초(울트라) 고속 카메라를 이용하면 산란된 빛으로 숨겨진 물체의 이미지를 찍을 수 있다. 군사용 혹은 산업용으로 응용될 수 있다.

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벽 뒷면의 물체를 볼 수 있다면 움직이는 부품이 있는 기계 속처럼 위험하거나 접근이 불가능한 경우, 혹은 오염이 심판 지역에 매우 유용할 것이다. MIT 대학 캠브리지 캠퍼스 과학자들이 이 같은 방법을 보여준다.

카메라에서 레이저 펄스를 숨겨진 물체가 있는 뒤쪽의 벽으로 발사하면, 벽면과 숨겨진 물체, 그리고 카메라 사이를 산란된 빛이 왕복하게 된다. 왕복 시간의 작은 차이를 이용하여 숨겨진 물체의 이미지를 촬영할 수 있다. 카메라는 50 펨토초(1000조분의 1초, 10-15초)의 레이저 펄스를 위치를 바꿔 가면서 60회 발사, 숨겨진 물체의 모습을 파악하게 된다.

이번 연구를 수행한 MIT 미디어연구소 라메쉬 라스카(Ramesh Raskar)에 의하면 음파의 메아리처럼 ‘빛의 메아리’를 이용하는 것이라고 한다.

보통의 카메라는 카메라 앞에 놓인 물체만을 촬영할 수 있다. 빛이 직접 닿지 않는 곳에 있는 숨겨진 물체로부터 산란된 빛은 너무 퍼져서 카메라의 센서에 닿더라도 유용한 정보를 줄 수 없다.

하지만 새로운 장치는 이 같은 문제를 초(울트라) 고속으로 처리하여 해결한다. 그야말로 개별 광자가 카메라에 닿는데 걸리는 시간을 이용하는 것이다. 이 정보는 연구팀의 안드레아스 벨튼이 생각해 낸 이미지 재구성 알고리즘을 통해서 해독된다.

산란을 이용한다

대부분의 초(울트라) 고속 이미지 기술은 산란된 빛의 영향을 완화시키기 위한 목적으로 이용되는데, 센서에 도착하는 최초의 광자에만 집중하는 것이다. 그러나 라스카에 의하면 연구팀은 실질적으로 '산란된' 빛을 이용한다.

카메라는 정말로 초(울트라) 고속이라는 명성에 걸맞다. 이미지를 매 2 피코초(1조분의 1초, 10-12초) 단위로 기록할 수 있는데, 이 시간이면 빛이 단 0.6 밀리미터 진행할 수 있다. 따라서 카메라는 각 광자가 1 밀리미터 이내로 여행한 거리를 기록할 수 있는 것이다.

기술적으로 커다란 하나의 도전은 같은 거리를 여행한 광자들이 숨겨진 물체에 부딪힌 다음, 원래의 카메라 쪽 발사된 위치로 돌아오면 이들로부터 정보를 뽑아내는 것이다.

컴퓨터는 서로 다른 레이저 위치에서 생성된 이미지들을 비교함으로써 이 복잡한 문제를 극복하여, 물체가 있을 법한 위치를 계산해 낸다. 같은 레이저 발사 위치에서 숨겨진 물체의 서로 다른 곳에 부딪혀 돌아온 광자들이 같은 장소로 올 수 있는데, 그 경로는 다른 레이저 발사점과는 차이가 날 것이다. 라스카는 전반적인 수학적 기법이 엑스레이 시티 촬영에서 사용되는 단층 촬영 방법과 비슷하다.

현재 전체 프로세스는 수 분(分)이 걸리지만, 연구원들은 앞으로 10초 이내로 단축하려 한다.

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