나비에서 영감을 받은 광학 기술로 카메라 성능 혁신적 향상 연구 발표
Seoul펜실베이니아 주립대학교 공과대학의 연구진이 카메라 성능을 개선하는 새로운 광학 장치인 메타표면을 개발했습니다. 이 메타표면은 일반 카메라에 추가할 수 있으며, 색상과 편광 세부 정보를 동시에 캡처할 수 있도록 합니다.
이 새로운 메타표면은 전통적인 초분광 및 편광 카메라와 비교하여 작고 가벼우며 저렴합니다. 전통적인 카메라는 크고 비쌉니다. 이 메타표면은 단지 3mm x 3mm 크기로, 카메라의 렌즈와 센서 사이에 쉽게 장착할 수 있습니다. 이 발전 덕분에 일반 카메라에도 첨단 영상 기술을 추가할 수 있어 일상 사용자부터 다양한 분야의 전문가들까지 폭넓게 활용할 수 있게 되었습니다.
이 혁신적인 기술의 주요 특징은 다음과 같습니다:
- 일반 카메라에 부착 가능한 초박형 메타표면
- 분광 및 편광 데이터를 동시에 포착
- 작고 가벼운 디자인
- 머신 러닝 프레임워크를 통한 실시간 데이터 해석
- 헬스케어, 소매업 등 다양한 분야에 응용 가능성
새로운 메타표면과 함께 작동하는 기계 학습 시스템이 개발되었습니다. 이 시스템은 데이터를 즉시 해독하며, 데이터 증강 방법을 사용하여 180만 개의 이미지로 학습되었습니다. 이를 통해 초당 28프레임의 속도로 이미지를 처리할 수 있습니다. 연구진은 이동 중인 이미지와 정지된 이미지를 모두 자세한 하이퍼스펙트럼 및 편광 정보와 함께 캡처하여 시스템의 성능을 입증했습니다.
이 기술은 다양한 분야에서 매우 유용할 수 있습니다. 의학 분야에서는 조직의 매우 정밀한 이미지를 생성할 수 있어, 의사들이 암과 같은 질병을 조기에 발견하는 데 도움을 줍니다. 현재의 의료 영상 도구보다 더 정밀한 이미지를 제공하므로 의사들이 질병을 진단하는 데 효과적인 방법을 제공합니다.
일상에서 이 향상된 카메라 기술은 식료품점에서 음식의 품질을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 고객들은 신속하게 사진을 찍어 신선한 농산물의 상태를 파악하고 최고 품질의 제품을 고를 수 있습니다. 이러한 카메라는 일반적인 눈으로는 볼 수 없는 것들을 감지하여 사람들의 구매 결정을 돕습니다.
이 기술은 환경 모니터링, 보안, 원격 감지와 같은 분야에 변화를 가져올 수 있습니다. 예를 들어, 환경 과학자들은 이 기술을 활용하여 보통 카메라로는 볼 수 없는 오염물질이나 식물 건강의 변화를 보다 효과적으로 추적할 수 있습니다.
이 새로운 기술은 기존의 카메라를 업그레이드하여 다양한 분야에서 더욱 강력한 이미징을 가능하게 합니다. 첨단 광학 기술과 기계 학습을 활용하여 더욱 정밀하고, 상세하며 사용하기 쉬운 이미징 솔루션을 제공합니다.
연구는 여기에서 발표되었습니다:
http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adp5192및 그 공식 인용 - 저자 및 저널 포함 - 다음과 같습니다
Lidan Zhang, Chen Zhou, Bofeng Liu, Yimin Ding, Hyun-Ju Ahn, Shengyuan Chang, Yao Duan, Md Tarek Rahman, Tunan Xia, Xi Chen, Zhiwen Liu, Xingjie Ni. Real-time machine learning–enhanced hyperspectro-polarimetric imaging via an encoding metasurface. Science Advances, 2024; 10 (36) DOI: 10.1126/sciadv.adp5192
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