구강 스캐닝 '3차원'으로 구현하는 휴대용 카메라 개발

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KAIST 바이오 및 뇌공학과 정기훈 교수팀이 3차원 구강 스캐닝에 적합한 휴대형 라이트필드 카메라를 개발했다. 연구팀이 설계한 라이트필드 카메라 기반의 구강 스캐너는 치과 치료를 위해 석고 등으로 치아 및 구상조직 형태 모형을 만드는 인상채득(Impression)을 디지털 방식으로 간편하게 수행할 수 있다.

<사진: 기사참고용 pixabay>

기존 구강 스캐너는 큰 크기와 낮은 정확도 때문에 사용 빈도가 낮다. 따라서 소형화해 적용 범위를 넓히고 손움직임에 의한 흔들림을 개선할 필요가 있다. 라이트필드 카메라 (light-field camera)는 마이크로렌즈 어레이(microlens arrays, 수십에서 수백 마이크로미터 정도 직경의 미세렌즈를 배열하여 만든 광학 소자)를 이미지센서 앞에 배치해 들어오는 빛의 방향을 구분한다. 이러한 특징 덕분에 한 번의 촬영으로 3차원 광학 이미지를 획득할 수 있는 데다 구조도 간단해 초소형 제작이 가능하다.

연구팀은 3차원 구강 스캐닝을 위해 주 렌즈, 고체 잠입 마이크로렌즈 어레이, 이미지센서 등을 이용한 흔들림이 없는 초소형 고심도 라이트필드 카메라 (deep focus light-field camera)를 설계하고 제작했다.

여기서 핵심은 마이크로렌즈의 초점거리를 저굴절률의 고분자 코팅으로 향상한 고체 잠입 마이크로렌즈다. 이러한 마이크로렌즈로 제작된 라이트필드 카메라는 피사계 심도가 높아 손떨림에도 둔감하고, 적은 촬영으로도 3차원 영상정보를 쉽게 획득할 수 있다. 연구팀은 구강 모형과 라이트필드 카메라를 이용해 높은 정확도의 3차원 구강 스캐닝이 가능하다는 것을 확인했다.

정기훈 교수는 “개발한 카메라는 구강 스캐닝 뿐만 아니라 내시경, 현미경 같은다양한 바이오·의료분야는 물론생체 내 3차원 이미징,3차원 산업용 검사장비에 활용될 것”이라고 밝혔다.

해당 연구 결과는 국제 학술지 에이피엘 바이오엔지니어링(APL Bioengineering)에 게재됐다.

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휴대용 라이트필드 카메라 개발

고분자 코팅으로 향상한 고체 잠입 마이크로렌즈