Photonic Intelligence Laboratory

광지능 연구실

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광지능 연구실

시각 정보는 다른 감각(청각, 후각, 촉각 등)과 비교할 때, 인간이 주변 환경을 인식하고 이해하는 데 가장 중요한 역할을 합니다. 이는 기계에도 마찬가지로 적용되며, 현대의 기계, 예를 들어 자율주행차, AR 헤드셋, 로봇 등도 시각 정보를 기반으로 작동합니다. 최근 컴퓨터 비전 분야의 발전으로, 여러 대의 카메라를 장착한 기계는 고해상도 이미지를 수집하고 이를 통해 더 정교한 해석과 정보 추출이 가능해졌습니다. 그러나 동시에 처리해야 할 정보의 양이 기하급수적으로 증가하면서, 시각 정보 처리에 필요한 연산량과 그에 따른 에너지 소모, 시간 지연 문제가 중요한 과제로 떠올랐습니다. 현재 사용되는 카메라는 주로 굴절 광학과 CMOS 이미지 센서를 기반으로 설계되어 이미지 품질, 즉 고해상도와 실제 색상 구현에 최적화되어 있는 반면, 컴퓨터 비전 용도로는 최적화되지 않아 한계가 존재합니다.
우리 연구실은 컴퓨터 비전 목적에 최적화된 새로운 광학 시스템을 설계하는 것을 목표로 연구를 시작했습니다. 회절 광학 기반의 광학 부품을 설계하고 제작함으로써 기존 카메라의 한계를 극복하며, 광학 영역에서 연산을 수행하여 디지털 처리 부담을 크게 줄일 수 있습니다. 또한, 양자 광학적 요소를 활용한 광지능 연구를 통해 효율적이고 보안성이 높은 광 컴퓨팅의 새로운 가능성을 탐구하고 있습니다.
Visual information plays a central role in how both humans and machines perceive and understand their environment. As the field of computer vision advances, various systems, such as autonomous vehicles, AR headsets, and robots, use multiple cameras to interpret the world. However, conventional cameras, built with refractive optics and CMOS image sensors, are optimized for imaging quality rather than for computer vision performance.
Our research aims to design engineered optics and sensors that are specifically optimized for vision tasks, addressing critical challenges such as latency and energy consumption. By performing part of the computation directly in the optical domain, our approach significantly reduces the burden on digital processing. We are also exploring quantum optical methods for pre-processing information, opening new possibilities for efficient and intelligent optical computing.

Major research field

엣지 컴퓨팅, 광신경망, 나노포토닉스, 메타표면, 반도체 포토닉스 / Edge computing, Optical neural network, Nanophotonics, Metasurface, Semiconductor potonics

Desired field of research

컴퓨터 비전, 로보틱스, 양자 인공지능 / Computer vision, Robotics, Quantum AI

Research Keywords and Topics

[1] 기초 연구: 메타표면(metasurface) 등의 회절 광학 시스템을 개발하여, 컴퓨터 비전 과제 수행을 가속화할 수 있는 효율적인 광학 프론트엔드와 센서를 설계합니다.
[2] 응용 연구: 개발한 회절 광학을 실제 컴퓨터 비전 시스템과 결합하여, 감시 모니터링, 로보틱스 등에서 실용적 발전을 입증합니다.
[3] 양자 연구: 양자 정보 및 양자 센싱 분야에 적용되는 광학 기반 연산 시스템의 가능성을 탐구합니다.
[1] Fundamental: Develope engineered optics, such as metasurfaces, for efficient optical frontends and sensors to accelerate computer vision tasks.
[2] Application: Integrate engineered optics into real-world systems, including surveillance monitoring and robotics, to demonstrate practical advancements.
[3] Quantum: Explore free-space optical computing concepts for emerging quantum information and quantum sensing applications.

Research Publications

● npj nanophotonics, Free-space optical encoder for computer vision, M. Choi* and A. Majumdar*, (2025.09)
● Nature Communications, Transferable polychromatic optical encoder for neural networks, M. Choi,†* J. Xiang,† A. Wirth-Singh, S.-H. Baek, E. Shlizerman,* and A. Majumdar*, (2025.07)
● Physical Review Letters, Observation of photonic chiral flatbands, M. Choi,* A. Alù,* and A. Majumdar*, (2025.03)

Patents

● [국외] Compressed meta-optical encoder for image classification, A. Wirth-Singh, J. Xiang, M. Choi, J. E. Fröch, L. Huang, S. Colburn, E. Shlizerman, and A. Majumdar, (2025.03)
● [국외] Flat-band meta-optics for efficient photodetectors, M. Choi, A. Majumdar, C. Munley, J. E. Fröch, and R. Chen, (2024.12)

국가과학기술표준분류

  • NB. 물리학
  • NB05. 광학
  • NB0509. 나노 광학

국가기술지도분류

  • 정보-지식-지능화 사회 구현
  • 010400. 반도체/나노 신소자 기술

6T분류

  • NT 분야
  • 나노소자 및 시스템
  • 030114. 나노 photonics기술