일반 스마트폰 카메라로 3D 촬영…기술 기대할 만할까

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옵티머스 3D (출처 : LG전자)

2011년 LG전자가 출시한 스마트폰 ‘옵티머스 3D’는 3차원 콘텐츠에 최적화된 제품이다. 듀얼 카메라를 탑재해 3D 사진·영상 촬영이 가능하고 맨눈으로 3D 사진과 동영상을 볼 수도 있었다. 3D 콘텐츠를 만들고 시청하는 두 가지가 모두 가능한 것이다.

옵티머스 3D와 이듬해 출시된 후속작 ‘옵티머스 3D 큐브’에 탑재된 카메라에는 사람 눈과 같은 ‘스테레오 비전’ 원리가 적용됐다. 두 스마트폰의 뒷면에는 카메라 두 개가 일직선상에 배치돼 있다. 두 카메라의 화각과 센서는 동일하지만 위치가 약간 달라 센서마다 보이는 모습이 미세하게 차이 난다.

3D 촬영을 실행하면 두 카메라로 동시에 사진이나 영상을 촬영하고 소프트웨어를 통해 데이터를 합친다. 사이드 바이 사이드(SBS) 방식으로 3D 사진이나 영상을 만들 수 있다. 3D 촬영이 가능한 전문가용 카메라와 같은 구조를 채택했다.



3D 카메라 (출처 : 로모그래피)

이 방식은 사람 눈과 동일한 원리를 사용하므로 가장 자연스럽게 보인다. 하지만 카메라를 2개 탑재해야헤 원가가 2배 이상 오른다. 게다가 최신 트렌드에 적합한 구조도 아니다. 최근 스마트폰에는 초광각·일반·망원 등 다양한 화각의 카메라가 탑재되다 보니 같은 화각 카메라를 2개씩 넣기 어렵다. 3D 촬영이 가능한 특수 센서도 비싸기는 마찬가지라 일반 스마트폰에 탑재할 수 없다.

그렇다면 앞으로도 영영 스마트폰으로 3D 촬영이 불가능할까. 다행히 기존 2D 이미지 센서를 사용해 3D 촬영이 가능하게끔 도와주는 기술이 개발됐다.

지난 28일(현지시간) 스탠포드 대학 연구팀은 기존 이미지 센서가 빛을 3차원으로 볼 수 있게 하는 기술을 발표했다. 이를 통해 일반 카메라로 3D 콘텐츠 촬영이 가능하며, 센서에서 피사체까지 거리를 측정하는 데 활용할 수도 있다.

◆ 요즘 스마트폰에 거리 측정 기능 흔해…핵심은 ‘라이다’



레이저 라이다 기술 (출처 : 스코트)

최신 스마트폰으로도 피사체까지의 거리 측정이 불가능한 건 아니다. ‘라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)’ 센서를 탑재한 스마트폰은 거리 측정 기능을 지원한다. 라이다는 눈에 보이지 않는 레이저를 전방에 쏜 다음 물체에서 반사되는 빛을 측정해 거리와 움직임 여부를 파악하는 센서다.

라이다는 레이저가 맞은 부분의 거리만 측정 가능하다. 따라서 좁은 범위가 라이다의 단점이라고 할 수 있다. 반면 연구팀이 이번에 발표한 기술은 메가픽셀(MP, 100만 화소) 단위 해상도로 거리 측정이 가능하다. 이를 통해 이미지 센서에 맺히는 거의 모든 피사체의 거리를 동시에 측정할 수 있다.

◆ 신기술 소모 전력 크게 줄어, 양산화 기대할 만해

빛으로 거리를 측정하기 위해서는 빛을 매우 빠르게 켜고 끄는 변조기가 필요하다. 하지만 기존 방식 변조기는 스마트폰에 사용하기 너무 크고 소비 전력도 많아 적용하기 어려웠다.

연구팀은 투명 전극으로 코팅된 두 개의 니오브산리튬 웨이퍼를 사용해 음향 공명 현상으로 빛을 켜고 끄는 변조기를 개발했다. 웨이퍼에 전력이 공급되면 원자 구조의 격자 모양이 바뀌며 진동한다. 이 과정에서 빛이 켜고 꺼지는데, 전력에 따라 주파수가 규칙적으로 달라지므로 원하는 주파수대로 진동시키는 것도 가능하다. 연구팀은 이 변조기를 통해 가시광선뿐만 아니라 적외선도 사용할 수 있다고 덧붙였다.

연구팀이 개발한 기술의 최대 장점은 기존 이미지 센서에 접목할 수 있다는 점이다. 연구팀은 표준 CMOS 센서에 개량된 변조기를 추가 장착하는 것만으로 3D 치수를 데이터에 추가할 수 있다고 주장했다. 연구팀은 상용 디지털카메라에 변조기를 장착한 시제품 시스템을 구축한 결과 메가픽셀 해상도로 깊이를 인식할 수 있었으며 변조기를 구동하는 데 필요한 전력도 적었다고 밝혔다

연구팀은 향후 추가로 개선할 사항도 발표했다. 변조기를 작동하는 데 필요한 에너지양을 이번 기술에서 보고한 최저 수치의 10분의 1 수준까지 낮출 수 있다고 언급했다. 해당 기술의 개발과 양산화에 성공한다면 앞으로 일반적인 표준 이미지 센서를 장착한 스마트폰으로 3D 촬영과 공간 측정, 3D 시각화가 가능할 날도 머지않을 듯하다. 또한 해당 기술은 디지털카메라가 사용되는 항공기와 탐사선, 드론 등에도 적용할 수 있을 것으로 보인다.
[fv0012]

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