테라헤르츠파 기반 대인 보안검색 기술의 동향과 발전 전망

지난 2001년, 미국에서 발생한 9.11 테러 이후, 기존의 금속탐지기와 엑스레이 검사만으로는 보안검색이 불충분하다는 인식과 함께, 금속이 아닌 물질까지 포함하여, 옷이나 신발 속에 숨겨둔 위험 물품이 없는지를 검사할 수 있는 보안검색 신기술에 대한 요구가 지속적으로 높아져왔다. 이런 맥락에서, 2009년 이후 등장한 L3 시스템사의 프로비전(그림 4 참조) 시스템과 같은 밀리미터파 기반의 보안검색 시스템이 전 세계의 공항에 설치되게 되었다[3]. 이 시스템은 의류를 투과할 수 있는 밀리미터파를 사용하기 때문에 단순히 금속 물질을 지니고 투과하는지만 검사가 가능하고, 휴대한 물품이 금속제의 단순한 물건인지, 흉기인지는 사람이 보조적으로 검사를 해야 하는 금속탐지기와 달리, 형상과 재질에 대한 정보를 기반으로 위험물품을 가려낼 수 있는 신기술로 채택되고 있다. 공항 국제선을 이용하는 경우 이 시스템 안에 들어가 검색을 받아본 사람은 체험해 보았을 것이다. 기본적인 시스템의 검사 방법은 원통 안에 들어가 양팔을 위로 반쯤 들어 올린 상태로 사람이 서면, 바 형태의 센서가 사람의 주위를 한 바퀴 돌며 스캔한다. 그 결과 옷 속에 흉기 등을 은닉하고 있지 않은지 검사를 하는 방식이다.

그림 4

원통형 보안검색 시스템 개념도

출처 Reproduced from [4].

이러한 원통형 검사 방식은 신체의 모든 방향을 두루 돌면서 검사하기 때문에 탁월한 방식이다. 기존의 금속탐지기만을 사용하는 방식과 비교한다면 비금속 재질의 위험물품의 반입도 검사가 가능한 진일보한 방식이다.

그러나 기술적인 면 외에 대상이 되는 승객의 경험적 측면에서 보자면, 기존에는 금속탐지기를 걸어서 통과하기만 하면 됐던 보안검색이 어느 정도 밀폐감이 느껴지는 검사 기계 안에 서서 양팔을 벌려 들고 멈춰선 자세를 취한 채 스캔을 받는다는 점에서는 다소 불쾌한 경험일 수 있는 방식으로 복잡하게 변화되었다는 점과, 많은 경우 금속탐지기 통과 이후 별도 동선으로 유도되어 검사를 받는 방식이기 때문에, 검색 절차가 복잡하다는 인상을 줄 수 있는 등 개선의 여지가 있는 검사 방법이라고 할 수 있다.

이보다 조금 후에 등장한, 역시 밀리미터파를 사용하는 또 다른 검색 장비로는 Rhode & Schwarz 사의 QPS 시스템과 같은 패널형 시스템이 있다(그림 5 참조)[4,5].

그림 5

패널형 보안검색 시스템 개념도

출처 Reproduced from [4].

이 시스템은 원통형으로 회전하는 기구물과 같이 기계적인 움직임이 있는 검사기기를 사용하지 않고, 비교적 개방감이 있는 두 개의 패널 사이에서 검사를 받는다는 점에서 조금 더 간편하게 여겨질 수 있는 검사 방식이다. 프로비전 시스템과는 달리 양 팔을 위로 들어 올리지는 않지만, 양팔을 약간 벌려 아래로 내리는 자세를 취하게 되어 있다. 짧은 시간이기는 하지만, 검사가 이루어지는 동안 멈추어 서서 검사를 받는 방식을 취하고 있다.

앞의 두 종류의 보안검색 시스템을 묶어 전신스캐너 시스템이라 하는데, 현재 공항의 보안검색 시스템 중에서는 가장 첨단에 해당하는 검색 장비라 할 수 있다. 전신스캐너라는 뜻은 실제 기구적인 움직임이 있건 없건 간에 센서의 순차적인 센싱, 즉 스캔을 통하여 전신의 이미지를 얻는 방식이라는 의미이다. 이러한 스캔 방식은 고해상도의 영상을 얻기 위해서는 많은 수의 센서가 요구되는 카메라 방식과 달리 상대적으로 적은 센서 수로도 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있는 방식이라 할 수 있다. 하지만, 스캔하는 시간만큼의 측정 시간이 요구된다는 단점이 있기도 하다. 스캔 시간의 측면에서는 기계식 스캔을 이용하는 방식보다는 전기적 스캔을 이용하는 방식이 보다 유리하다고 할 수 있다.

트루비전(ThruVision)사의 트루비전 시스템과 같은 이동형 카메라 시스템 역시 차세대 보안검색 장비로 최근 주목을 받고 있는 장비이다(참고문헌[6]의 링크 참조).

이 장치는 이동이 편리하여 설치 장소의 구애를 받지 않는 이동식 시스템이라는 점 외에도, 앞서의 전신스캐너와 조금 차이가 있다. 가장 큰 차이는 앞의 두 회사의 전신스캐너는 테라헤르츠 영상을 찍기 위하여 별도의 테라헤르츠파 발생기를 통하여 대상체에 조명한 테라헤르츠파가 반사된 영상을 찍는 방식을 사용하는 액티브 이미징(Active Imaging) 방식을 채용한 반면, 트루비전 시스템은 별도의 테라헤르츠파 발생기를 두지 않고, 사람의 몸에서 자연 복사되는 에너지 가운데 테라헤르츠파에 해당하는 대역을 검출하는 패시브 이미징(Passive Imaging) 방식을 취한다는 점이다. 간단히 말해, 파원을 두고 찍는 방식을 액티브 방식이라 하고, 별도의 파원을 두지 않고 찍는 방식을 패시브 방식이라 한다.

자연상태에서 방출, 또는 반사되는 전파를 검출한다는 점에서 패시브 방식은 우리가 흔히 사용하는 가시광선 대역이나 적외선 대역의 카메라가 영상을 얻는 방식과 유사하다고 할 수 있고, 별도의 테라헤르츠파 발생 장치를 필요로 하지 않는다는 점에서 장점이 있는 방식이다.

그러나 패시브 방식의 시스템은 자연상태에서 사람의 신체로부터 방출되는 테라헤르츠파의 세기가 매우 미약하다. 그렇기 때문에 이를 검출하기 위하여 매우 낮은 레벨의 신호까지 검출이 가능하도록 극도로 민감한 센서가 필요하고, 그렇지 않은 경우 자칫 외부의 열잡음에 의하여 영향을 받을 수 있다는 단점이 존재할 수 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 센서의 중심부는 주변의 열잡음으로부터 영향을 덜 받도록 수십 켈빈 이하의 매우 낮은 온도로 유지하는 방식의 검색 장비도 발표된 바가 있으나[7], 이처럼 극저온을 유지하는 장비는 운영이 까다롭고, 고장 등이 발생할 경우 유지 보수를 거쳐 다시 안정화가 이루어질 때까지 긴 운휴시간이 요구되는 등 운영상 극복해야 할 어려움이 존재할 것으로 예상된다.

미국 교통안전국(TSA: Transportation Security Administration)은 미국 국토안보부(DHS: Department of Homeland Security)의 산하기관으로, 9.11 테러 이후 미국 내 또는 미국을 드나드는 여객기의 운행 안전에 관한 제반 사항을 관리하는 곳이다. 이곳에서는 진화하는 테러 위협에 대응하면서, 보안검색 절차가 지나치게 복잡하고 오래 걸리지 않을 수 있는 새로운 보안검색 기술의 개발과 첨단화를 장려하기 위한 방편으로, 새로운 방식의 첨단 보안검색 기술이 시제품 형태로 개발되면, 실제 공항에 적용하기에 앞서 그 가능성을 테스트해 볼 수 있는 전환 연구 개발 프로그램(Transformative Research and Development Program)을 운용하고 있다. 이 프로그램의 일환으로 최근 ‘빠른 보안검색(Screening at Speed)’이라는 제목의 프로그램이 추진되고 있다. 그 최종 목표는 ‘공항의 보안검색대를 걸어서 통과하고, 따로 짐과 소지품을 분리하지 않을 수 있는 기술에 대한 연구’라 요약할 수 있다(참고문헌 [8]의 링크 내 그림 참조).

공항 안전을 책임지는 기관의 검증과 승인을 받은 이후에야 공항에 설치하고 운용이 될 수 있으며, 국가마다 이러한 역할을 총괄하는 항공 당국 또는 그 산하의 기관이 존재한다. 미국의 경우에는 TSA가 이러한 역할을 하고, 유럽을 포함한 많은 나라는 유엔 산하의 국제 민간항공기구(ICAO: International Civil Aviation Organization)의 규정을 따르고 있다. 대부분 이 두 곳의 규정이 국제적인 규범으로 간주되고 있다.

특히 미국이나 유럽의 경우, 외국에서 출발하는 여객기가 자국에 들어올 경우, 자국의 규정에 맞는 보안검색 절차를 준수할 것을 요구하는 경향이 있기 때문에, 이들 항공 안전 인증기관 간에는 상호 간의 교차 인증 등을 위한 협의와 협업이 이루어지고 있다.

이러한 관점에서, 특히 미국이 차세대 대인 보안검색에 대한 첨단 기술을 도입할 경우, 우리나라를 포함, 전 세계에 이러한 시스템이 도입되고 파급되어야 할 필요성이 생기게 된다. 게다가 차세대 보안검색 방식은 단순화 기술의 첨단화뿐만 아니라 이용객의 편의성과 검사 속도의 개선 등을 추구하는 방향으로 개발이 되고 있기 때문에, 더욱 파급력이 클 수밖에 없을 것이다. 일단 이러한 기술이 어느 국가, 어느 공항에 도입이 된다면, 인접 국가와 치열한 허브공항 경쟁 중인 우리나라의 사정상, 공항 경쟁력 확보의 차원에서라도 편의성과 신뢰성이 확보된 첨단 시스템의 도입이 불가피할 것이고, 경쟁 관계에 있는 다른 나라들도 비슷한 이유로 이러한 시스템의 도입에 나설 것이기 때문이다.

이러한 측면에서 세계 각국은 차세대 대인 보안검색 기술을 주도하기 위한 연구 개발을 활발히 진행하고 있으며, 우리나라도 이제 이러한 첨단 기술 경쟁에 뛰어들고 있다.

본고에서는 그중에서 주요한 흐름을 파악하는 데 도움이 될 수 있는 대표적인 사례만을 간략하게 살펴보도록 하겠다. 다만, 본고에서 소개하는 기술 개발 사례와 방향 외에도 다양하고 많은 시도와 연구 개발이 경쟁적으로 이루어지고 있음을 미리 밝혀두고자 한다.

가장 먼저 고려해 볼 세계적인 주요 동향은 소위 위험기반 보안검색(Risk-Based Security)이라 부르는 방법이다[9]. 이 방법의 목표는 사전에 개인의 보안 위험도에 대한 다양한 정보를 수집 분석하여 신뢰 할만한 대상에 대해서는 보안검색의 절차를 단순화하고, 위험도가 높은 대상에 대해서는 철저한 보안검색을 거치도록 하는 방식으로, 현재의 보안검색과 동일한 레벨의 안전성을 확보하면서도 공항 보안검색의 전체적인 대기 및 소요 시간을 줄이자는 아이디어이다. 위험기반 보안검색은 이미 전 세계적으로 활발하게 검토 논의되고 있으며, 일부 국가에서는 가능한 수준에서 점진적으로 도입 운영을 하고 있다. 차세대 보안검색에서 이러한 컨셉의 극단적인 예로, 국제항공운송협회(IATA: International Air Transport Association)에서는 2011년에 ‘미래 공항 보안검색 청사진(Checkpoint of the Future: Blueprint)’ 이라는 개념을 발표하였다. 이 안에 따르면, 각 여행객에 대해서는 생체 인증과 사전 개인 정보의 공유에 따라 미리 위험도 레벨이 ‘저위험도’, ‘통상 위험도’, ‘고위험도’로 분류되고, 각각의 위험도에 따라 가령 고위험도로 분류된 대상은 다양한 모든 검사 단계를 거치는 검색라인으로, 저위험도로 분류된 사람은 단순한 검사만 하면 되는 라인으로 보내 검사를 한다는 컨셉을 발표하였다(그림 6)[10,11]. 이러한 미래 보안검색에 포함되는 기술은, 현재의 다양한 보안검색 기술에 덧붙여 개인의 사전 위험도를 체크하고, 그 정보를 지금 공항 내의 개인과 바로 연동할 수 있는 바이오 인식 기술과 범죄 시행 전의 심리적 불안감 등을 갖고 있지 않은지 등을 체크하기 위한 이상행동 검사 기술 등이 포함될 수 있을 것이다.

그림 6

위험도별 분리 보안검색 개념도

물론, 이러한 아이디어는 당장 여러 가지 문제점을 안고 있다. 첫째로는 기술적인 면으로, 사전에 각 개인의 위험도를 정확하게 파악하는 신뢰성 있는 기술이 존재할 것인가 하는 문제가 있을 것이다. 기술적으로 이것이 가능하다 하더라도 개인의 위험도를 특정 기관들이 사전에 수집, 분류하고 외국 기관과 공유하는 것에 대한 법적·인권적 문제가 존재할 수 있을 것이다. 만약 이러한 문제들이 해결된다고 하여도, 대다수의 사람은 중간 단계의 검색 절차를 거친다. 반면, 소수의 사람은 간소화된 절차만을 거치는 검색대를, 또 몇몇은 강화되고 복잡한 절차를 거치는 검색대를 이용하는 경우를 생각해 보자. 가령 국적, 인종, 성별, 외모 등에 따른 차별의 가능성에 대한 시비의 문제나 인권 침해 또는 특권 및 불평등에 대한 시비 등의 논란이 발생할 수 있을 것이다. 너무 문제를 확대하여 과장하는 것일 수도 있으나, 조금 더 나아가자면 이는 전반적으로 공항의 보안검색, 나아가서는 해당 국가의 인권 수준에 대한 부정적 인식을 일으키는 요인이 될 위험성도 존재한다.

그러나 이러한 기술적·법적·인권적·감정적 우려사항과 전제 조건이 존재함에도 불구하고, 위험 기반 보안검색 기술은 안전성과 효율성의 측면에서 그 효과가 높을 것으로 예상이 되고 있다. 따라서 전세계적으로 이러한 방식을 도입하기 위하여 여러 가지 예상되는 문제점을 해결하기 위한 노력과 검토는 지속적으로 이루어지고 있다. 최초 제기된 아이디어는 다소 거칠고 폭력적으로까지 보일 수 있으나, 기술적 보완을 통하여 좀 더 납득이 가능한 수준으로 다듬는다면, 안전을 위하여 현실화가 가능할 수 있을 것으로 예상된다. 예를 들어, 법적·인권적 문제를 슬기롭게 선결한다는 전제하에 차별성에 대한 부분은 개개인 또는 주변인이 자신이 어떤 등급의 보안 검사를 받고 있는지 가급적 인지하지 못 하도록 기술적으로 해결할 수만 있다면, 큰 저항감 없이 효율적 보안검색을 할 수 있는 방안으로 채택될 수도 있을 것으로 예상된다.

또 다른 측면에서 주목할만한 대인 보안검색 기술 동향은, 바로 본고의 주제인 테라헤르츠파를 이용한 보안검색 기술을 개발하고자 하는 움직임이다.

테라헤르츠파는 현재 전신 검색에 사용하고 있는 밀리미터파에 비하여 더 높은 영상 해상도를 기대할 수 있으나, 상대적으로 고주파이기 때문에 관련 기술의 난이도가 더 높다고 할 수 있다. 보안검색에 있어서 높은 해상도의 영상을 확보하는 것이 중요한 이유는 밀리미터파나 테라헤르츠파가 기본적으로 사람이 입고 있는 의류를 통과하여 피부 표면까지를 바라볼 수 있기 때문에, 만약 검사 영상을 사람이 눈으로 보고 판단을 한다면 인권 침해 등의 우려가 생길 수 있다는 점과 연계되어 있다. 즉, 자칫 공항의 보안검색 요원에게 개인의 신체적 프라이버시를 노출할 위험성을 제거하기 위해서는 인공지능(AI: Artificial Intelligence) 기술을 기반으로 자동으로 형상을 인식하고 판별하되, 사람의 개입을 철저히 배제하는 영상 판독 기술이 전제되어야 하기 때문이다.

이러한 관점에서 아무리 인공지능이 뛰어나다고 하더라도, 판독의 대상이 되는 영상의 품질이 좋지 않다면 판독의 정확도는 일정 한계 이상으로 높아지기 어렵기 때문에, 보다 정확하고 정교한 기초 영상을 획득하는 일이 중요하게 된다. 따라서 여러 물질에 대한 투과도와 영상 해상도를 종합적으로 판단할 때 테라헤르츠파 대역이 보안검색에 최적인 주파수 대역으로 주목을 받고 있다.

이 외에도 시스템의 안정성을 확보하고, 데이터의 처리 속도를 높이면서, 자동 판별의 정확도를 높이는 한편, 전체적인 시스템의 상용화를 고려하여 현실적으로 도입과 운영이 가능한 가격대의 시스템으로 개발을 해야 하기 때문에 다양한 분야의 집중적이고 고도화된 연구 개발 역량이 요구되는 분야라 할 수 있다.

한국전자통신연구원에서는 우리나라의 기술로 차세대 대인 보안검색 시스템을 개발하기 위하여 연구 개발을 하고 있다. 2021년부터 시작된 ‘차세대 대인 보안검색 기술 개발’ 사업은 신발을 벗지 않고도 신발 속에 위험물을 숨기고 있는지 여부를 검사하기 위한 신발 검색 시스템의 개발을 목표로 수행되고 있다. 이 시스템은 사람이 신을 신고 올라선 상태로 테라헤르츠파를 이용하여 신발의 표면뿐만 아니라, 그 내부를 3차원적으로 검사하여 유해물을 은닉하고 있는지 검사할 수 있는 시스템으로 개발될 예정이다.

한편, 이렇게 개발된 기술을 바탕으로 하되 고도화한다면 사람이 복도를 자연스럽게 걸어서 통과하는 동안 필요한 보안검색을 모두 마칠 수 있는 워크-스루 방식의 보안검색도 가능할 전망이다. 이를 위하여 국토교통부는 국내 보안검색 시스템을 개발하기 위한 연구개발 과제를 이미 2021년부터 순차적으로 개시하여 최종적으로는 그림 7에 나타낸 것과 같이 차세대의 공항 보안검색 절차를 마련하기 위한 관련 사업을 추진 중이다. 2025년 이후에는 신발 검색 시스템이 개발되어 국내 공항 적용을 시작으로 해외 시장 개척에 나설 전망이고, 워크-스루 검색 시스템도 2023년부터 개발에 착수하여 2027년 상용화를 목표로 사업화를 추진 중이다.

그림 7

국토교통부의 차세대 보안검색 시스템 개념도

이러한 계획에 따라, 그림 7에 보이는 바와 같이, 신발검색기와 워크-스루 보안검색기, 그리고 휴대 수화물을 위한 디지털 엑스선 검색기를 통합하여 차세대 공항 보안검색 시스템이 완성될 예정이다. 이와 함께 국산 보안검색 장비의 인증 기준을 마련하기 위한 사업도 추진되는 등, 국내 항공보안검색 기술과 장비의 국산화 및 첨단화를 위한 계획이 추진 및 실행되고 있다. 이러한 기술 개발에는 테라헤르츠파의 인체 안전성이 근간을 이루고 있으며, 테라헤르츠 부품과 시스템 및 자동 판독 기술에서 국내 개발 역량이 중요한 근간을 이루고 있다.