간섭만 측정 대상 객체의 3차원 깊이 정보가 선택적 반영될 수 있도록 설계했다.
그 결과, 빨강·초록·파랑(RGB) 전 채널에서 영상 정보가 안정적으로 유지됐으며, 색 채널별 노이즈와 왜곡이 크게 줄었다. 정량적 영상 품질 분석에서도 기존 방식 대비 개선 효과가 뚜렷하게 확인됐다. 또한 별도의 능동 제어 장치 없이도 동영상 프레임 수준의 풀컬러 3차원 영상 구현이 가능해, 소형·경량·저비용 시스템으로의 적용 가능성을 제시했다.
김학린 교수는 “이번 성과는 레이저 없이도 일상적인 실내 조명 환경에서 휴대형 3차원 이미징 장치 구현의 가능성을 보여준 것이다. 향후 XR·3D 디스플레이용 실세계 영상 획득은 물론, 광학 검사와 의료 영상 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구의 제1저자는 이재원 박사(현 ETRI 소속 연구원), 교신저자는 김학린 교수, 공동저자는 ETRI 홍기훈 박사와 최기홍 박사이며, 한국연구재단의 미래디스플레이전략연구실지원사업과 과학기술정보통신부·정보통신기획평가원의 홀로-TV 핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 최근 세계적 광학 저널인 '옵토 일렉트로닉 어드밴시스(Opto-Electronic Advances)'에 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
