홀로그램 영화를 녹화하는 1픽셀 카메라

새로운 카메라 구성은 단일 픽셀로 3차원 영상을 녹화할 수 있습니다. 더욱이, 이 기술은 가시광선 영역 밖의 영상은 물론 조직을 투과한 영상도 얻을 수 있습니다. 고베 대학교의 이번 개발은 홀로그램 비디오 현미경의 새로운 지평을 열었습니다.

홀로그램은 신용카드, 전자 제품 또는 지폐에 붙인 보기만 즐거운 안전 스티커로만 사용되는 것이 아니라, 센서와 현미경 분야에서도 과학적 응용 분야가 있습니다.

전통적으로 홀로그램은 기록하기 위해 레이저가 필요했지만, 최근에는 주변광이나 샘플에서 나오는 빛으로 홀로그램을 기록할 수 있는 기술이 개발되었습니다.

이를 달성할 수 있는 두 가지 주요 기술이 있습니다. 하나는 "FINCH"라고 불리는 기술로, 동영상을 녹화할 수 있을 만큼 빠른 2D 이미지 센서를 사용하지만 가시광선과 방해받지 않는 시야로 제한됩니다. 다른 하나는 "OSH"라고 불리는 기술로, 1픽셀 센서를 사용하고 산란 매체와 가시광선 스펙트럼 밖의 빛을 통해 녹화할 수 있지만 실제로는 움직이지 않는 물체의 이미지만 녹화할 수 있습니다.

고베 대학의 응용 광학 연구원인 요네다 나루는 두 세계의 장점을 결합한 홀로그램 기록 기술을 만들고자 했습니다.

OSH의 속도 제한이라는 약점을 해결하기 위해 그와 그의 팀은 고속 "디지털 마이크로미러 장치"를 사용하여 홀로그램을 기록하는 데 필요한 패턴을 물체에 투사하는 장치를 구축했습니다.

"이 기기는 22kHz로 작동하는 반면, 기존 기기는 60Hz의 화면 주사율을 사용합니다. 이는 노인이 느긋하게 산책하는 속도와 일본 고속철도를 달리는 속도 차이와 같습니다."라고 요네다는 설명합니다.

고베 대학 연구팀은 Optics Express 저널에 개념 증명 실험 결과를 발표했습니다.

그들은 자신들이 만든 장치가 움직이는 물체의 3D 이미지를 기록할 수 있을 뿐만 아니라, 빛을 산란시키는 물체(정확히는 쥐의 두개골)를 통해 홀로그램 영상을 기록할 수 있는 현미경도 제작할 수 있다는 것을 보여주었습니다.

물론, 초당 1프레임이 조금 넘는 프레임 속도는 여전히 상당히 낮은 수준이었습니다.

하지만 요네다와 그의 팀은 계산을 통해 이론상 최대 30Hz의 프레임 속도를 얻을 수 있음을 보여주었는데, 이는 표준 화면 프레임 속도입니다.

이는 "스파스 샘플링"이라고 불리는 압축 기술을 통해 달성되는데, 이는 항상 그림의 모든 부분을 기록하지 않음으로써 작동합니다.

그렇다면 이러한 홀로그램을 어디에서 볼 수 있을까요? 요네다는 이렇게 말합니다. "산란 매질 뒤에서 움직이는 물체를 시각화할 수 있기 때문에 최소 침습적 3차원 생물학적 관찰에 적용될 것으로 예상합니다. 하지만 아직 극복해야 할 과제들이 있습니다. 샘플링 지점 수와 이미지 품질을 높여야 합니다. 이를 위해 현재 샘플에 투사하는 패턴을 최적화하고, 딥러닝 알고리즘을 사용하여 원시 데이터를 이미지로 변환하는 작업을 진행하고 있습니다."

본 연구는 가와니시 기념 신메이와 교육재단, 일본 학술진흥회(연구비 20H05886, 23K13680), Agencia Estatal de Investigación(연구비 PID2022-142907OB-I00), 유럽 지역 개발 기금, 그리고 발렌시아 주정부(연구비 CIPROM/2023/44)의 지원을 받아 수행되었습니다. 본 연구는 하우메 I 대학교 연구진과의 협력을 통해 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250521125102.htm