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1. 서론
지난 수십 년 동안 생물의 눈의 특성을 모방한 다양한 기술들이 개발되고 있으며, 최근에는 사람 눈의 시각적 기능을 고도화하기 위한 기술들이 개발되고 있다(그림 1). 사람의 눈은 1) 초점거리를 조절할 수 있고, 2) 저수차로 고해상도 이미지를 측정할 수 있으며, 3) 외부의 빛의 세기에 따라 적응하는 기능이 있고(시각적 순응), 4) 시야각이 넓고, 5) 민감도가 높으며, 6) 효율적으로 입사광을 관리할 수 있다는 특징이 있다[1]. 그중에서 시각적 순응이란 밝은 곳에서 어두운 곳으로 또는 어두운 곳에서 밝은 곳으로 나올 때 눈이 빛에 적응하는 현상으로, 로보틱스, 시각보철, 머신비전 시스템 등에서 주요 기술로 요구되고 있다[2].
빛에 의한 순응 현상은 암순응(scotopic adaptation)과 명순응(photopic adaptation)으로 구분된다. 사람 눈의 망막에 위치한 광수용체(photoreceptor)는 원추세포(cone cell)와 간상세포(rod cell)로 구성되어 있다. 간상세포는 역치가 작기 때문에 빛의 세기가 약한 어두운 곳에서도 빛을 수용하여 반응하지만, 원추세포는 역치가 크기 때문에 빛의 세기가 강한 곳에서 반응한다. 밝은 곳에서 어두운 곳으로 이동할 때 역치값이 작은 간상세포의 작용이 증가하게 되며 이를 암순응이라 하고, 반대로 어두운 곳에서 밝은 곳으로 이동할 때 명순응이 작동하게 된다. 일반적으로 자연광의 동적 범위(dynamic range)는 약 280dB로, 기존의 CMOS 센서 동적 범위(53~73dB)에 비해 상당히 높다[2]. 반면에 사람의 눈에서 빛을 전기화학적 신호로 변환하는 광수용체(원추세포, 간상세포)는 동적 범위가 약 40dB이며, 시각적 순응 기능이 발현된 광수용체는 동적 범위가 약 160dB이다[2].
본 보고서에서는 사람의 눈에서 발생하는 광 변환 및 시각적 순응 기전에 대해 살펴보고, 최근 발표된 시각적 순응 특성을 모방한 생체모방 기술에 대해 소개하고자 한다.