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1839년 프랑스의 발명가 루이 다게르는 인류 최초의 사진을 찍었다. 그 뒤 카메라는 대형 기계에서 휴대용 전자기기로 발전하며 총천연색을 그대로 담는 수준까지 진화했다. 그런데 최근 들어선 카메라가 아예 풍경과 인물 촬영이라는 오랜 기능에서 벗어나 새 영역을 개척하고 있다. 뱃속을 돌아다니는가 하면 지상에서도 흔들림 없이 별 사진을 찍는 신개념 카메라의 세계에 다가서 보자.
바야흐로 가을이다. 낮 최고 기온이 30℃를 오르 내리던 한여름을 뒤로하고 찾아온 선선한 바람이 상쾌하다. 10월부터는 전국의 산에 본격적인 단풍이 들기 시작한다. 깊어지는 가을의 상징이 성큼 우리 앞에 다가오는 것이다.‘단풍놀이’에 나서는 행락객이 빠지지 말고 챙겨야 할 건 뭘까. 역시 카메라다. 아름다운 풍경을 오랫동안 간직하고 지인과 추억을 나누기 위한 도구로 이만한 것이 없다. 육중한 ‘디지털 일안 반사식 카메라(DSLR)’든 손지갑 크기의 ‘콤팩트 디지털 카메라’든 하나쯤은 손에 쥐고 있어야 한다는 얘기다.
하지만 최근 들어서는 이런 ‘정통 카메라’ 말고도 카메라 본래의 기능과 형태를 넘어서는 특수 카메라들이 속속 선보이고 있다. 고도로 발달하고 있는 전자기술 덕분에 종전에는 상상할 수 없던 카메라가 등장하고 있는 것이다.기술 혁신으로 탄생한 카메라는 크게 두 갈래로 변신하고 있다. 하나는 ‘이단아형 카메라’다. 형태나 용도가 기존 카메라와 완전히 다르다. 알약 같은 모양으로 뱃속을 돌아다니며 병을 찾아내는 ‘캡슐형 내시경’, 렌즈 대신 광섬유를 써 어느 방향에서든 촬영할 수 있는 ‘입는 카메라’가 대표적이다.
변신의 또 다른 갈래는 ‘모범생형 카메라’다. 카메라 본연의 역할인 ‘촬영’에 온 힘을 집중했다. 셔터 속도를 크게 높여 허블 우주망원경을 능가할 정도로 선명하게 천체를 촬영하거나 돌멩이가 사방으로 튀는 발파 장면을 속속들이 찍는 카메라가 그 성능을 뽐낸다. 프랑스의 발명가 다게르가 세계 최초의 사진을 찍은 지 170년이 되는 올해, 카메라의 새 영역을 만들고 있는 ‘개척자들’을 짚어본다.
‘꿀꺽’ 삼키는 내시경
이단아형 카메라의 대표 주자는 캡슐형 내시경이다. 지름 1cm, 길이 2cm, 무게 4g 내외로 작고 가볍지만 카메라의 요소를 빠짐없이 갖췄다. 렌즈가 장착된 것은 물론 조명등 역할을 하는 발광다이오드(LED), 기기를 작동하기 위한 배터리 등이 내장됐다. 찍은 사진을 몸 밖으로 보내는 무선송신기까지 달려 있어 캡슐형 내시경은 오히려 보통 카메라엔 없는 특별한 장치도 갖추고 있는 셈이다.
캡슐형 내시경의 가장 큰 장점은 검사할 때 환자가 고통을 느끼지 않는다는 점이다. 내시경은 1950년 일본에서 처음 개발된 이래 끊임없이 발달해 왔지만 ‘긴 관을 입 안에 집어넣는다’는 기본 전제는 변하지 않았다. 검사할 때 환자가 구역질을 하는 게 불가피했다는얘기다. 환자가 검사 도중 얕은 잠에 들게 하는 수면 내시경도 있긴 하지만 사람에 따라 수면에 빠지는 정도가 달라 근본적인 해결책은 아니었다. 하지만 ‘꿀꺽’ 삼키는 캡슐형 내시경은 이 같은 문제에서 환자를 해방시켰다.
환자는 병원을 방문한 뒤 캡슐형 내시경을 삼키고 그대로 일상생활을 지속하면 된다. 회사든 학교든 자신이 원하는 곳에서 캡슐형 내시경이 보내는 사진을 받을 저장장치만 허리에 차고 있으면 된다. 그러다 다음날 병원에 돌아와 저장장치를 반납하면 모든 검사는 끝난다. 뱃속에 있는 캡슐형 내시경은 용변과 함께 배출해 버리면 그만이며, 재활용은 하지 않는다.캡슐형 내시경이 공포와 구토를 참아가며 받아야 했던 내시경 검사에 일대 혁신을 몰고 온 것이다. 캡슐형 내시경의 장점은 또 있다. 촬영할 수 있는 내장 종류를 소장까지 넓힌 것이다. 입으로 집어넣는 내시경은 위를 통과해야 나타나는 소장은 거의 찍을 수가 없었다. 너무 멀기 때문이었다. 내시경을 항문으로 넣는다고 해도 대장만 찍을 수 있을 뿐 소장을 들여다 볼 수 없긴 마찬가지였다. 내시경 끝에 달린 풍선이 교대로 부풀어 공간을 만들면서 소장을 관찰하는 ‘이중 풍선 소장 내시경’이 있긴 하지만 소장은 움직임이 많아 의사의 높은 숙련도가 요구된다. 물과 함께 삼킨 뒤 음식처럼 내장 전체를 훑으며 내려가는 캡슐형 내시경이 소장을 쉽게 들여다볼 수 있는 길을 열어준 것이다.
현재 캡슐형 내시경은 국내 대형병원에서 도입해 활용 중이다. 2001년 이스라엘에서 처음 개발된 이래 올림푸스 같은 일본 업체는 물론 국내 기업도 캡슐형 내시경 시장에 뛰어들었다.
하지만 캡슐형 내시경에도 문제는 있다는 게 과학계의 진단이다. 가장 결정적인 흠은 렌즈를 의료진이 원하는 특정 부위를 향해 들이댈 수 없다는 점이다. 자체 동력 없이 내장의 운동에 따라 이리저리 돌아다니며 촬영하는 캡슐형 내시경의 한계 때문이다.
한국과학기술정보연구원 박장선 전문연구위원은 최근 발표한 보고서에서 캡슐형 내시경에 대해 “체내에서 자유롭게 방향과 위치를 제어하면서 조직을 채취하고 치 료할 수 있는 기존 내시경에 비해 적용 범위가 매우 제한적”이라고 지적했다.
이 때문에 세계 연구진은 의료진의 뜻에 따라 조종할 수 있는 캡슐형 내시경을 만들기 위한 노력에 박차를 가하고 있다. 유럽연합(EU)은 이 새로운 캡슐형 내시경을 대형 의료기술 프로젝트의 과제로 선정해 갖가지 아이디어를 내놓고 있다.
현재 가장 유력하게 검토되는 방안은 캡슐형 내시경을 여러 개 이어붙인 ‘기차형’ 내시경이다. 혼자 이동하기 어려운 알약 형태를 버리고 알약 여러 개를 일렬종대(一列縱隊)로 이어붙인 새 장비를 제작할 계획이다. 내시경 하단에는 작은 다리를 달아 특정 부위로 움직일 수 있게 한다. 전체 형태는 지네를 닮은 셈이다.
문제는 이렇게 되면 부피가 커져 ‘고통 없이 진단 받는다’는 캡슐형 내시경의 최대 장점이 사라진다는 점이다. 이 때문에 세계적인 연구기관인 스위스의 로봇지능공학연구소(IRIS)에선 알약 형태의 기기를 한 칸 한 칸 삼킨 뒤 뱃속에서 자기력으로 결합시키는 내용의 논문이 발표되기도 했다. 이 방안이 실현된다면 뱃속을 달리는 초소형 기차가 현실화할 것이라는 게 과학계의 전망이다. 물론 뱃속을 찍는 카메라로서의 기능은 손상 없이 유지된다.
입는 카메라가 온다
이단아형 카메라의 변신은 여기서 그치지 않는다. 과학계 한쪽에선 렌즈가 없는 카메라를 개발하려는 노력이 한창이다. 미국의 IT전문지 ‘레이저 포커스 월드’에 따르면 매사추세츠공대(MIT) 요엘 핑크 교수팀은 지난 7월 “렌즈 대신 수많은 가닥의 특수 광섬유로 영상을 수집하는 카메라를 개발했다”고 발표했다.
광섬유로 만든 카메라의 가장 큰 장점은 ‘렌즈 파손’이라는 치명적 문제를 근본적으로 피할 수 있다는 사실이다. 렌즈는 사람의 눈을 모방해 만들었기 때문에 정확한 형태와 색을 구분할 수 있지만 충격을 비롯한 외부 자극에 취약하다. 게다가 렌즈는 모든 카메라에 딱 하나씩 달려 있기 때문에 위험 부담은 더욱 크다. 하지만 광섬유는 얘기가 다르다. 광섬유의 성능은 고성능 카메라 렌즈에는 아직 못 미치지만 일부 광섬유가 조금 찢긴다고 해서 촬영이 불가능하진 않다. 광섬유로 외투를 만들어 입으면 온몸이 카메라이기 때문이다. 조금쯤 옷이 상해도 사진을 찍는 데에 큰 문제는 없다는 얘기다.
현재 연구진이 만든 시제품은 비교적 가까운 물체를 흑백 영상으로 식별할 수 있는 수준이다. 하지만 연구진은 가까운 미래에 먼 거리의 물체를 컬러 영상으로 찍을 수 있을 것으로 기대한다. 만약 이 같은 전망이 현실화된다면 가장 큰 수요는 군복에서 발생할 가능성이 높다. 이 섬유로 짠 옷을 입은 군인은 자신을 겨누고 있는 적이 없는지 전방위로 감시를 할 수 있을 것이라는 뜻이다.
광활한 대지 위에서 벌어지는 전투에선 주로 전방을 주시하면 된다. 하지만 건물이 즐비한 시가전에선 적의 동태를 전방, 후방은 물론 머리 위까지 감시해야 한다. 하지만 인간의 눈으로 볼 수 있는 시야는 정해져 있다. 아군 병사가 앞을 보는 사이 뒤쪽 건물 옥상에서 총탄이 날아들 수 있다는 얘기다. 하지만 광섬유 옷을 입으면 이런 불상사를 막을 수 있다. 이번 연구 결과가 미래 전장의 모습을 완전히 바꿀 수 있을 것이라는 예측이 나오는 이유다.
올해 일본 과학계에서는 특수 카메라를 무인 항공기에 달아 재해를 감시하자는 제안도 나왔다. 산불처럼 위험 상황이 발생한 지역 위를 고도 100m 내외로 저공 비행하면서 촬영하자는 아이디어다. 이 아이디어의 핵심은 어안(魚眼)렌즈가 달린 카메라다. 물고기의 눈은 주위 상황을 한꺼번에 관찰해야 하기 때문에 화각(畵閣)이 180°에 이른다. 이런 렌즈로 지표를 훑으면 광범위한 지역의 영상 정보를 쉽게 얻을 수 있다. 어안 렌즈는 최근 국내에서 큰 인기를 끌고 있는 ‘차량용 블랙박스’에도 일부 활용되고 있다. 측면에서 달려드는 차량을 정확히 촬영해 고통사고의 시시비비를 가리는 데 효과를 보이고 있는 것이다.
초당 1500장 찍어 깨끗한 별 사진
다양한 형태와 기능을 갖고 있는 이단아형 카메라에 비해 모범생형 카메라의 특징은 재빠른 촬영 속도에 집중돼 있다. 깨끗하고 정확한 ‘찍기’에 능력을 집중했기 때문이다.모범생형 카메라가 가장 크게 환영받는 곳은 천문학계다. 유럽남반구천문대(ESO)에서는 지난 7월 사진을 1초당 1500장 찍을 수 있는 카메라를 개발하는 데 성공했다고 발표했다.
‘오캠(OCam)’이란 이름이 붙은 이 카메라는 EU 12개국이 협력해 1920만 유로(약 340억 원)를 들여 개발한 결과물로, 유럽 천문학의 수준을 끌어올릴 야심작으로 꼽힌다. 유럽연합위원회의 연구개발정보사이트 ‘코디스’는 ESO 관계자의 말을 인용해 “이 카메라에는 대적할 만한 상대가 없다”면서 “우주 연구가 큰 도약을 하게 될 것”이라고 전했다.
오캠의 가장 큰 장점은 초당 1500프레임이라는 촬영 속도다. 이 성능 덕분에 대기 때문에 별빛이 번지는 현상을 잡아냈다. 빠른 속도로 질주하는 자동차를 DSLR의 셔터 속도를 높여 찍으면 도로 위에 주차한것처럼 보이게 하는 원리와 비슷하다. 오캠은 대기의 움직임이 지상으로 전해지는 별빛을 왜곡할 틈을 주지 않고 촬영한다는 얘기다.
빠른 촬영 속도로 승부를 본 카메라는 또 있다. 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 연구진은 레이저를 사용한 외과수술의 일거수일투족을 담는 고성능 카메라를 개발했다고 지난 5월 발표했다. 연구진은 DSLR에 주로 장착되는 전하결합소자(CCD)나 휴대전화 카메라에 많이 활용되는 상보적 금속산화물 반도체(CMOS)가 아닌 ‘단일 픽셀 광 검출기’라는 특수 장치를 이용했다.
단일 픽셀 광 검출기의 핵심은 CCD나 CMOS처럼 감지된 빛을 디지털 신호로 바꾸는 과정을 생략하고 바로 영상으로 만드는 데 있다. 빛을 디지털 신호로 바꾸는 데 걸리는 시간을 아껴 일정 시간에 더 많이 촬영할 수 있도록 한 것이다. 이 카메라를 쓰면 충격파, 살아 있는 세포의 움직임도 잡아낼 것으로 연구진은 기대하고 있다.
촬영 속도가 빠른 카메라가 학자들의 손에만 들려 있는 건 아니다. 최근 일본의 한 전자기업은 지난 2월 초당 1000프레임 속도로 동영상을 찍는 소비자용 소형 디지털 카메라를 발표했다. 영화 한 장면이 초당 24프레임으로 구현된다는 사실을 감안하면 엄청난 성능이다. 제조사가 “날아가는 총탄도 찍을 수 있다”고 설명하는 이 카메라는 지금까지 보지 못한 생생한 영상을 선보일 수 있을 것이라는 기대를 모은다.
바위를 폭약으로 깨는 순간 사방으로 튀는 돌멩이도 거뜬히 촬영할 수 있을 거라는 얘기다.
정지 영상으로 이 카메라의 기능을 전환하면 초당 30장의 사진을 찍을 수 있다. 이렇게 되면 단체 촬영 때 아무도 눈을 감지 않은 사진을 앨범에 끼울 수 있다. 눈을 감았다 뜨는 속도보다 촬영 속도가 빨라서다.
업계 일부에선 “광학기술은 1970년대에 사실상 대부분의 골격이 갖춰졌다”면서 “지금과 완전히 다른 카메라가 등장하긴 쉽지 않을 것”이라고 전망한다. 하지만 21세기 들어 카메라는 새로운 용도를 개척하며 여전히 ‘사실의 정직한 목격자’로서 발전을 거듭하고 있다. 앞으로 카메라가 또 어떻게 진화해갈지 관심이 쏠린다.
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눈의 구조를 설명할 때 흔히 카메라에 비유한다. 수정체는 렌즈에, 홍채는 조리개에, 망막은 CCD(예전에는 필름)에 해당한다. 그러나 사람이 눈을 통해 얻는 영상은 3차원 정보를 담고 있어 2차원 정보만 줄 수 있는 카메라의 사진과는 ‘차원’이 다르다. 뇌는 양쪽 눈에서 들어온 2차원 정보를 처리해 대상의 3차원 정보를 재구성하기 때문이다.
후지필름이 지난 8월 8일 일본에서 출시한 ‘파인픽스 리얼3D’는 사람 눈처럼 디지털 카메라 양쪽에 렌즈가 하나씩 있다. 따라서 버튼을 한 번 누르면 동시에 사진 2장이 찍힌다. 다만 렌즈 사이의 거리만큼 대상을 바라보는 각도가 조금 다른 사진이 얻어진다. 코앞에 검지손가락을 세우고 오른쪽 눈을 감고 보면 손가락이 오른쪽에 있고 왼쪽 눈을 감으면 왼쪽에 있듯이 카메라 정면 가운데 가까이 있는 물체는 왼쪽 렌즈에서 찍힌 사진에는 오른쪽에, 오른쪽 렌즈에서 찍은 사진은 왼쪽에 있다.
동영상 촬영도 가능하기 때문에 누구나 입체 영화를 제작할 수 있는 셈이다. 하지만 화면이 2.8인치(약 7.1cm)로 작기 때문에 입체영상을 충분히 즐기기 어렵다. 함께 출시된 디지털 뷰어는 8인치(약 20cm) 3D 액정화면으로 시원한 화면을 제공한다. 3차원 이미지를 사진으로 인화해 남기려면 어떻게 해야 할까. 물론 일반 인화지로 인화하면 3차원 정보는 사라지고 2차원 정보만 남는다.
