KAIST VCLAB(Visual Computing Lab.)의 연구 목표는 인공지능(AI) 기반 ‘최첨단 3차원 영상 기술’을 개발하는 것입니다. 본 연구실은 각종 카메라 광학 및 영상 측정 시스템 설계에서부터 3차원 영상 복원 및 인식용 AI 알고리즘까지 3차원 영상처리 기술의 총괄적인 개발을 수행하고 있습니다. 이를 통해 국내외 산업에서 필요한 인공지능의 ‘눈’ 역할을 하는 시스템 개발을 목표로 합니다. 주요 분야는 크게 3가지입니다. 첫째, 고품질/고해상도의 3차원 영상을 정확하게 측정하고 복원하여 3차원 형태를 인식하는 하드웨어 시스템 및 인공지능 소프트웨어를 개발합니다. 둘째, 파동광학 압축영상 기술 등의 새로운 영상 신기술을 응용하여, 비가시/비시선 영상 정보들을 획득하는 영상 신기술을 개발합니다. 예를 들면, 인공지능과 광학 기술을 결합하여 눈에 보이지 않는 비가시 스펙트럼 정보들을 고해상도로 복원하는 초분광 카메라가 있습니다. 셋째, 자율주행 및 메타버스 구현을 위한 실시간 전방위 3차원 영상 기술을 개발합니다. 본 기술을 활용하면 GPU 기반 임베디드 시스템에서 실시간으로 전방위 색상 및 거리 정보를 고정밀도로 획득할 수 있습니다.

□ 3D 이미징 시스템

최근 메타버스의 등장으로 3차원 영상기술의 중요성이 각광 받고 있습니다. 3차원 영상기술은 현실세계를 컴퓨터 속의 가상세계로 가지고 들어오는 핵심 기술이기도 합니다. 3차원 영상기술은 각종 산업용 비전검사 장비 시스템으로도 널리 쓰이고 있으며, 예를 들면, 반도체 소자들의 불량 유무, 전기/전자 회로 기판의 불량 유무, 각종 가전제품 외관의 불량 유무 등을 검출하기 위해 필수적으로 사용되고 있는 기술이기도 합니다. 본 연구실에서는 특수 구조의 광학계를 설계하고 빛의 물리적인 특성(편광/분광/회절 등)을 이용하여 정확하게 3차원 및 외형 정보를 계측하고, 인공지능/기계학습 알고리즘을 적용하여 물체 형태의 외형 정보를 정확하게 측정/인지하는 시스템을 개발하고 있습니다. 또한 메타버스의 핵심이 되는 가상의 디지털 휴먼을 재현하기 위한 초고해상도 3차원 스캐닝 시스템을 개발하고 있으며, 최근 휴대용 모바일 기기들을 이용한 각종 3차원 영상기술도 세계 최우수 학회에 소개해 오고 있습니다(그림1 참조).

    

□ 초분광 이미징 스템

기존의 카메라 기술은 사람의 눈으로 볼 수 있는 가시광선 영역대의 영상을 R/G/B 세 개 채널의 컬러 영상으로만 측정할 수 있었습니다. 초분광 영상기술이란 지금까지 눈으로 볼 수 없었던 비가시 파장 영역대의 영상을 측정하고, 물체의 파장별 반사특성들을 측정하는 영상 기술을 말합니다. 본 연구실에서는 압축 영상 기술과 인공지능이 결합된 하드웨어/소프트웨어를 개발하고 있으며, 최근 세계 최초로 파동광학 기반의 진보된 초분광 영상 시스템까지 선보이기도 했습니다. 현재 인공지능 기술과 첨단 영상광학 기술을 결합한 신기술을 집중적으로 개발하고 있으며, 기존의 영상 시스템보다 탁월한 정확도를 자랑하는 인공지능 기반 초분광 영상 시스템도 개발 중입니다. 본 연구실은 다수의 최우수저널/학회 논문 및 해외특허를 보유하고 있습니다(그림2 참조).

    

□ 실시간 전방위 3차원 영상 기술

최근 자동차/로봇의 자율주행 기술에 대한 관심이 증대하고 있습니다. 360° 전방위 3차원 영상을 실시간에 획득하는 기술은 자율주행에 있어서 빼놓을 수 없는 필수적인 영상 기술입니다. 본 연구실에서는 어안/양안 등 다양한 카메라 구조를 개발해 3차원 환경정보를 실시간에 획득할 수 있는 기술들을 개발해오고 있으며, 이는 여러 각도에서 촬영되는 어안렌즈 영상을 실시간에 하나의 360° 영상으로 복원하고 동시에 물체와의 거리정보를 매우 정확하게 획득하는 기술입니다. 이는 자율주행뿐 아니라, 메타버스 가상세계 구현에도 필수적으로 요구되는 기술이기도 합니다. 또한 최근에는 복굴절 광학과 인공지능 기술을 접목하여 단안 카메라에서 양안 스테레오 및 고정밀도 깊이 정보를 획득하는 기술 또한 소개하기도 했습니다.