레이저 없이도 ‘3D 홀로그램’ 구현…경북대 연구팀, 일상 조명서도 고품질 영상 성공

[아이뉴스24 이창재 기자] 경북대학교 연구진이 레이저가 아닌 일반 조명 환경에서도 고품질 3차원(3D) 홀로그램 영상을 구현할 수 있는 새로운 광학 설계를 제시했다.

경북대 전자공학부 김학린 교수 연구팀은 LED나 백색광과 같은 비간섭성 광대역 광원, 즉 일상적으로 사용하는 실내 조명 아래에서도 풀컬러 디지털 홀로그래피 영상을 구현하는 기술을 개발했다고 19일밝혔다.

홀로그래피는 빛의 밝기뿐 아니라 위상(phase) 정보까지 함께 기록해 촬영 이후에도 초점 조절과 깊이별 3차원 영상 재구성이 가능한 차세대 이미징 기술이다.

그러나 기존 디지털 홀로그래피는 대부분 레이저와 같은 간섭성이 높은 광원에 의존해 장비가 크고 복잡하며, 스페클(speckle) 같은 광학 잡음이 발생하는 한계가 있었다. 특히 형광등이나 LED 조명이 있는 실제 생활 공간에서는 활용이 어려웠다.

연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 사분파장판(QWP) 기반의 기하위상(Geometric Phase) 광학소자를 적용한 새로운 설계를 제안했다.

기존 반파장판(HWP) 구조에서는 색과 파장에 따라 여러 파면이 동시에 간섭해 풀컬러 영상 재구성 과정에서 노이즈와 왜곡이 발생했지만, 사분파장판을 활용하면 홀로그래픽 간섭에 필요한 이중 파면만 안정적으로 형성할 수 있다.

이를 통해 여러 색의 빛이 섞인 환경에서도 간섭 패턴이 안정적으로 유지되며, 측정 대상의 3차원 깊이 정보만 선택적으로 반영되도록 구현했다. 실험 결과 빨강·초록·파랑(RGB) 전 채널에서 영상 정보가 안정적으로 유지됐고, 색 채널별 노이즈와 왜곡이 크게 줄어든 것으로 확인됐다. 정량적 영상 품질 분석에서도 기존 방식 대비 뚜렷한 개선 효과가 나타났다.

또한 별도의 능동 제어 장치 없이도 동영상 프레임 수준의 풀컬러 3차원 영상 구현이 가능해 소형·경량·저비용 시스템으로의 적용 가능성도 제시했다.

김학린 교수는 “레이저 없이도 일상적인 실내 조명 환경에서 휴대형 3차원 이미징 장치 구현 가능성을 보여준 성과”라며 “향후 XR, 3D 디스플레이용 실세계 영상 획득은 물론 광학 검사와 의료영상 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구의 제1저자는 이재원 박사(2025년 2월 경북대 졸업, 현 한국전자통신연구원), 교신저자는 김학린 교수이며, 공동저자로 한국전자통신연구원 홍기훈 박사와 최기홍 박사가 참여했다.

연구는 한국연구재단 미래디스플레이전략연구실지원사업과 과학기술정보통신부·정보통신기획평가원의 홀로-TV 핵심기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 광학 분야 국제 학술지 ‘옵토 일렉트로닉 어드밴시스(Opto-Electronic Advances)’ 1월호에 게재됐다.