JP2006343702A - Hologram-reproducing method and device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録材料に記録再生するホログラムストレージに係り、特にホログラム記録材料から記録情報を再生するホログラム再生方法及び装置に関する。 The present invention relates to a hologram storage for recording and reproducing interference fringes of signal light and reference light on a hologram recording material, and more particularly to a hologram reproducing method and apparatus for reproducing recorded information from a hologram recording material.
近年、ホログラフィック技術は、次世代、次々世代光ディスクと競合する強力なストレージの候補として注目を集めているホログラフィックメモリの実用化に向けて、急速に開発が進められており、ホログラム技術を利用して大容量デ−タの記録再生を行うホログラムストレージが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
しかしながら、従来のホログラムストレージでは、レーザの安定性、材料の収縮などに起因するホログラム再生画像の輝度ムラ、画像カケは、データデコード時のビットエラーレート(bER)を悪化させる原因となり、最悪の場合、データページ自体の再生が不能となる恐れがある。従来は、記録された参照光位置と同一の位置から再生参照光を照射することによりホログラムの再生を行っていたため、これらの影響を受けやすい再生方法となっており、本現象を、光学系、ホログラム記録材料の改良等で完全に解消することは難しく、実用化に向けた一つの大きな障害となっていた。 However, in the conventional hologram storage, the luminance unevenness and image chipping of the hologram reproduction image due to laser stability, material shrinkage, etc. cause the bit error rate (bER) at the time of data decoding to deteriorate, which is the worst case. The data page itself may not be played back. Conventionally, since the hologram was reproduced by irradiating the reproduction reference light from the same position as the recorded reference light position, it has become a reproduction method that is easily influenced by these, and this phenomenon is applied to the optical system, It has been difficult to completely eliminate the hologram recording material and the like, which has been a major obstacle to commercialization.
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、光学系やホログラム記録材料の特性や安定性が通常レベルのものであっても、輝度ムラ、画像カケなどが無い高品質のホログラム画像を再生することができるホログラム再生方法及び装置を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and the object of the present invention is that even if the characteristics and stability of the optical system and the hologram recording material are at a normal level, uneven brightness, image chipping, etc. It is an object of the present invention to provide a hologram reproducing method and apparatus capable of reproducing a high-quality hologram image that does not exist.
本発明は上記目的を達成するため、参照光をホログラム記録材料に照射して再生信号光を発生させ、この再生信号光を撮像して再生画像を得るホログラム再生方法であって、記録時の参照光と同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得、これら複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得ることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a hologram reproduction method for generating a reproduction signal light by irradiating a hologram recording material with a reference light, and capturing the reproduction signal light to obtain a reproduction image. A plurality of reproduced images are obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference beams that are the same as or not the same as the light, and a single reproduced image is obtained by performing image processing on the plurality of reproduced images. .
また、本発明は、参照光をホログラム記録材料に照射して再生信号光を発生させ、この再生信号光を撮像して再生画像を得るホログラム再生方法であって、記録時の参照光とホログラム記録材料への入射角度が同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得、これら複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得ることを特徴とする。 The present invention also relates to a hologram reproduction method for irradiating a hologram recording material with reference light to generate reproduction signal light and capturing the reproduction signal light to obtain a reproduction image. A plurality of reproduced images are obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference beams having the same or different incident angles on the material, and a single reproduced image is obtained by performing image processing on the plurality of reproduced images. It is characterized by.
また、本発明は、参照光をホログラム記録材料に照射して再生信号光を発生させ、この再生信号光を撮像して再生画像を得るホログラム再生方法であって、記録時の参照光とホログラム記録材料の再生目標記録領域との位置関係が同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得、これら複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得ることを特徴とする。 The present invention also relates to a hologram reproduction method for irradiating a hologram recording material with reference light to generate reproduction signal light and capturing the reproduction signal light to obtain a reproduction image. A plurality of reproduced images are obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference beams having the same or not the same positional relationship with the reproduction target recording area of the material. A reproduction image is obtained.
このように本発明では、記録時の参照光と同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射する、即ち、例えば角度多重方式で記録した画像を再生する場合は、目標の画像を再生する際に、記録時の参照光の入射角を含むある範囲の角度に変化した複数の参照光を用い、その時に得られる複数の再生信号光を連続撮像し、得られた複数枚の画像データの画素毎のピーク値を集めて1枚の再生画像に合成する画像処理を行うことによって、レーザ光源の不安定性、ホログラム記録材料の収縮、光学系の変動などが存在する通常レベルの光学系やホログラム記録材料を用いても、輝度ムラ、画像カケなどが無い高品質のホログラム画像を再生することができる。 As described above, in the present invention, when the hologram recording material is irradiated with a plurality of reference lights that are the same or not the same as the reference light at the time of recording, that is, for example, when reproducing an image recorded by the angle multiplexing method, the target image is reproduced. When reproducing, a plurality of reference lights changed to an angle within a certain range including the incident angle of the reference light at the time of recording are used, and a plurality of reproduction signal lights obtained at that time are continuously imaged. By performing image processing that collects peak values for each pixel of image data and synthesizes them into a single reconstructed image, the normal level of optics that causes instability of the laser light source, shrinkage of the hologram recording material, fluctuation of the optical system, etc. Even when a system or a hologram recording material is used, a high-quality hologram image free from luminance unevenness, image blur, etc. can be reproduced.
本発明によれば、記録時の参照光と同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に5照射することにより得られる複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像とすることにより、ホログラムの再生において、再生参照光の厳密な位置決めを行わずとも、データのデコードに最適なホログラム画像を生成ることが可能となった。また、光学系の変動、レーザの不安定性、メディアの収縮などによる記録参照光と再生参照光のずれに対しても、画像処理により補正を行うことで高品質の画像を再生することができる。さらに、周辺のホログラム再生画像からのクロストーク成分、ノイズ成分を導出し、これらを用いて再生画像に画像処理を施すことにより、クロストークが軽減され、S/N及びコントラストが向上したホログラム再生画像を再生することが可能となり、データのデコードにおけるエラーレート改善に大きく寄与することができる。 According to the present invention, a plurality of reproduced images obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference lights that are the same or not the same as the reference light at the time of recording is subjected to image processing to form one reproduced image. As a result, it is possible to generate a hologram image that is optimal for data decoding without strict positioning of the reproduction reference light during hologram reproduction. In addition, it is possible to reproduce a high-quality image by correcting the deviation of the recording reference light and the reproduction reference light due to fluctuations in the optical system, laser instability, media shrinkage, and the like by performing image processing. Further, by deriving crosstalk components and noise components from the surrounding hologram reproduction image and performing image processing on the reproduction image using these, the hologram reproduction image with reduced crosstalk and improved S / N and contrast Can be reproduced, which can greatly contribute to the improvement of the error rate in data decoding.
光学系やホログラム記録材料の特性や安定性が通常レベルのものであっても、輝度ムラ、画像カケなどが無い高品質のホログラム画像を再生する目的を、記録時の参照光と同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射する、即ち、例えば角度多重方式で記録した画像を再生する場合は、目標の画像を再生する際に、記録時の参照光の入射角を含むある範囲の角度に変化した複数の参照光を用い、その時に得られる複数の再生信号光を連続撮像し、得られた複数枚の画像データの画素毎のピーク値を集めて1枚の再生画像に合成する画像処理を行うことによって実現した。 Even if the characteristics and stability of the optical system and hologram recording material are normal, the purpose of reproducing a high-quality hologram image free from luminance unevenness and image blur is the same and / or the same as the reference light at the time of recording When the hologram recording material is irradiated with a plurality of non-reference lights, that is, for example, when reproducing an image recorded by the angle multiplexing method, the incident angle of the reference light at the time of recording is included when reproducing the target image. Using a plurality of reference lights that have changed to an angle of the range, a plurality of reproduction signal lights obtained at that time are continuously imaged, and peak values for each pixel of the obtained plurality of image data are collected into one reproduction image. Realized by performing image processing to synthesize.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るホログラム再生装置(記録装置も含む)の構成を示したブロック図である。本実施形態のホログラム(記録)再生装置は、角度多重方式で画像データを多重記録再生する構成を有し、レーザ光源1、シャッター2、半波長板3、偏光ビームスプリッタ(PBS)4、シャッター5、ミラー6、スペイシャルフィルター7、13、ミラー8、14、空間変調器(SLM)9、レンズ10、11、12、16、17、19、回転ミラー15、アパーチャ20、21、イメージセンサ22及び制御装置23を有し、ホログラム記録材料50に対してホログラムを記録再生する。尚、レンズ10、11と、レンズ12、16と、レンズ17、19はそれぞれ4F系を構成している。また、制御装置23は機構制御部231、撮像制御部232、画像処理部233を有し、機構制御部231は回転ミラー15を回転させてホログラム記録材料50への参照光200の入射角度を変化させ、撮像制御部232は参照光200の入射角度の変化に同期してイメージセンサ22を制御することより再生信号光の撮像を行い、画像処理部233は撮像画像の画像処理(後述)を行う。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hologram reproducing apparatus (including a recording apparatus) according to the first embodiment of the present invention. The hologram (recording) reproducing apparatus of this embodiment has a configuration for multiplexing and reproducing image data by an angle multiplexing method, and includes a
次に本実施形態のホログラム記録再生装置の動作について概略説明する。まず、記録時、シャッター2、5が開放されている。レーザ光源1から出射されたレーザ光はシャッター2、半波長板3を通してPBS4に入射され、ここで信号光100と参照光200に分岐される。信号光100はシャッター5、ミラー6、スペイシャルフィルター7、ミラー8を通ってSLM9を通ることによりデータページにより空間変調される。空間変調された信号光100はレンズ10、11、12を通って、ホログラム記録材料50に集光される。一方、参照光200はスペイシャルフィルター13、ミラー14、回転ミラー15を通してホログラム記録材料50に照射される。これにより、信号光100と参照光200の干渉縞がホログラム記録材料50に記録される。この際、信号光100を変調するデータページを変更する毎に回転ミラー15を回転させて参照光200のホログラム記録材料50への入射角度を変えることにより、ホログラム記録材料50の同一記録領域に角度多重による多重記録がなされる。
Next, an outline of the operation of the hologram recording / reproducing apparatus of the present embodiment will be described. First, during recording, the
再生時、シャッター2が開放され、シャッター5は閉じている。そのため、参照光200のみが回転ミラー15を通してホログラム記録材料50へ照射され、発生した再生信号光300がレンズ16、17、19を通してイメージセンサ22に入射され、ここで再生画像データが得られる。この際、回転ミラー15を回転させて参照光200のホログラム記録材料50への照射角度を変えることにより、多重記録された画像データが順次再生される。
During reproduction, the
次に上記したホログラム記録再生装置における再生動作について更に詳しく説明する。本実施形態の再生動作では、回転ミラー15を連続的に回転させて、記録参照光近傍の複数の再生参照光を用いてホログラム記録材料50に記録された画像データを再生している。しかし、従来の角度多重による記録データの再生では、記録のときに用いた参照光角度と一致するよう回転ミラー15を制御し、一致した段階でイメージセンサ22によりホログラム再生画像の撮像をイメージセンサ22で行っていた。シフト多重の場合も同様で、メディア(ホログラム記録材料)を移動させながら参照光200と記録スポットとの位置関係を記録時と一致させるようにメディア移動の制御を行い、一致した段階でホログラム再生画像の撮像を行っていた。
Next, the reproducing operation in the above hologram recording / reproducing apparatus will be described in more detail. In the reproducing operation of the present embodiment, the rotating mirror 15 is continuously rotated to reproduce the image data recorded on the
このように従来の多重再生時に、光学系や、メディアなどが極めて理想的な状態にあって、安定したホログラム再生画像が撮像できる場合においては、従来の再生方法でも問題がないが、実際には、レーザの不安定性、メディアの収縮、光学系の変動などがあり、必ずしも記録した位置において安定したホログラム再生画像が撮像できるとは限らない。 As described above, when the optical system and the media are in an ideal state at the time of conventional multiplex reproduction and a stable hologram reproduction image can be captured, there is no problem with the conventional reproduction method. There are laser instabilities, media shrinkage, optical system fluctuations, and the like, and a stable hologram reproduction image cannot always be captured at the recorded position.
そこで、本実施形態では、角度多重光学系の場合、回転ミラー15を連続して動かすか、記録時の角度ピッチよりも微小なピッチで動かし、記録参照光近傍で複数のホログラム再生画像を撮像し、これらの画像を用いて、画像処理により、理想的に再生されるべき1枚のホログラム再生画像を再構成する。それには、ホログラムが記録されているホログラム記録材料50の記録スポットにおいて、回転ミラー15を回転させて参照光200のホログラム記録材料50への入射角度(再生光角度)を連続的に変化させる。
Therefore, in the present embodiment, in the case of the angle multiplexing optical system, the rotating mirror 15 is continuously moved or moved at a pitch finer than the angular pitch at the time of recording, and a plurality of hologram reproduction images are captured in the vicinity of the recording reference light. Using these images, one hologram reproduction image that should be ideally reproduced is reconstructed by image processing. For this purpose, at the recording spot of the
図2は参照光の角度に対してホログラムの回折効率を測定した結果を示した図である。この図で、θ0、θ1、θ2、θ3はホログラム記録を行った参照光の角度である。この参照光の角度を中心として、再生時の再生参照光の入射角度の連続変化によって得られる複数の撮像画像を画像処理する画像処理範囲として図示されている。前述のようにレーザの不安定性、メディアの収縮、光学系の変動などが存在しない、理想的なシステムでホログラム記録、再生を行った際には、記録した参照光角度でホログラム再生を行えば、最良のホログラム画像が再生される。 FIG. 2 is a diagram showing the result of measuring the diffraction efficiency of the hologram with respect to the angle of the reference beam. In this figure, θ0, θ1, θ2, and θ3 are angles of the reference light on which hologram recording is performed. The image processing range in which a plurality of captured images obtained by continuous change in the incident angle of the reproduction reference light during reproduction is image-processed around the angle of the reference light is illustrated. As described above, there is no instability of the laser, shrinkage of the media, fluctuation of the optical system, etc., when performing hologram recording and reproduction with an ideal system, if hologram reproduction is performed at the recorded reference beam angle, The best hologram image is reproduced.
しかしながら、現実の光学系では、図3に示すように、記録された参照光位置でホログラム再生を行っても最良のホログラム画像が再生されるとは限らない。図中、θexp は、ホログラム記録を行ったときの参照光の角度であり、最適再生参照光の位置のずれによって、ここで再生を行っても最大の回折効率が得られるわけではなく、画像全体輝度の低下、さらには輝度ムラ等が発生する。図中、θpの回折効率が最大となる参照光角度であり、記録時の参照光位置と再生時の最適参照光位置が|θp −θexp |だけずれたことになる。 However, in an actual optical system, as shown in FIG. 3, even if hologram reproduction is performed at the recorded reference beam position, the best hologram image is not always reproduced. In the figure, θexp is the angle of the reference light when holographic recording is performed, and the maximum diffraction efficiency is not obtained even if reproduction is performed here due to the displacement of the position of the optimum reproduction reference light. Decrease in luminance, luminance unevenness and the like occur. In the figure, θp is the reference light angle at which the diffraction efficiency is maximized, and the reference light position at the time of recording and the optimum reference light position at the time of reproduction are shifted by | θp−θexp |.
図3では、参照光角度とホログラム全体の回折効率を示したが、同様の関係をホログラム画像の画素毎に測定すると、図4のようになる。図中は、簡単のため、a、b、cの3画素について示してあるが、実際は、同様のプロファイルが画素の数だけ測定される。ここで、注目すべきは、画素毎に回折効率のピークがずれていることである。極めて理想的な光学系においては、画素毎に回折効率のピークがずれることはなく、画素毎に測定されるプロファイルは一致する。しかしながら、実際の光学系では、図4のようなプロファイルが得られ、各画素毎のプロファイルの相違は、再生画像上では、輝度ムラとして観察される。 FIG. 3 shows the reference beam angle and the diffraction efficiency of the entire hologram. FIG. 4 shows a similar relationship measured for each pixel of the hologram image. In the figure, for the sake of simplicity, three pixels a, b, and c are shown, but actually, the same profile is measured by the number of pixels. Here, it should be noted that the peak of diffraction efficiency is shifted for each pixel. In a very ideal optical system, the peak of diffraction efficiency does not shift from pixel to pixel, and the profiles measured for each pixel match. However, in the actual optical system, a profile as shown in FIG. 4 is obtained, and the difference in profile for each pixel is observed as luminance unevenness on the reproduced image.
従来のホログラム再生方法は、基本的には、記録を行った参照光位置と同じ位置で再生を行い、ここで1枚の画像を撮像していた。しかし、この方法では、上記の通りデータページ全体の回折効率の低下による輝度の低下、さらには、輝度ムラの解消が非常に困難であった。そこで、本実施形態では、図4に示したように、画素毎にプロファイルが異なることに着目し、記録参照光位置前後で連続的にホログラム再生像を撮像し、複数枚の画像を用いて画像処理することによってこれらの問題を解決することに成功した。以下、その処理方法について説明する。 In the conventional hologram reproducing method, basically, reproduction is performed at the same position as the reference light position where recording is performed, and one image is captured here. However, with this method, as described above, it is very difficult to reduce the luminance due to the reduction of the diffraction efficiency of the entire data page and to eliminate the luminance unevenness. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, focusing on the fact that the profile is different for each pixel, a hologram reproduction image is continuously captured before and after the recording reference light position, and an image using a plurality of images is used. We succeeded in solving these problems by processing. The processing method will be described below.
図5に示すように、全ての画素について、回折効率が最大となる角度を全て含む領域を画像処理使用領域と定義する。例えば、角度多重光学系であれば、連続的に参照光回転ミラー15を回転させてイメージセンサ22による連続撮像を行い、この領域内で撮像された図5に示すような連続画像列に対して画像処理を行うことにする。
As shown in FIG. 5, for all pixels, an area including all angles at which the diffraction efficiency is maximum is defined as an image processing use area. For example, in the case of an angle-multiplexed optical system, the reference light rotating mirror 15 is continuously rotated to perform continuous imaging by the
図6は上記した画像処理で用いる画像処理アルゴリズムを示したフローチャートである。まず、ステップ101にて、図3で示した連続撮像範囲で、回転ミラー15を連続的に回転制御して参照光200の入射角を連続的に変化させ、その時に得られた再生信号光300をイメージセンサ22で連続撮像する。次にステップ102にて、後続のステップで最大値探索を行う前の前処理として、各画素で得られる図7に示すようなプロファイル(実線)に対して式(1)で示されるような積分処理を行い、プロファイルの平滑化を行う (破線)。実際に撮像された画像にはノイズ成分も含まれており、撮像された画像列について前処理なしに最大値探索を行うと、ノイズを最大値として保持する可能性があるため、平滑化処理を行う。その後、ステップ103〜105にて、画像処理範囲内の画素値の最大値を探索する処理を行い、最大値が探索されると、ステップ106にて画素値の最大値を出力する。即ち、上記画像処理は、全ての画素について撮像の時間軸方向に最大値の探索を行い、それぞれの画素についてその最大値を保持することで全ての画素が最大値で構成される1枚の画像を再構成するものである。
FIG. 6 is a flowchart showing an image processing algorithm used in the image processing described above. First, in
このような画像処理を行うことにより、図8(A)に示すような輝度ムラ、輝度低下などが存在するホログラム再生画像列から、図8(B)に示すような画質改善処理の施された1枚のホログラム画像を再構成することが可能である。画像上の輝度低下は、画像の周辺部で顕著に現れる傾向があるが、画像の周辺部には、ホログラムに記録されているデータのデコードに重要な位置決め用のマーカが記録されているので、この画像処理により周辺部の輝度低下を救済することが可能となり、安定したデータのデコードが可能となる。 By performing such image processing, image quality improvement processing as shown in FIG. 8B was performed from a hologram reproduction image sequence in which luminance unevenness, luminance reduction, etc. exist as shown in FIG. 8A. One hologram image can be reconstructed. The brightness drop on the image tends to appear prominently in the periphery of the image, but since the marker for positioning important for decoding the data recorded in the hologram is recorded in the periphery of the image, By this image processing, it is possible to relieve the luminance decrease in the peripheral portion, and it becomes possible to decode data stably.
本アルゴリズムは、連続撮像中にホログラム画像の位置ずれが生じないことが前提条件になる。近年、イメージセンサ22として用いるCMOSイメージセンサの高フレームレート化が進んでおり、強固に固定された撮像系により短時間で連続撮像を行うことで、この位置ずれ対策を行うか、それでも位置ずれが生じる場合には、データページに記録されている位置決め用マーカにより位置決めを行い、位置ずれ補償を行えばよい。
This algorithm is premised on the fact that the hologram image is not misaligned during continuous imaging. In recent years, the CMOS image sensor used as the
ここで、上記した最大値保持を行う処理過程(ステップ103〜105)において、光学系の収差などに起因し、図9(A)に示した通常のデータコードに対して、画像処理後に図9(B)に示すように画像の横方向にデータシンボルが膨らむことがある。この場合、隣のシンボルとの符号間干渉によりbERを悪化させる可能性がある。画像上でひとつのデータシンボルについて着目し、プロファイルの時間変化(すなわち、参照光角度方向の変化)を重畳させて図示すると、図10のようになる。このプロファイルを見るとわかるように、プロファイルが左右非対称となり、プロファイルの広がりもデータシンボルを構成する最小画素単位よりも大きくなる可能性がある。理想的には、プロファイルの形状が左右対称で、且つ、広がりも最小画素単位と同等であれば、符号間干渉が生じない。
Here, in the processing process (
図10は、画像処理範囲を50フレームに設定したときのプロファイルの時間変化を重ねて表示したものであるが、この画像処理範囲を制御し、たとえば、このシンボル付近では、画像処理範囲を30フレーム(50フレーム中、最後の20フレームを画像処理範囲の対象外とした)と設定しなおすと、図11に示すようなプロファイルが得られる。このように最大値探索の際に使用する画像のフレーム数を画像上の場所により最適化することにより、光学系の収差に起因する画素の膨らみを抑制することができ、符号間干渉を抑えることが可能となる。なお、この膨らみは参照光の移動方向、すなわち画像上では、横方向に対して生じるため、画像の列方向では、同一のフレーム数で処理を行えばよい。 FIG. 10 shows the profile over time when the image processing range is set to 50 frames. The image processing range is controlled. For example, in the vicinity of this symbol, the image processing range is set to 30 frames. If the setting is made again (the last 20 frames out of 50 are excluded from the scope of the image processing range), a profile as shown in FIG. 11 is obtained. In this way, by optimizing the number of frames of the image used for the maximum value search according to the location on the image, it is possible to suppress pixel bulging due to aberration of the optical system, and to suppress intersymbol interference. Is possible. Since this bulge occurs in the direction of movement of the reference light, that is, in the horizontal direction on the image, the processing may be performed with the same number of frames in the column direction of the image.
本実施形態によれば、目標の画像を再生する際に、再生時の参照光200を記録時の参照光の入射角を含むある範囲の角度に連続的に変化させ、その時に得られる再生信号光300を画像をイメージセンサ22で連続撮像し、得られた複数枚の画像の画素毎のピーク値を集めて1枚の再生画像に合成することにより、レーザ光源1の不安定性、ホログラム記録材料50の収縮、光学系の変動などが存在する、通常レベルの光学系やホログラム記録材料50を用いても、輝度ムラ、画像カケなどが無い高品質のホログラム画像を再生することができる。
According to this embodiment, when reproducing a target image, the
尚、図6のアルゴリズムは図3に示した参照光の角度変化範囲の全てについて連続撮像を行っているが、図2の画像処理範囲の時のみ連続撮像を行っても同様の効果がある。 The algorithm in FIG. 6 performs continuous imaging over the entire reference light angle change range shown in FIG. 3, but the same effect can be obtained by performing continuous imaging only in the image processing range of FIG.
図12は、本発明の第2の実施形態に係るホログラム再生方法を説明するための図であり、画素値の総和の変動(回折効率の変動)と画素値の総和の変動による画素処理範囲の指定を説明する図である。図2に記載の画像処理範囲の指定について、各ホログラム間において画像処理範囲が変動する場合、すなわち、一定間隔で指定できない場合においては、動的に範囲指定を行う必要がある。図12では、ホログラム再生画像の一部の領域を指定して、その領域に存在するすべての画素の画素値の総和を求め、その時間的変化(この実施例では、参照光の角度方向の変化)を同図中(A)のように導出する。参照光角度を振ったときに画像上の輝度変化は画像の端から開始される特徴を利用して、ここでは、同図(B)に示した画像の左右にそれぞれ、赤色(R)、黄色(Y)の枠で指定したような領域を設け、これらの領域で画素値の総和を算出している。同図(A)のグラフの色は、同図(B)の画像の領域の枠の色と対応しており、画像全体の画素値の総和のピーク(青色(B))が、画像の両端に設けられた領域の画素値の総和のピーク(赤(R)、黄色 (Y))の間に存在することがわかる。 FIG. 12 is a diagram for explaining a hologram reproducing method according to the second embodiment of the present invention, in which the pixel processing range due to the variation of the sum of pixel values (the variation of diffraction efficiency) and the variation of the sum of pixel values is illustrated. It is a figure explaining designation | designated. Regarding the designation of the image processing range shown in FIG. 2, when the image processing range varies between holograms, that is, when it cannot be designated at a constant interval, it is necessary to dynamically designate the range. In FIG. 12, a partial area of the hologram reproduction image is specified, the sum of the pixel values of all the pixels existing in the area is obtained, and its temporal change (in this embodiment, the change in the angular direction of the reference light) ) Is derived as shown in FIG. The luminance change on the image when the reference light angle is swung utilizes the feature that starts from the edge of the image. Here, red (R), yellow on the left and right of the image shown in FIG. Regions as specified by the frame (Y) are provided, and the sum of pixel values is calculated in these regions. The color of the graph in FIG. 6A corresponds to the color of the frame of the image area in FIG. 5B, and the peak of the sum of the pixel values of the entire image (blue (B)) is at both ends of the image. It can be seen that the pixel exists between the peaks (red (R), yellow (Y)) of the sum of the pixel values in the region provided in FIG.
すなわち、ホログラム再生画像の輝度の変化が画像のいずれかの端領域(本例では、黄色(右側)の領域)から始まり、画像全体輝度の上昇、反対側の端領域(本例では、赤色(左側)の領域)で終了している。このことを利用して、画像の両端に設定された領域の画素値の総和のピークをそれぞれの領域で求め、この間を画像処理範囲として設定すれば、請求項6記載の画像処理方法により、自動的に範囲指定された画像処理範囲で、輝度補正されたホログラム再生像を生成することが可能となる。なお、輝度プロファイルのピークを検出する際には、前処理として、図7に記載の方法で平滑化を行うことは、輝度プロファイルがノイズの影響を受けるときに有効である。 That is, the change in luminance of the hologram reproduction image starts from one of the end areas of the image (in this example, the yellow (right side) area), the whole image increases in luminance, and the opposite end area (in this example, red ( (Left area)). By utilizing this fact, the peak of the sum of the pixel values of the regions set at both ends of the image is obtained in each region, and if this interval is set as the image processing range, the image processing method according to claim 6 automatically Accordingly, it is possible to generate a hologram reproduction image whose luminance is corrected within an image processing range designated as a range. When detecting the peak of the luminance profile, smoothing by the method shown in FIG. 7 as preprocessing is effective when the luminance profile is affected by noise.
ここで、例えば、ホログラム記録時と再生時との間にメディアに温度変化があり、メディアの熱膨張により、記録された干渉縞に大きな変化を生じた場合、いかなる参照光角度位置においてもホログラム再生像のごく一部しか再生されず、さらに隣接する角度位置に書き込まれたホログラム画像とのクロストークが顕著となる。このような場合においては、ホログラム再生像全体を同一の画像処理範囲で請求項6に記載の方法で画像処理を行うと、複数のデータコードが合成された画像が生成されることになる。これを回避するために、画像を複数の領域(ここでは例えば2つの領域)に分割し、画像の領域ごとに請求項7に記載の画像処理方法を適用した後、それぞれの領域で生成された画像を合成することによって複数のデータコードが合成されること無く、輝度補正されたホログラム再生像を生成することができる。
Here, for example, if there is a temperature change in the media between hologram recording and playback, and if the recorded interference fringes change significantly due to thermal expansion of the media, hologram playback is possible at any reference light angle position. Only a small part of the image is reproduced, and crosstalk with a hologram image written at an adjacent angular position becomes significant. In such a case, when the entire hologram reproduction image is subjected to image processing by the method according to claim 6 in the same image processing range, an image in which a plurality of data codes are combined is generated. In order to avoid this, the image is divided into a plurality of areas (here, for example, two areas), and the image processing method according to
この画像処理アルゴリズムについて図13を用いて説明する。図13は、図12と同様に、参照光角度を変化させながら画像の領域ごとに画素値の総和を求めたものをグラフ化したものである。この図13(A)も図12(A)と同様に画像全体の画素値の総和のピークの両脇に黄色(Y)枠、赤(R)枠で指定された領域の画素値の総和のピークが存在し、同様に画像処理範囲を決定することができる。ただし、FramekからFramemまでを用いて請求項5に記載の画像処理を行うと、この場合は、隣接する角度位置のホログラムからのクロストークについても合成されてしまう。このため、図13(B)に示すように画像上で領域を分割(この例では、Region1 とRegion2 の2領域)し、それぞれに請求項7に記載の方法で画像処理を行う。このとき画像処理範囲は、Region1については、FramekからFramelまでの範囲、Region2については、Frame lからFrame mまでの範囲となり、それぞれの範囲で角度方向にサブサンプリングされた位置で再生されたホログラム画像を用いて画像処理を行う。
This image processing algorithm will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a graph showing the sum of the pixel values for each region of the image while changing the reference light angle, as in FIG. FIG. 13A also shows the sum of the pixel values of the region designated by the yellow (Y) frame and the red (R) frame on both sides of the peak of the sum of the pixel values of the entire image, as in FIG. There is a peak, and the image processing range can be similarly determined. However, when image processing according to
このようにして、生成された画像は図14(A)に示すようになる。この領域ごとに生成された画像を画像合成処理により合成した結果は図14(B)に示すようになる。この図14(B)で示した画像では、領域の境界付近で輝度の非連続性が観察されるが、双方の領域の位置ずれは存在せず、変調コードのシンボルの境界と、この画像処理領域の境界を一致させておけば、輝度の非連続性がデータのデコード性能に影響を及ぼすことはない。 Thus, the generated image is as shown in FIG. The result of combining the images generated for each region by the image combining process is as shown in FIG. In the image shown in FIG. 14B, luminance discontinuity is observed in the vicinity of the boundary between the regions, but there is no positional deviation between both regions, and the boundary between the symbols of the modulation code and this image processing If the boundaries of the regions are made coincident, the luminance discontinuity will not affect the data decoding performance.
本実施形態によれば、画像処理範囲が一定間隔であらかじめ指定できない場合においても、画像上の画素値の変動をもとに自動的に画像処理範囲を指定することもできる。また、例えば、記録メディア上の記録ブック間で、画像処理範囲の位置が変化しない場合は、一つのブックで本実施形態に記載の方法で、画像処理範囲の導出を行い、導出された画像処理範囲をLUT に保存、このテーブルを同一メディア上の他のブックの読み出しに用いることもでき、再生時の計算量を低減することも可能である。 According to the present embodiment, even when the image processing range cannot be specified in advance at regular intervals, the image processing range can be automatically specified based on the fluctuation of the pixel value on the image. Also, for example, when the position of the image processing range does not change between recording books on the recording medium, the image processing range is derived by the method described in this embodiment for one book, and the derived image processing is performed. The range can be stored in the LUT, and this table can be used to read other books on the same media, reducing the amount of computation during playback.
図15は、本発明の第3の実施形態に係るホログラム再生装置の画像処理を示したフローチャートである。ホログラム記録再生においては、記録密度向上のため、多重度を大きくとって多重記録を行うが、一般的には多重度が大きくなるほど、隣接するデータページによるクロストークがデータをデコードする上で問題になってくる。上記の第1の実施形態では、隣接するデータページのホログラム再生画像についても、上述のような画像処理により、輝度ムラ、画像カケが軽減されたホログラム再生画像が生成できる。そこで、本実施形態では、輝度ムラ、画像カケが軽減された画像からクロストーク成分を計算し、軽減処理を行って画像品質を更に向上させるのが目的である。 FIG. 15 is a flowchart showing image processing of the hologram reproducing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In hologram recording / reproduction, multiplex recording is performed with a large multiplicity in order to improve the recording density. Generally, as the multiplicity increases, crosstalk due to adjacent data pages becomes a problem in decoding data. It becomes. In the first embodiment described above, a hologram reproduction image with reduced luminance unevenness and image blur can be generated for the hologram reproduction image of an adjacent data page by the image processing as described above. Therefore, in the present embodiment, it is an object to further improve the image quality by calculating a crosstalk component from an image with reduced luminance unevenness and image blur and performing a reduction process.
それには、隣接する連続撮像画像を用いて、第1の実施形態の図6のフローチャートで示したような処理で最大値ではなく、図15のフローチャートで示したような最小値を保持するような画像処理を行い、全ての画素が最小値で構成されるような画像を再構成することで、ノイズ成分に相当する画像を生成する。図15にて、ステップ201、202の処理は図6のそれと同じであるが、ステップ203の画像処理範囲が図16に示すように異なっており、回折効率が最小になる値を含めて画像処理範囲が決められている。ステップ203〜205にて画像処理範囲の最小値を求め、ステップ206にて画素値の最小値を出力する。即ち、上記画像処理は、全ての画素について撮像の時間軸方向に最小値の探索を行い、それぞれの画素についてその最小値を保持することで全ての画素が最小値で構成される1枚の画像を再構成する。
For this, adjacent continuous captured images are used to hold the minimum value as shown in the flowchart of FIG. 15 instead of the maximum value in the process as shown in the flowchart of FIG. 6 of the first embodiment. Image processing is performed, and an image corresponding to a noise component is generated by reconstructing an image in which all pixels are configured with the minimum value. In FIG. 15, the processing of
この画像を用いて、第1の実施形態の最大値保持により再構成された画像からノイズ成分を軽減することが可能になる。なお、最小値より構成される画像を生成する際にも図7の平滑化処理を施したプロファイルを用いて処理する方がよい。図16において、上記クロストーク、ノイズ軽減処理により参照光角度θ1に対応する画像を生成する場合を考える。前述の最大値探索アルゴリズムによりθ0付近で再構成された画像をIp0、θ1付近で再構成された画像をIp1、θ2付近で再構成された画像をIp2とし、θ0とθ1との間で前述の最小値探索アルゴリズムにより再構成された画像をIb0、θ1とθ2との間で再構成された画像をIb1とする。このとき、クロストーク、及びノイズが軽減された画像Icr1は、経験的に求められる係数をcoefp1、coefp2、coefb0、coefb1とすると、式(2)のように表される。 Using this image, it becomes possible to reduce noise components from the image reconstructed by holding the maximum value of the first embodiment. Note that it is better to use the profile subjected to the smoothing process of FIG. 7 when generating an image composed of the minimum values. In FIG. 16, a case is considered where an image corresponding to the reference light angle θ1 is generated by the crosstalk and noise reduction processing. An image reconstructed in the vicinity of θ0 by the above-described maximum value search algorithm is Ip0, an image reconstructed in the vicinity of θ1 is Ip1, an image reconstructed in the vicinity of θ2 is Ip2, and the above-mentioned between θ0 and θ1 An image reconstructed by the minimum value search algorithm is Ib0, and an image reconstructed between θ1 and θ2 is Ib1. At this time, the image Icr1 with reduced crosstalk and noise is expressed as shown in Expression (2), where coefficients empirically obtained are coefp1, coefp2, coefb0, and coefb1.
この式(2)は、右辺の第1項目で示される、求めたい画像のピーク画像から、右辺の第2項目で示される画像のピーク画像の両隣りのピーク画像とクロストーク成分を差し引くことにより、求めたい画像のピーク画像から両隣りの画像の影響やクロストーク成分を取り除き、極めて品質の良い画像が得られることを意味している。これを一般化して、n番目の画像Icrnは式(3)のように表される。 This equation (2) is obtained by subtracting the peak image and the crosstalk component on both sides of the peak image of the image indicated by the second item on the right side from the peak image of the image to be obtained indicated by the first item on the right side. This means that the influence of the adjacent images and the crosstalk component are removed from the peak image of the image to be obtained, and an extremely high quality image can be obtained. By generalizing this, the n-th image Icrn is expressed as shown in Equation (3).
本実施形態によれば、目標の画像を再生する際に、再生時の参照光200を記録時の参照光の入射角を含むある範囲の角度に連続的に変化させ、その時に得られる再生信号光300をイメージセンサ22で連続撮像し、得られた複数枚の画像データの画素毎のピーク値を集めて1枚の再生画像に合成し、且つ、この再生画像から隣接画像のクロストーク成分などを差し引くことにより、更に高品質の画像を得ることができる。
According to this embodiment, when reproducing a target image, the
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば上記実施形態では、本発明を角度多重方式のホログラム再生装置に適用したが、図17に示すようなシフト多重方式のホログラム再生装置に適用しても同様の効果を得ることができる。この場合、制御装置23はホログラム記録材料50を少しずつ移動させながら参照光200を照射し、その時にイメージセンサ22で再生信号光300を連続撮像して複数の再生画像を得る。これら複数の再生画像を制御装置23により第1の実施形態と同様の方法で画像処理し、1枚の高品質の再生画像を得る。また、位相多重やスペックル多重などの各種多重方式のホログラム再生装置にも本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement also with another various form in a concrete structure, a function, an effect | action, and an effect. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to an angle multiplexing hologram reproducing apparatus. However, the same effect can be obtained by applying the present invention to a shift multiplexing hologram reproducing apparatus as shown in FIG. In this case, the
1……レーザ光源、2、5……シャッター、3……半波長板、4……偏光ビームスプリッタ(PBS)、6、8、14……ミラー、7、13……スペイシャルフィルター、9……空間変調器(SLM)、10、11、12、16、17、19……レンズ、15……回転ミラー、20、21……アパーチャ、22……イメージセンサ、23……制御装置、50……ホログラム記録材料、231……機構制御部、232……撮像制御部、233……画像処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
記録時の参照光と同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得、これら複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得ることを特徴とするホログラム再生方法。 A hologram reproducing method for generating a reproduction signal light by irradiating a hologram recording material with a reference light and capturing a reproduction signal light to obtain a reproduction image,
A plurality of reproduced images are obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference lights that are the same as or not the same as the reference light at the time of recording, and a single reproduced image is obtained by performing image processing on the plurality of reproduced images. A hologram reproducing method characterized by the above.
記録時の参照光とホログラム記録材料への入射角度が同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得、これら複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得ることを特徴とするホログラム再生方法。 A hologram reproducing method for generating a reproduction signal light by irradiating a hologram recording material with a reference light and capturing a reproduction signal light to obtain a reproduction image,
A plurality of reproduced images are obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference beams having the same or different incident angles on the hologram recording material and the reference light at the time of recording, and the plurality of reproduced images are subjected to image processing. A hologram reproduction method characterized in that one reproduction image is obtained.
記録時の参照光とホログラム記録材料の再生目標記録領域との位置関係が同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得、これら複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得ることを特徴とするホログラム再生方法。 A hologram reproducing method for generating a reproduction signal light by irradiating a hologram recording material with a reference light and capturing a reproduction signal light to obtain a reproduction image,
A plurality of reproduced images are obtained by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference beams having the same or not the same positional relationship between the reference light at the time of recording and the reproduction target recording area of the hologram recording material. A hologram reproduction method characterized in that image processing is performed to obtain one reproduction image.
記録時の参照光と同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得る再生手段と、
前記得られた複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得る画像処理手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。 A hologram reproducing device that irradiates a hologram recording material with reference light to generate reproduction signal light, images the reproduction signal light, and obtains a reproduction image,
Reproducing means for obtaining a plurality of reproduced images by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference lights that are the same and not the same as the reference light at the time of recording;
Image processing means for performing image processing on the obtained plurality of reproduced images to obtain one reproduced image;
A hologram reproducing apparatus comprising:
記録時の参照光とホログラム記録材料への入射角度が同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得る再生手段と、
前記得られた複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得る画像処理手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。 A hologram reproducing device that irradiates a hologram recording material with reference light to generate reproduction signal light, images the reproduction signal light, and obtains a reproduction image,
Reproducing means for obtaining a plurality of reproduced images by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference lights having the same or not the same incident angle to the hologram recording material and the reference light at the time of recording;
Image processing means for performing image processing on the obtained plurality of reproduced images to obtain one reproduced image;
A hologram reproducing apparatus comprising:
記録時の参照光とホログラム記録材料の再生目標記録領域との位置関係が同一及びまたは同一でない複数の参照光を前記ホログラム記録材料に照射することにより複数の再生画像を得る再生手段と、
前記得られた複数の再生画像を画像処理して1枚の再生画像を得る画像処理手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。 A hologram reproducing device that irradiates a hologram recording material with reference light to generate reproduction signal light, images the reproduction signal light, and obtains a reproduction image,
Reproducing means for obtaining a plurality of reproduced images by irradiating the hologram recording material with a plurality of reference lights having the same and / or non-identical positional relationship between the reference light at the time of recording and the reproduction target recording area of the hologram recording material;
Image processing means for performing image processing on the obtained plurality of reproduced images to obtain one reproduced image;
A hologram reproducing apparatus comprising:
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