잉크젯 프린팅 휴대용 다중분광 3D 라이트필드 카메라, 첨단 이미징 응용 열다

Optica, 워싱턴 D.C.

연구자들이 잉크젯 프린팅으로 라이트필드 카메라의 다중분광 버전을 만들었습니다. 손바닥에 들어오는 이 3D 카메라는 자율주행, 재활용 물질 분류, 원격 감지 같은 응용에 유용할 수 있습니다. (이미지: Maximilian Schambach, 카를스루에 공과대학)

연구자들은 잉크젯 프린팅을 사용해 컴팩트한 다중분광 라이트필드 카메라 버전을 만들었습니다. 손바닥에 들어오는 이 카메라는 자율주행, 재활용 물질 분류, 원격 감지 등 많은 응용에 유용할 수 있습니다.

3D 스펙트럴 정보는 물체와 물질 분류에 유용할 수 있지만, 장면에서 3D 공간 및 스펙트럴 정보를 캡처하려면 일반적으로 여러 장치나 시간이 많이 소요되는 스캔 프로세스가 필요합니다. 이 새로운 라이트필드 카메라는 3D 정보와 스펙트럴 데이터를 단일 스냅샷에서 동시에 획득해 이 과제를 해결합니다.

"우리가 아는 한, 이것은 다중분광 라이트필드 카메라의 가장 진보되고 통합된 버전입니다."라고 독일 카를스루에 공과대학의 연구팀 리더 Uli Lemmer는 말합니다. "우리는 깊이와 장면의 스펙트럴 특성을 재구성하기 위한 새로운 AI 방법과 결합해 3D 정보 획득을 위한 첨단 센서 시스템을 만들었습니다."

Optics Express 저널에서 연구자들은 새로운 카메라와 이미지 재구성 방법이 장면의 물체들을 스펙트럴 특성에 기반해 구별하는 데 사용될 수 있다고 보고합니다. 잉크젯 프린팅으로 카메라의 핵심 광학 구성요소를 만들면 쉽게 맞춤화하거나 대량 생산할 수 있습니다.

"카메라 이미지에서 재구성된 3D 데이터는 가상 및 증강현실, 자율주행차, 로보틱스, 스마트홈 기기, 원격 감지 및 기타 응용에서 광범위하게 사용되고 있습니다."라고 연구팀 멤버 Michael Heizmann은 말합니다. "이 새로운 기술은 예를 들어 로봇이 인간과 더 잘 상호작용하거나 재활용에서 물질 분류와 분리의 정확도를 높이는 데 도움을 줄 수 있습니다. 잠재적으로 건강한 조직과 병든 조직을 분류하는 데도 사용될 수 있습니다."

라이트필드 카메라는 플렌옵틱 카메라라고도 하며, 빛 광선의 방향과 강도를 캡처하는 특수 이미징 장치입니다. 이미지 획득 후 계산적 처리를 통해 획득된 데이터에서 3D 이미지 정보를 재구성합니다. 이 카메라들은 일반적으로 고해상도 카메라 칩의 픽셀과 정렬된 마이크로렌즈 어레이를 사용합니다.

다중분광 라이트필드 카메라를 만들기 위해 연구자들은 잉크젯 프린팅으로 초박형 현미경 슬라이드 한 면에 각 개별 렌즈를 형성하기 위해 단일 방울의 소재를 증착한 다음, 현미경 슬라이드 반대 면에 완벽하게 정렬된 컬러 필터 어레이를 프린팅했습니다. 결과 광학 구성요소는 CMOS 카메라 칩에 직접 통합되었습니다. 잉크젯 프린팅 방식은 광학 구성요소 간 정밀한 정렬을 가능하게 하여 제조 복잡성을 크게 줄이고 효율성을 높였습니다.

이 설정이 스펙트럴 및 깊이 정보를 카메라 이미지에 얽혀서 생성하기 때문에, 연구자들은 각 구성요소를 분리하는 방법을 개발했습니다. 딥러닝 기반 접근법이 획득된 측정값에서 원하는 정보를 직접 추출하는 데 가장 효과적이었습니다.

"다중분광 라이트필드 카메라 제작이라는 과제를 해결하는 것은 제조, 시스템 설계, AI 기반 이미지 재구성의 최근 발전을 결합함으로써만 가능했습니다."라고 논문 제1저자 Qiaoshuang Zhang은 말합니다. "이 작업은 높은 정밀도와 산업적 확장성을 가진 다재다능한 방법인 잉크젯 프린팅의 경계를 광학 소자 제조에 밀어붙였습니다."

연구자들은 서로 다른 거리에 있는 다색 3D 물체를 포함하는 테스트 장면을 기록해 카메라를 테스트했습니다. 이미지 재구성 알고리즘은 많은 합성 및 실제 다중분광 이미지로 훈련되고 테스트되었습니다. 결과는 프로토타입 카메라가 3D 공간 및 스펙트럴 정보를 동시에 획득할 수 있고, 서로 다른 물체들이 단일 스냅샷 내에서 서로 다른 스펙트럴 구성과 깊이 정보로 이미징되고 구별될 수 있음을 보여줍니다.

이제 첫 개념 증명을 완료했으므로, 연구자들은 다중분광 정보를 획득할 수 있는 라이트필드 카메라가 유용할 수 있는 다양한 응용을 탐구하고 있습니다.

자세한 정보는 이메일로 문의하세요.