하이퍼 스펙트럼 카메라는 측정 대상물의 3차원 정보를 얻을 수 있다. 2차원의 위치 정보와 측정 대상물의 화상 화소마다 얻은 스펙트럼 데이터가 3차원 정보다. 일반적인 근적외선 카메라로는 얻을 수 없는 정보다.

하이퍼 스펙트럼 이미징 데이터는 3차원으로 '데이터 큐브'라고 부른다. 하이퍼 스펙트럼 카메라는 모델에 따라 획득할 수 있는 분광 파장 영역이 다르므로 대상에 따라 최적의 카메라를 선택해야 한다. 

하이퍼 스펙트럼 카메라에 정작하는 '비냉각형 하이퍼-스펙트럼 영상 카메라 센서 연구' 관련 논문을 소개하고자 한다.

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 차세대반도체연구소 광전소재연구센터 송진동 책임연구원(jdsong@kist.re.kr)이 수행한 'UV/가시광/근적외선/중적외선 [0.2~3um]대역 수광용 반도체 센서 소재 기술 및 파장 결합을 통한 새로운 정보 추출 기술'이다.

◇ 연구 목표... 광대역 영상·파장 신호 의 AI기반 새로운 영상 정보 추출 기술 개발

Si 및 III-V 화합물반도체 기반 나노구조 광센서와 다채널 광학 필터를 결합해 광대역 영상·파장 신호 의 인공지능(AI) 기반 새로운 영상 정보 추출 기술을 개발하고자 한다.

◇ 연구 배경 및 필요성... 군사·과학·산업적으로 유용한 자외선(UV) 파장 활용

Si 소재는 가시광에서 1마이크로미터(μm) 정도의 파장 대역에서 영상 센싱이 가능하고 대한민국은 충분한 산업기술을 보유하고 있다.

Si 소재는 규소(Silicon)를 기반으로 한 다양한 산업용 소재로 내구성·내화학성·투명성 등이 우수해 전자, 에너지, 건축 등 여러 분야에서 활용된다. 

그러나 군사·과학·산업적으로 유용한 자외선(UV) 파장 및 3μm 영역의 적외선 파장 대역은 드론(Drone), 대공 미사일용 군사용 센서, 대전차·대공 미사일 대응 센서 등에 사용된다.

또한 피부암 확인용 의료용 센서, 농작물 생육 파악을 위한 농업환경 센서, 재난·재해상 발생하는 위험 가스 센서, 미세먼지·배기가스 추적 센서, 식품 표면 유독물 추적 센서 등으로 새롭게 그 응용을 넓혀 가고 있다.

국내에 안정된 소재의 선행 저율 생산 기반을 제공하기 위해 연구를 진행했다.

◇ 연구내용 및 결과... 상온에서 동작하는 1.1~3μm 센서 개발

상온에서 동작하는 1.1~3μm 센서의 개발 및 필터 그리고 이를 기존의 Si 센서와 융합하는 연구를 수행하고 있다. 상기 센서와 다채널 필터를 연계하고 이를 이미지 합성하는 연구를 진행 중이다.

▲ 비냉각형 하이퍼-스펙트럼 영상 카메라 센서 연구 [출처=한국과학기술연구원]
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