인간 뇌 닮은 AI 이미지 센서 개발

극단적인 밝기 변화 속에서도 별도의 보정 없이 안정적으로 얼굴을 인식할 수 있는 차세대 이미지 센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 뇌 신경 구조에서 착안한 강유전체 기반 소자를 활용해 빛의 감지부터 기록, 처리까지 센서 내에서 일체적으로 구현한 성과다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 송영민 교수(한국과학기술원)와 강동호 교수(광주과학기술원) 공동연구팀이 강유전체 광소자를 활용한 ‘뉴로모픽 비전’ 이미지 센서를 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 자율주행차, 스마트 로봇, 보안 시스템 등에서 환경 제약 없이 활용될 수 있을 전망이다.

기존 CMOS 이미지 센서는 각 픽셀의 신호를 개별적으로 처리하는 구조로, 밝기가 급격히 변할 때 과노출이나 저조도 문제를 피하기 어렵다. 특히 낮과 밤, 실내·외 전환 등에서는 후처리 보정이 필수적이라는 한계가 있었다.

연구팀은 신경세포와 아교세포의 상호작용을 모사한 강유전체 광트랜지스터를 설계해 이러한 문제를 해결했다. 강유전체의 분극 상태를 조절하면 빛 정보를 장시간 유지하면서 선택적으로 증폭·억제할 수 있어, 소프트웨어 보정 없이도 대비 향상, 밝기 보정, 노이즈 억제가 가능하다. 이 덕분에 학습데이터 재구성이나 재학습 없이도 낮밤·실내외 환경을 가리지 않는 얼굴 인식이 구현됐다.

또한 해당 소자는 합성곱 신경망(CNN) 기반 AI 알고리즘과도 높은 호환성을 보여, 기존 딥러닝 비전 처리 체계와 쉽게 결합될 수 있다.

송영민 교수는 “이번 연구는 전기적 메모리 소자로 주로 사용되던 강유전체 소자를 뉴로모픽 비전과 인-센서 컴퓨팅으로 확장한 것”이라며, “향후 빛의 파장·편광·위상까지 정밀하게 처리하는 차세대 비전 시스템으로 발전시킬 계획”이라고 말했다.