화상 공학의 역사와 장래

우리들이 생활해 나가는데 정보의 전달은 빠뜨릴 수 없다. 인류는 그 역사의 제1보에 있어서 이미 서로의 의사 전달을 위해 형상 문자를 고안하였다. 15세기에는 근대 기술의 선구이며 보다 교화적인 정보의 기록, 보존, 전달, 복제의 기술로서 독일의 쿠텐베르그에 의해 인쇄술이 발명되었다. 확실히 정보 혁명의 선조라고 할 수 있다. 19세기쯤에는 프랑스의 다겔에 의해 사진이 발명되고, 정보 전달의 분야에 획기적인 발전을 가져왔다.
신문, TV, 그리고 컴퓨터 기술의 진보와 함께 정보 전달은 인터넷이나 카메라 부착 휴대전화로 대표되는 것 같이 극적인 발전을 보이고 있다. 이들의 흐름 속에서 중심적인 역할을 담당해 온 것이 인쇄, 사진의 기술로부터 발전해 온「화상」이다. 지금, 화상 공학은 화학 기술을 유지하는 가장 중요한 학문의 하나가 되었다고 말할 수 있다.
이와 같이 화상 기술은 컴퓨터의 진보와 함께 진화하여, 또 큰 확대를 보였다. 이 과정에서 화상 기술이 일방적으로 컴퓨터의 진보의 은혜를 받아 왔다고 파악되기 쉽상이지만, 이것은 커다란 오해이다. 컴퓨터의 진보를 유지하고 있는 화상 기술에도 주목했으면 한다.
일례를 들어보자. 컴퓨터 관련의 기술은 사진 인쇄 기술 없이 오늘날과 같은 발전은 없었을 것이며, 이후의 발전도 없을 것이다. 그렇다고 하는 것은 컴퓨터의 소형화, 고성능화의 주역이 되고 있는 IC, LSI, VLSI등을 제작하는 기술은 1미리의 수 천분의 1이라는 상당히 높은 밀도로 화상을 재현하는 인쇄 제반 기술 그것이다. 소형화, 고성능화 한 반도체는 계산 속도, 기억 용량을 비약적으로 늘렸다.
LSI등에 의한 마이크로 일레트로닉스(microelectronics)의 진보 발전은 정보 처리, 통신 기술의 기술 개혁에 중요한 역할을 다하고, 멀티 미디어 네트워크(multimedia network), 하이비젼(high vision)등에 활용되고 있다. 컴퓨터를 중심으로 한 시스템과 그 기술을 유지하는 화상 재료의 개발 밸런스 잡힌 발전이 현재의 훌륭한 기술 사회를 형성하고 있다.
화상 공학의 진보는 아직 멈출 줄을 모른다. 10년 전에는 꿈 같은 이야기로 취급되는 것이 오늘날 현실의 것이 되어 있듯이, 오늘의 꿈 같은 이야기는 머지않아 현실이 될 것이다. 이 꿈의 실현을 완수하는 화상 공학의 역할은 크다.
여러분 자신이 그 실현에 직접 종사하고 있을지도 모른다.

화상 공학의 체계와 연구 분야

화상 공학은 많은 학문이 서로 겹쳐 만들고 있다. 이른바 학제적인 학문이다. 인쇄 공학, 사진 공학, 정보 공학과의 깊은 관계는 물론이지만, 전자·전기 공학, 재료 공학 등 많은 학문 분야에 유지되어 발전해 왔다.
그 중에서도 근년, 버추얼(virtual), 리얼리티(reality) 표현을 위한 ３D표시, 이학적·공학적 응용의 모든 면에 도움이 되는 레이저 기술, 고속·대용량 통신을 유지하는 광 통신 등, 광 공학이 화상 공학에 차지하는 비율은 자꾸자꾸 커지고 있다. 더구나 회화나 디자인 등의 예술 세계나, 심리학, 사회학이라는 세계에도 깊게 관계하는 종합 공학이다.
화상 공학의 연구 분야는 다방면에 이르는데, 크게 나누면 아래와 같은 분야로 집약 된다.

1. 사진·인쇄·카피 기술에 관한 분야
160년 이상의 긴 역사를 가지는 할로겐화 은을 이용한 사진 기술은 지금도 고감도, 고화질, 색의 선명함, 장기 보존성 이라는 점에서 최고이다. 결점이었던 물을 사용한 현상 처리도 드라이 프로세스로 대신하고, 디지털 이미징 기술과 조합한 각종 시스템이 실현되었다.
한편, 인쇄 기술은 신문, 잡지 등을 보면 알 수 있듯이 화상 정보를 대량으로 신속히, 더욱 정확히 복제·생산하는 것을 목적으로서 여러 가지 기술 개발이 진행되고 있다. 모든 미디어가 발달한 오늘의 인쇄공학은「정보 가공 공학」이라고 해도 지장이 없다.
오피스 오토메이션(office automation)에 빠뜨릴 수 없는 copy 기술도 유기 감광체, 중합 토너라고 하는 기술의 진보에 의해 비약적인 발전을 달성하고, 고화질 컬러 카피 시대에 들어섰다. 종이의 편리성을 유지하면서 디스플레이가 가지는 전자 정보를 몇 번이나 고쳐 쓸 수 있는 이점을 가지는 전자 페이퍼의 연구도 활발히 진행되고 있다.

2. 초미세 기술에 관한 분야
VLSI, ULSI등이라 불리고 있는 대규모 집적 회로는 현재의 일렉트로닉스(electronics)산업의 기반 기술이지만, 이들의 제작을 유지하는 것은 인쇄 제반 기술로 배양된 미세 가공 기술로, 현재 100nm을 자르는 해상도가 실현되었다. 이를 위해서는 상당히 단파장의 레이저 노광에 대응하는 재료의 개발이 불가결하다.

3. 화상 처리, 정보 전달에 관한 분야
멀티 미디어 시대인 오늘날, 대용량 화상 정보의 전달에는 이것을 디지털화 하고, 압축·복원하는 기술이 불가결하다. 전자 미술관, 원격 의료 등에서 필요 시 되는 디바이스 인디펜던트(device independent)한 색 재현, 화상의 자동 분류·검색의 연구가 시행되고 있다.
또한, 패턴 인식 기술에 의한 표정 인식, 수화의 분석 등, 인간과 컴퓨터와의 커뮤니케이션에 도움되는 연구도 활발하다.

4. 광 공학에 관한 분야
21세기는 광 시대라고 불리고 있지만, 화상 공학에 있어서도 광 공학은 확실히 중심적인 위치를 차지한다.
광 공학에 관한 주된 테마를 들어보면, 아래와 같은 것이 있다.
1) 3D 표시만이 아니라, 대용량 화상 메모리를 위한 실시간 기록재생 가능한 기술로서의 holography의 응용, 레이저를 이용한 간섭계측, 화상의 수복처리, 특수한 광학 부품의 개발이라는, 빛의 광선적 및 파동적 특성을 적극적으로 이용하는 기술의 연구 개발.
2) 광통신 시스템 및 그 구성 광부품의 특성 평가나, 광 파이버(fiber)내의 산란 현상, 간섭현상, 비선형 광학 현상 등의 계측 응용이란 화상 전송을 유지하는 연구 개발.
3) 광파의 성질을 결정하는 중요한 파라미터인 주파수·파면 등을 제어하고, 자유로이 빛을 합성하고 싶다고 하는 요구는 정보통신, 물성연구, 생체 공학 등에서 강하게 요구되고 있다. 이것을 실현하기 위해 광학 기술과 고체 레이저 기술을 융합한 레이저 장치의 개발이 시행되고 있다.

5. 시각 공학에 관한 분야
사진, 인쇄, TV등의 화상은 모두 눈으로 보고, 거기에 비추어져 있는 것이 무엇일까 뇌에서 인식된다. 이와 같은 것으로부터 화상 공학은 시각 정보학 이라고도 불려질 정도 이다.
인간이 빛과 색을 느끼거나, 깊이나 사물의 움직임을 판단하거나 하는 시각의 메커니즘(mechanism)은 실로 교묘히 되어 있어 심리학과도 밀접히 관계하고 있다.
이 시각의 메커니즘을 칼라 화상, 입체 화상, 동화상 등, 여러 가지 화상의 계획에 도움되는 연구가 시행되고 있다.

6. 화상 해석, 화상 평가에 관련된 분야
형성된 화상의 화질을 평가하는 방법에는 물리적으로 측정하는 객관적인 방법과, 인간이 눈으로 보고 판단하는 주관적인 방법이 있다.
실물의 색과 거의 같게 재현된 칼라 사진이 선호되지 않고, 의도적인 방향으로 부자연스럽게 재현된 쪽이 훨씬 좋다고 평가 되기도 한다.
이와 같이 선호 받는 화상을 만들기 위해서는, 화상의 바른 해석, 평가가 불가결하다. 근년, 급격히 보급된 디지털 화상의 화질 해석, 평가 방법은 지금 활발히 연구되고 있다.

화상 공학의 커리큘럼

정보 공학의 교육 속에 지바대(千葉大) 공학부의 전통인 화상 공학을 도입한 정보 화상 공학과는 고도 정보화 사회에 있어서 멀티 미디어(특히 화상)의 입력, 처리, 전송, 출력을 종합적으로 습득한 기술자, 연구자를 양성하는 것을 목표로 하고, 정보 공학, 화상 시스템 공학, 화상 머티리얼 공학에 대해 폭넓은 커리큘럼을 준비하고 있다.
1·2년 차에서는 정보공학, 화상 공학의 개론, 연습, 실험을 통해 전공의 기초를 배우는 한편, 물리, 화학, 수학 등의 공학 기초 과목이나 프로그래밍을 수학한다.
2·3년 차로 나아감에 따라 전문 색이 강해져 계산기 시스템 입문, 화상 만들기, 후리 변환과 화상, 화상 시스템논, 진동과 파동, 광물성 기초라는 필수 수업을 받는다. 전공 과목의 대부분은 선택 필수로 되어 있고, 자신의 희망에 따른 특정 분야를 보다 깊게 공부 할 수 있다.
4년 차에는 각 연구실에 소속하여, 세미나나 실험을 통하여 교관으로부터 직접 연구 지도를 받는 졸업 연구가 중심이 된다.
또한, 정보 화상 기술의 국제성을 중시하고, 미국 로체스터 공과 대학과의 사이에 단위 호환의 제도를 설정하여 두고, 단기 유학도 가능하다.
학부에서 받은 정보 화상 교육을 기초로서 게다가 고도한 전공 교육을 희망 하는 것에는 대학원 전기 과정(석사) 후기 과정(박사)에의 진학의 길이 열려 있다.

공학과 의학을 동시에 배운다.

의학을 테마로 한 TV 드라마를 주의하여 보면, 여러 가지 치료 기기나 계측 기기에 둘러 쌓여 수술을 하고 있는 장면을 볼 수 있다. 예를 들면 심장의 전기 활동을 감시하는 심전계, 뇌의 활동을 감시하는 뇌파계, 인공 호흡기 등이다.
이들 기기를 개발하기 위해서는 공학의 지식 만이 아니라, 의학의 지식도 필요하다. 그럼 공학자는 어디에서 의학의 공부를 하면 좋은가?
지금까지의 대학에서는 의학 공부를 하기 위해서는 의학부에 입학하지 않으면 안되었다. 그 때문에 공학자는 의학의 지식을, 의학자는 공학의 지식을 독학으로 공부할 필요가 있어, 충분한 지식을 얻을 수가 없었다. 그래서 공학과 의학을 동시에 배울 수 있는 환경을 만들기 위해 생겨난 학문이 의용 공학이다.

의용 공학의 역사

의용 공학이란 문자 그대로 공학과 의학이 결부된 학문으로, 의용 생체 공학, 의료 공학 등으로도 불리고 있지만, 공학 기술을 의학에 응용하여 인류의 미래에 공헌하는 것을 목표로 하고 있는 것은 동일하다.
역사적으로 보면, 의용 공학에 관련하는 연구는 대학의 공학부나 의학부에서 예로부터 시행되어 왔다. 그 당시에는 공학자가 병원으로 가서 의료 기기의 개발을 위하여 관련한 의학을 공부한다고 하는 것이 일반적이었다. 물론, 일부의 대학에는 의용 공학을 전문으로 연구하는 연구 시설이 있어, 대학원생, 연구원, 교수 등이 활발히 연구를 시행하고 있었다. 그렇지만 의용 공학을 전문으로 다루는 학부·학과는 없었다.
의용 공학을 전공하는 단일 학과가 등장한 것은 지금으로부터 10수 년 전으로, 그로부터 생각하면 아직 새로운 분야이다. 그러나 특히 근년에 화제가 되고 있는 고령화 문제, 간호·복지 문제를 고려하면, 의용 공학이 이제부터 담당할 역할은 크고, 보다 쾌적한 사회를 만들기 위해서도 향후 더욱 활약의 장이 증가될 것이라고 생각된다.
또한, 의료기기를 개발·제조·판매하고 있는 기업(의료기기 메이커) 만이 아니라, 전기·전자 기기 메이커나 컴퓨터 메이커, 제약 메이커나 재택 간호 기기 메이커 등, 여러 가지 기업도 주목하고 있는 분야이다.

의용 공학에서 얻을 수 있는 것.

의용 공학에 관련하는 학과가, 다른 학과와 다른 점은, 의학부와 공학부에서 시행되고 있는 강의 중에서 의료 기기의 취급상, 중요하다고 생각되는 과목을 동시에 공부하는 것이다.
예를 들어, 토카이대(東海大) 개발 공학부 의용 생체 공학과의 예를 보면, 의학계의 과목으로서 해부학, 생리학, 약리학, 간호학, 병원 실습 등, 의학부에서는 일반적이 된 과목이 있다. 또한 공학 계의 과목으로서 전기·전자 공학, 기계 공학, 재료 공학 등, 여러 가지 공학부계 학과의 주 과목도 마련되어 있다.
이상의 강의를 어느 정도 습득하고 있는가를 확인하는 의미에서 학생 중에는 재적 중에 일본 ME 학회가 인정하는 제2종 ME 기술 실력 검정 시험에 도전하고, 빠른 학생 중에는 2학년 때 합격하고 있다. 또한 임상 공학 기사 국가 시험 수험 자격을 졸업과 동시에 얻을 수 있는 대학도 있어 그 때문에 타 학부에 비교하여 보다 많은 강의가 시행되고 있다.
교수진도 의용 공학 분야의 연구 제 1선에서 활약하고 있는 공학 계열 출신자와 의학계 출신자로 구성되어 있고, 버라이어티가 풍부하다. 그 교수진 아래에서 시행하는 졸업 연구를 시작으로 하는 의용 공학에 관련한 연구도, 한마디로 설명할 수 없을 정도로 광범위하게 이르고 있다.
예를 들면 인공 장기의 개발이나 새로운 진단 장치의 개발, 암 치료 장치의 개발도 활발히 시행되고 있다. 최근에는 로봇을 사용한 수술 장치를 원격으로 제어하려고 하는 생각도 있고, 미래의 로봇 의료를 상상시킨다. 물론, 기기의 개발 만이 아닌, 인간의 여러 가지 기능, 예를 들면, 인간 기억의 과정이나 관절 움직임의 해명 등도 중요한 연구 테마이다.

임상 공학 기사

임상 공학 기사란, 의사·간호사나 방사선 기사·임상 검사 기사 등에 대표되는 의료 종사자의 국가 자격의 하나이다. 고도 첨단 기술로 만들어진 인공 심폐, 페이스 메이커 등의 정교한 의료 기기를 보다 유효하고 적절히 게다가 보다 안전하게 환자에게 사용할 수 있도록 기기의 조작이나 보수·점검을 시행하는 전문 기술자이다.
1988년 제1회째의 국가시험 이래, 현재까지 약 17,000명 이상이 임상 공학 기사 자격을 가지고 의료 현장에서 활약하고 있다. 이 자격을 얻기 위해서는 의용 공학 학과에 있어서 지정된 소정의 과목을 몸에 익혀 수험 자격을 얻어야 한다. 수험 자격을 얻으면, 매년 3월에 시행되는 국가 시험을 받고, 합격하면 임상 공학 기사가 된다.

의용 공학 출신자의 진로

의용 공학 출신자의 진로는 의료 기기 메이커가 대부분이다. 또한 일부는 대학원에 진학하고, 보다 고도하고 전문적인 지식을 몸에 익혀 간다. 또한 임상 공학 기사의 주된 취직처는 병원이다.
그렇기는 하지만 의료 기기 메이커에 취직하는 예도 많다. 의료 기기 메이커에 있어 의학적 지식은 의료기기를 개발하는 데에 필수 불가결 한 것이다. 그러나 공학부 출신자는 의학적인 지식을 가지고 있지 않다.
그 때문에 의료 기기 메이커는 즉전력으로서 의용 공학 출신자에 기대를 걸고 있다. 게다가 임상 공학 기사의 자격을 가지고 있으면 수술실에 들어가, 의사로부터 직접 기기의 문제점 등을 들을 수 있기 때문에 의료기기 메이커에 있어서도 의료 기관에 있어서도 중요한 인재가 된다.
실제로 졸업생을 방면하면, 대학에서 배운 전문 지식이 의사와의 회화에 크게 도움이 되어 의사의 신뢰를 받고, 또한 그것이 일에 대한 보람이 된다고 하는 감상을 들을 수 있다.

의용 공학이 담당하는 역할은 크다.

전에도 서술한 것과 같이 고령화 문제, 복지 문제를 목전으로서 일본의 사회는 크게 변하려고 하고 있다. 이미 간호 보험법이 2000년 4월부터 실시되어 간호 시설, 간호사 등의 설비, 인재의 확보가 급무가 되고 있다.
의료 기기 메이커 이외에도 이 새로운 제도가 새로운 산업을 낳을 것이라고 생각하고 있고, 여러 가지 신제품, 상품을 생각해 내고 있다.
이와 같은 사회 속에서 의용 공학이 공헌해 가는 기회는 점점 많아 질 것이다. 확실히 특히 임상 공학 기사를 목표로 하는 사람은 타 학부에 입학 한 사람보다 많은 과목을 4년 동안 몸에 익히지 않으면 안 된다. 그렇지만 견고히 한 지식과 기술을 몸에 익히는 것으로 장래 의사, 간호사, 환자로부터 신뢰받는 임상 공학 기사로서 의학 분야에서 사회에 공헌 할 수 있다.
아무리 과학 기술이 발달하여, 의료 기술이 진보 하였다 하여도 그것을 유효하게 이용할 수 없다면 의료 자원을 허비하게 된다. 의료비의 삭감, 환경 문제 등 아직 해결 해야만 할 문제가 많지만, 21세기에 있어서 의용 공학과 졸업자의 활약이 요구되고 있는 것은 확실하다.

화상·광 공학 계열의 학과

화상·광 공학 계열의 학과로서는 다음과 같은 것이 있다.
화상 설계학과에서는 시각 정보를 창조적으로 구성·전달할 수 있도록 계획하고 설계한다. 시각 예술의 역사나 이론, 인간의 시각 정보 수요의 기구나 특성 등으로부터 화상 정보 처리의 이론적 해명과 공학적 시스템의 설계까지를 교육·연구 한다. 정보 화상 공학과에서는 머티리얼(metrial), 광학, 화상과 인간 멀티 미디어 정보 처리, 정보 공학, 수리·통계의 계열로부터 되는 전문 과목을 배운다. 미디어 화상 학과에서는 화상 미디어 정보 공학을 중심으로 주변 분야를 포함한 폭 넓은 분야의 교육·연구를 시행한다.
광 응용 공학과, 광 응용 시스템 학과, 광 시스템 공학과에서는 결정성장이나 유기합성의 수법을 이용하여 새로운 광 기능 재료를 만들어 내고, 새로운 발광 소자나 광 변조 소자, 수광 소자를 만들어 낸다. 또한 새로운 화상 처리·표시 시스템이나 광 통신·처리·기록 시스템을 구축한다. 재료 공학과 광 공학을 배우는 물질 광 과학과, 전자 공학분야 중에 광 정보 기술을 교육·연구하는 전자 광 정보 공학과 등이 있다.

의용 공학 계열의 학과

의용 생체 공학과에서는 인간의 생체 시스템의 기능과 지능을 장기로부터 개체까지의 종합 시스템으로서 학습하고, 정보 처리·제어 시스템, 인공 장기 등의 최첨단 기술에 활용하는 교육·연구를 시행한다.
의료 공학과, 임상 공학과, 메디컬 시스템 공학과에서는 임상 공학 전공으로 의료 공학의 교육을 시행한다. 의료 기기의 적절한 조작·보수 관리를 교육·연구 한다.
의료 복지 공학과, 의료 복지 기계 공학과, 복지 시스템 공학과에서는 고도 의료나 복지 환경 만들기에서 활약할 수 있는 인재를 양성한다. 임상 의학, 의료 공학, 복지 환경학, 의료 복지 공학 등의 분야가 있다.
목적을 좁힌 복지 환경 공학과, 신체 시스템 공학과, 복지 생체 공학과 등의 학과도 있다.

기타 학과

기타 학과로서는 이하와 같은 것이 있다.
인간에게 적합한 음 환경을 창출하고 게다가 음향 정보의 고도화·고품질화를 추진하는 음향 설계학과, 미디어 정보에 관하여 화상, 음성, 언어의 각 요소 기술, 응용 기술을 중심으로 한 교육·연구를 시행하는 미디어 정보 학과, 공학, 경영, 디자인이라는 3영역을 유기적으로 융합시켜, 사회에 있어서의 인공물이 얼마나 있어야 할 것인가라고 하는 과제에 대해 배우는 디자인 경영 공학과, 감성원으로서 뇌의 구조나 기능을 알고, 마음의 형태로서의 정보의 본질이나 컴퓨터에 의한 정보 처리 방법에 대해 배워, 풍요로운 삶을 support하는 제품의 설계·제조법 기술을 몸에 익히는 감성 공학과 등, 여러 학과에 설치 되어 있다.