아주대, 지능형 머신 비전 기술용 신소자 개발

[이데일리 신하영 기자] 기계가 사람처럼 시각 정보를 인식하고 판별하는 지능형 머신 비전 기술에 활용할 신소자를 국내 연구진이 개발했다.

사진=아주대 제공

아주대는 서형탁(사진) 첨단신소재공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 28일 밝혔다. 이번 연구에는 아주대 대학원 에너지시스템학과의 모히트 쿠마(Mohit Kumar) 교수가 제1 저자로, 아주대 대학원 박사과정 당현민, 석사과정 배동현 학생이 공저자로 참여했다. 서형탁 교수는 교신저자를 맡았다.

머신 비전(machine vision)은 카메라·영상 처리 소프트웨어·인공지능(AI) 등을 활용해 기계가 사람의 눈처럼 시각 정보를 인식하고 수집해 판별하는 기술이다. 산업 현장에선 주로 사람 대신 제품을 측정하거나 불량품을 판별하는 데에 이 기술이 활용됐다. 최근에는 자율주행, 로봇, 보안, 방산, 의료 등 한층 복잡한 영상 판독이 필요한 분야로 활용 분야가 확장되고 있다.

머신 비전의 활용도를 높이려면 고해상도 이미지를 기록하는 광 이미지 센서와 영상 데이터의 빠른 신호처리가 필요하다. 이에 최근에는 모든 화상을 기록·처리하는 기존 광센서 시스템과 차별화되는 모션 이벤트 기반의 비전 센서가 주목받고 있다. 이는 모든 장면을 촬영해 정보를 처리하는 것이 아니라 유의미한 특정 픽셀만을 선택적으로 처리하는 방식이다.

아주대 연구팀은 정지 화면과 이동 피사체를 구분할 수 있을 뿐 아니라 정보 저장 시간의 조정 또한 가능한 광 감지 메모리 센서 개발에 나섰다. 이번에 개발된 광 감지 메모리 센서는 생체 망막과 같이 전압 조절을 통해 모션이 있는 화상을 정전형 전류 스파이크가 촉발한 단기 메모리(0.001초 이내) 형태로 저장한다. 그 외의 배경 정지 화상은 정적인 광전류로 출력해 구분할 수 있다.

연구팀의 광 감지 메모리 센서는 또한 인체 망막의 수평 세포와 말단 신경절 세포를 모사해 설계됐다. 수평 세포의 기능처럼 빛의 어두운 부분과 밝은 부분의 경계를 뚜렷하게 하는 측면 억제를 통해 광 감도나 색채 분류 등의 관련 기능을 향상시키고 노이즈를 억제함으로써 이미지 정보를 조정할 수 있는 단기 기억 기능을 갖게 한 것. 또한 말단의 신경절 세포처럼 이벤트 기반의 스파이크 신호를 발생시켜 데이터를 압축할 수 있도록 했다.

연구팀은 개발된 소자의 다중 출력 특성과 이벤트 발생 시에만 촉발되는 단기 메모리를 활용해 머신 비전 시스템을 구성했다. 그리고 이미지에 대한 적응형 학습을 통해 실제 측정된 영상에 이를 적용했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 주관하는 차세대지능형반도체기술개발사업 등의 지원을 받아 수행했으며 현재 특허 출원이 진행 중이다.

서형탁 교수는 “이번 연구는 기존 머신 비전 시스템의 데이터 병목현상 한계를 극복하기 위해 단일 칩으로 이벤트 기반 이미지 인코딩과 메모리 기반 지능형 프로세스를 구현한 최초의 사례”라며 “실리콘 접합 구조의 소자 구조를 구현해 양산 공정 적용이 가능하다”고 설명했다.