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[IT뉴스][T나는 과학] "사진이 왜 번지지?" 궁금했다면..그건 "각도 때문이야"

온카뱅크관리자

2026-02-13 10:47:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">보도기사</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="WRpmU1hD7k">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f9b155633344c9ab34d81bdd03c45036eace86cbefbbdf1acd494bb0977d9689" dmcf-pid="YeUsutlwzc" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="AI가 생성한 나노포토닉 이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/13/551724-22lyJQR/20260213104220525xmln.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="QZeIz3vm3w" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/13/551724-22lyJQR/20260213104220525xmln.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            AI가 생성한 나노포토닉 이미지
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="c619c9c923048a730e676c54f62aa65223a7ebc504538e240310747a930c2325" dmcf-pid="GduO7FSrzA" dmcf-ptype="general">
           <br>
           <div>
            ◆ 빛이 번지는 휴대전화 카메라
            <br>
            <br>우리가 매일 들고 다니는 스마트폰은 '전통적인' 카메라의 역할도 대신하고 있습니다. 기술이 워낙 발전해 멀리있는 피사체를 100배까지 가까이 당겨 찍을 수도 있다고 하니 카메라에 대한 필요성을 크게 느끼지 못하는 것도 현실입니다.
            <br>
            <br>하지만 이 스마트폰 카메라의 치명적인 단점이 하나 있는데, 렌즈가 너무 작다는 겁니다. 스마트폰 카메라는 렌즈에 빛을 하나로 모아 사진을 찍는 방식으로 작동합니다. 
            <br>
            <br>하지만 카메라 속 픽셀이 너무 작아지면서 렌즈만으로는 빛을 충분히 모으기 어려워졌습니다. 그래서 등장한 게 나노포토닉 컬러 라우터(Nanophotonic Color Router)입니다. 
            <br>
            <br>렌즈로 빛을 모으는 전통적인 방식 대신 눈에 보이지 않을 만큼 작은 구조를 이용해 들어온 빛을 색깔별로 정확히 나누는 기술입니다. 빛이 지나가는 길을 설계해, 빛을 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 정밀하게 나누는 메타물질 기반 기술입니다. 
            <br>
            <br>실제 이 기술은 삼성전자가 '나노 프리즘(Nano Prism)'이라는 이름으로 이미지 센서에 적용하며, 상용화 가능성을 이미 보여준 바 있습니다. 이론적으로도 매우 미세한 나노 구조를 여러 층으로 쌓으면, 빛을 더 많이 모으고 색을 더 정확히 나눌 수 있다는 점이 알려져 있습니다.
            <br>
            <br>하지만 이 '나노포토닉 컬러 라우터'에도 한계가 있었습니다. 빛이 정면에서 들어올 때는 잘 작동했지만, 스마트폰 카메라처럼 빛이 비스듬히 들어오는 상황에서는 색이 섞이거나 성능이 크게 떨어지는 겁니다. 이러한 문제는 ‘사선 입사(oblique incidence) 문제'라고도 하는데, 실제 제품에 적용하기 위해 반드시 해결해야 할 과제로 꼽혀 왔습니다.
           </div>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2a5bc96ab47b49004297d4eb7cfd12d603d7bcc5db76abbc03e8c7566025e7a0" dmcf-pid="HobSKuYCuj" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="문제 해결을 위해 나선 국내 연구진" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/13/551724-22lyJQR/20260213104220690ifza.jpg" data-org-width="533" dmcf-mid="xnilbUWI7D" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/13/551724-22lyJQR/20260213104220690ifza.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            문제 해결을 위해 나선 국내 연구진
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="a13629987ef409af38b817d003f689eaca469b9f824d65cf62f5507274991933" dmcf-pid="XgKv97Gh7N" dmcf-ptype="general">
           <div>
            ◆ "문제의 원인은 각도"
            <br>
            <br>국내 연구진이 이 문제 해결의 실마리를 찾았습니다. 
            <br>
            <br>KAIST(총장 이광형) 전기및전자공학부 장민석 교수 연구팀은 한양대학교(총장 이기정) 정해준 교수 연구팀과 함께, 빛의 입사각이 달라져도 안정적으로 색을 분리할 수 있는 이미지 센서용 메타물질 기술을 개발한 겁니다. 이게 무엇이고, 어떻게 해결한 걸까요?
            <br>
            <br>연구팀은 먼저 왜 이런 문제가 생기는지부터 살펴봤습니다. 그 결과, 기존 설계들이 빛이 '수직'으로 들어오는 조건에만 맞춰 지나치게 최적화돼 있어, 입사 각도가 조금만 달라져도 성능이 급격히 나빠진다는 점을 확인했습니다. 
            <br>
            <br>하지만 스마트폰 카메라는 우리가 자유자재로 사진을 찍는 과정에서 다양한 각도의 빛을 받아들이기 때문에, 각도가 달라져도 성능을 유지하는 것이 무엇보다 중요합니다.
            <br>
            <br>이에 연구팀은 사람이 직접 구조를 설계하는 대신, 컴퓨터가 가장 좋은 구조를 스스로 찾도록 하는 '역설계(inverse design)' 방식을 적용하기로 결정했습니다. 
            <br>
            <br>자동 미분과 경사 하강 최적화를 기반으로, 설계 단계에서 입사각 변화를 체계적으로 고려한 나노포토닉 컬러 라우터 역설계 알고리즘을 제안한 건데, 쉽게 말하면 빛이 들어오는 각도가 달라져도 안정적으로 색을 나눌 수 있는 컬러 라우터 구조를 도출한 겁니다.
            <br>
            <br>&lt;자동 미분&gt;: 계산 그래프를 따라 연쇄 법칙을 체계적으로 적용해, 수치 오차 없이 정확한 미분값을 자동으로 계산하는 기법. 수치 미분처럼 근사에 의존하지 않고, 심볼릭 미분처럼 복잡한 수식을 생성하지 않으면서도 고효율·고정확도의 기울기 계산이 가능. 대규모 최적화 문제와 인공지능, 역설계 알고리즘에서 핵심적으로 활용됨.
            <br>
            <br>&lt;경사 하강 최적화&gt;: 목적 함수의 기울기(gradient)를 계산해, 함수값이 감소하는 방향으로 변수를 반복적으로 갱신하며 최적해를 찾는 최적화 기법. 고차원 문제에서도 효율적으로 적용할 수 있어 머신러닝과 물리 기반 역설계에 널리 사용됨.
           </div>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a8db60add28fffcc9053f4ee504e161fc4bdc55e3da26d93fca88950df1faada" dmcf-pid="Za9T2zHlFa" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt='[T나는 과학] "사진이 왜 번지지?" 궁금했다면..그건 "각도 때문이야"' class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/13/551724-22lyJQR/20260213104220842bxoo.jpg" data-org-width="427" dmcf-mid="yGwtR8UZuE" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/13/551724-22lyJQR/20260213104220842bxoo.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            [T나는 과학] "사진이 왜 번지지?" 궁금했다면..그건 "각도 때문이야"
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="dcbd63386d1c08b17afdb621dcbe9634c4bc4466c2f0810cc3111616a76c361b" dmcf-pid="5N2yVqXSFg" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <p><br></p>
            <br>입사각도로부터 자유로운 나노포토닉
            <br>
            <br>
           </div>
           <div>
            ◆ 어떠한 각도라도 자유롭게
            <br>
            <br>그 결과 기존 구조는 빛이 약 12도만 기울어져도 제 기능을 거의 하지 못했지만, 새롭게 설계된 구조는 ±12도 범위에서도 약 78%의 광효율을 유지하며 안정적인 색 분리 성능을 보였습니다. 실제 스마트폰 사용 환경에서도 충분히 활용할 수 있는 수준입니다.
            <br>
            <br>연구팀은 또 메타물질의 층 수나 설계 조건, 제작 과정에서 발생할 수 있는 오차까지 고려해 성능 변화를 분석하고, 입사각 변화에 얼마나 강건할 수 있는지 그 한계도 체계적으로 정리했습니다.
            <br>
            <br>카메라의 물리적 한계를 넘어선 구조 혁신으로, 이 기술이 상용화되면 스마트폰은 더욱 얇아지면서도, 어떠한 각도와 밝기에 상관 없이 또렷하고 자연스러운 색의 사진을 구현할 수 있을 것으로 기대됩니다. 현실적인 이미지 센서 환경을 반영한 컬러 라우터 설계 기준을 제시했다는 점에서 의미가 크다고 할 수 있겠네요.
            <br>
            <br>KAIST 전재현 학사과정생과 박찬형 박사과정생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 성과는 국제 학술지‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials)’에 1월 27일 자로 게재됐습니다.
            <br>※ 논문명: Inverse Design of Nanophotonic Color Router Robust to Oblique Incidence, DOI: https://doi.org/10.1002/adom.202501697
            <br>※ 저자: 전재현(KAIST, 제1저자), 박찬형(KAIST, 제1저자), 허도영(KAIST), 정해준(한양대), 장민석(KAIST, 교신저자)
           </div>
          </div>
          <p contents-hash="1392073f07085aa52dd780cc1b6baafa2a527a6ce8895d205e63f6639a3b6cb1" dmcf-pid="1jVWfBZvUo" dmcf-ptype="general">(사진=KAIST) </p>
          <p contents-hash="2d024a8d2ef844b2a9c14e0cbab0aee9643b03087de5ab2b74a477f969cad68f" dmcf-pid="tAfY4b5TzL" dmcf-ptype="general">조형준 취재 기자 | brotherjun@tjb.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © TJB </p>

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