CN101609700B - 再现设备和再现方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行关于全息图记录介质的再现的再现设备，在所述全息图记录介质中，通过信号光和参考光之间的干涉，根据所述信号光记录全息图页，在所述信号光中位数据使用光强差别的信息以像素为增量排列，所述再现设备包括：参考光生成单元，用于生成当获得再现图像时照射的参考光；相干光生成单元，用于生成相干光，其强度大于所述再现图像的最小振幅的绝对值，并且具有与所述再现图像中的参考相位相同的相位；图像传感器，用于以像素为增量接收输入图像；以及光学系统，用于将所述参考光引导到所述全息图记录介质，并且还将根据所述参考光的照射而获得的再现图像和所述相干光引导到所述图像传感器。

Description

再现设备和再现方法
技术领域
本发明涉及用于从全息图记录介质执行再现的再现设备及其方法，其中用参考光和信号光之间的干涉条纹(interference fringes)将数据记录在全息图记录介质中。
背景技术
例如，如在日本未审专利申请公开No.2006-107663和日本未审专利申请公开No.2007-79438中所公开的，存在全息图记录/再现方法，其中用信号光和参考光之间的干涉条纹执行数据的记录，并且通过参考光的照射再现用干涉条纹记录的数据。对于全息图记录/再现方法，存在所谓的共轴方法，其中通过将信号光和参考光布置在同一轴上执行记录。
采用相位掩模(Phase Mask)的记录
图64、65A和65B是用于描述通过采用共轴方法的全息图记录/再现技术的图，其中图64图示记录技术，而图65A和65B图示再现技术。
首先，在图64中，在记录时，来自光源的入射光在SLM(空间光调制器)101经历空间光强调制(下文中，也简称为强度调制)，从而生成布置在同一轴上的信号光和参考光。SLM 101由例如液晶面板等配置。
此时，根据记录数据，以像素为增量通过使入射光经历强度调制生成信号光。此外，根据预定模式，通过使入射光经历强度调制生成参考光。
在SLM 101如此生成的信号光和参考光通过相位掩模102经历空间相位调制。如在附图中所示，根据相位掩模102，将随机相位模式提供给信号光，而将预先确定的预定相位模式提供给参考光。
如日本未审专利申请公开No.2006-107663中所公开的，参考光为何经历相位调制的原因是用于使得能够对全息图记录介质复用记录。例如，如图66所示，这里将进行描述以用于确认，其中复用记录要执行记录以便重叠全息图页(能够通过信号光和参考光之间的干涉条纹一次记录的增量)。
使用全息图记录/再现方法，通过采用具有某种相位配置的参考光记录的全息图页(数据)，在再现时可以只通过照射具有相同相位配置的参考光来读出。利用这一点，即，在每次记录时通过采用具有不同相位配置的参考光来执行数据的复用记录，在每次再现时选择性地照射根据不同相位配置的参考光，从而可以选择性地读出执行复用记录的每个数据。
此外，为何将随机相位调制模式提供给信号光的原因是为了改进善信号光和参考光之间的干涉效率，并且实现信号光光谱的扩散，从而抑制DC分量以实现高的记录密度。
对于关于信号光的相位调制模式，例如设置根据“0”或“π”的二元的随机模式。具体地，设置随机相位调制模式，其中设置不经历相位调制(即，相位＝0)的像素和要由π(180度)单独调制的像素，使得前一种像素的数目和后一种像素的数目相同。
这里，根据SLM 101的强度调制，生成根据记录数据将其强度调制为“0”或“1”的光作为信号光。这种信号光经历根据“0”或“π”的相位调制，从而生成分别具有“-1”、“0”或“1”作为其波前的光。具体地，当将根据相位“0”的调制提供给其光强调制为“1”的像素时，其振幅为“1”，而当提供根据相位“π”的调制时，其振幅为“-1”。注意到，关于其光强为“0”的像素，对于相位“0”的调制或相位“π”的调制，其振幅保持为“0”。
图67A和67B图示在不提供相位掩模102的情况下(图67A)和提供相位掩模102(图67B)的情况下，关于信号光和参考光的差别，以用于确认。注意到，在图67A和67B中，表示了根据色密度的光的振幅的大小关系。具体地，在图67A中，黑色→白色由振幅“0”→“1”表示，而在图67B中，黑色→灰色→白色由振幅“-1”→“0”→“1(+1)”表示。
生成其强度根据记录数据调制的信号光。因此，强度(振幅)“0”和“1”不必随机布置，因此促使DC分量的出现。
将通过相位掩模102的上述相位模式设为随机模式。因此，在从SLM 101输出的信号光中安排其光强为“1”的像素，以便被随机(对半)分为振幅“1”和“-1”。因此，像素被随机地分为振幅“1”和“-1”，光谱可以在傅立叶平面(频率平面：该情况可以设想为介质上的图像)上均匀地分布，因此，可以实现信号光中DC分量的抑制。
因此，如果实现信号光的DC分量的抑制，则可以实现数据记录密度的改进。
DC分量在信号光中出现，因此记录材料对其DC分量极大地反应，因此不能执行如图66所示的复用记录。这是因为对于记录DC分量的部分阻止更多数据复用记录。
使用这种随机相位模式实现DC分量的抑制，从而使得能够进行数据的复用记录以实现高记录密度。
返回到上面的描述，通过相位掩模102经历上述相位调制的信号光和参考光由物镜103聚光，并且照射在全息图记录介质HM上。因此，在全息图记录介质HM上形成根据信号光(记录图像)的干涉条纹(衍射光栅，即，全息图)。也就是说，使用其干涉条纹的形成来执行数据的记录。
随后，在再现时，首先如图65A所示，使用关于入射光的SLM 101的空间光调制(强度调制)生成参考光。随后，根据通过相位掩模102的空间光相位调制，将与记录时相同的预定相位模式给到如此生成的参考光。
在图65A中，通过相位掩模102经历相位调制的上述参考光通过物镜103照射在全息图记录介质HM上。
此时，如上所述，将与记录时相同的相位模式提供给参考光。如图65B所示，这种参考光照射在全息图记录介质HM上，从而获得根据记录的全息图的衍射光，因此，将其衍射光作为反射光从全息图记录介质HM输出。也就是说，获得根据记录数据的再现图像(再现光)。
随后，在图像传感器104(例如如CCD(电荷耦合器件)传感器、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器等)处接收如此获得的再现图像，基于其图像传感器104的接收信号执行记录数据的再现。
孔径
现在，使用上述全息图记录/再现技术，在记录时实现通过相位掩模102抑制信号光的DC分量，从而实现高记录密度。这种采用相位掩模102的技术在可以执行全息图页的复用记录的平面实现了高记录密度。
另一方面，迄今已经提出一种用于实现减少全息图页的大小的技术作为用于实现高记录密度的另一方法。
具体地，如图68所示，提供孔径105以便输入在记录时照射在全息图记录介质HM上的信号光(和参考光)，并且孔径105只允许离信号光的光轴中心预定范围的光透射。孔径105提供在用作上述傅立叶平面(即，与关于介质的全息图页的记录平面相同的频率平面)的位置。
要记录在全息图记录介质HM上的全息图页的大小的减小可以通过在傅立叶平面上提供的孔径105实现，因此可以实现在介质上的每个全息图页所占面积的减小的平面处的高记录密度。
注意到，在采用通过使用孔径105实现高记录密度的上述技术的情况下，由于孔径105处的透射区域变窄，因此可以实现全息图的大小的减小，因此进一步实现高记录密度。然而，透射区域如此变窄，这等价于使关于入射光(图像)的空间频率的通道带(passage band)变窄。具体地，由于透射区域变窄，因此只允许低频带的分量通过，因此透射区域用作所谓的低通滤波器。
像素位置的确定和过采样
顺便提及，使用上述全息图记录/再现系统，为了正确地再现在全息图页中包括的0和1的数据，必须找到用作一个数据位的定界符(delimiter)的每个数据像素(SLM 101的每个像素)的位置对应于在图像传感器104处获得的图像信号内的哪个位置的对应关系。
此时，如果调整光学系统，使得SLM 101的每个像素(数据像素)与图像传感器104的每个像素(检测器像素)一对一严格对应，则可以除去用于识别对应关系的处理。具体地，因此，在严格实现光学像素匹配的状态下，在图像传感器104的某个像素处接收的图像是否是通过SLM 101的哪个像素记录的图像变得无需证明，因此，不必特别执行用于识别对应关系的处理。
然而，实际上，实现严格像素匹配是非常困难和不实际的。因此，迄今基于没有采取严格的光学像素匹配的前提，已经执行用于从通过图像传感器104的读出信号识别每个数据像素位置的信号处理。
在没有采取严格像素匹配的情况下，在数据像素偏离检测器像素的状态下执行照射。此时，在根据数据像素的数目：检测器像素的数目的比率是1∶1的情况下，关于如上所述的数据像素对检测器像素的偏离的分辨率是一倍(one time)，因此未能处理小于像素的增量的偏离。因此，使用识别数据像素位置的处理，例如如图69所示，调整像素的数目、SLM 101的光学系统和图像传感器104，使得在图像传感器104的n个像素(n＞1)处接收SLM 101的一个像素量(worth)的图像。
这种用于执行再现图像的采样使得在图像传感器104的n个像素量处接收SLM 101的一个像素量的图像的技术称为过采样。
注意到图69示例了在图像传感器104的4个像素量(2×2)处接收SLM101的一个像素量的图像的情况，并且过采样率是两倍，但是过采样当然不限制于此。
将描述根据现有技术的数据像素位置的识别方法的具体示例。首先，为了执行数据像素位置的识别，在记录时预先将称为同步(sync)的预定数据模式插入全息图页(信号光)。
图70图示将同步插入信号光的示例。图70的示例图示这样的情况，其中插入以附图中的正方形轮廓标记图示的同步，使得在垂直和水平方向都提供预定间隔。
每个同步的插入位置用记录格式预先确定。根据记录格式确定包括上述同步的插入位置的信号光中的整个数据阵列。具体地，如图70所示的每个同步的插入位置、要在其间插入的像素的数目(数据像素的数目)等用记录格式预先确定。
根据该观点，如果可以在再现时从由图像传感器104读出的图像识别每个同步的插入位置，则可以根据记录格式的信息估计每个数据像素的位置。
具体地，对于在再现时的处理，首先，从由图像传感器104读出的图像执行同步的插入位置的搜索。也就是说，从由图像传感器104读出的图像识别已经获得上述预定的数据模式作为同步的位置(检测器像素的位置)。
随后，在识别同步的插入位置时，根据记录格式的信息识别每个数据像素的位置。例如，根据记录格式，(通过各像素分隔开多少像素)可以发现从识别的同步到要处理的数据像素的距离，因此基于其信息，从识别的同步位置的信息执行每个数据像素位置的识别。
执行这种数据像素位置的识别处理，从而即使在还没有执行光学像素匹配的情况下，也可以适当地了解读出的图像中每个数据像素的位置。
通过线性内插的振幅值计算
此外，使用根据现有技术的全息图记录/再现设备，在执行如上所述的数据像素位置的识别后，还通过采用识别的数据像素位置周围的振幅值的线性内插，计算在识别数据像素位置处的振幅值。
通常，使用数据存储系统的再现系统，代码之间的干涉(使用全息图记录的像素之间的干涉)可以视为相同信号属性的线性重叠。因此，从该前提的观点看，每个相邻数据像素的振幅值可以视为具有预定的线性关系。
这里执行的线性内插处理是在这种线性的前提下、从周围振幅值获得要处理的数据像素的振幅值的处理。
采样定理
顺便提及，关于目前描述的全息图记录/再现方法，如也可以参照图65A所理解的，其再现系统的操作通常等价于图像传感器104的每个像素采样(数字采样)用作再现图像的原始连续信号(模拟信号)。
根据尼奎斯特采样定理，用具有高于包括在其中的最高频率的两倍的频率的时钟采样原始连续信号，以将其(数字数据)数字化，从而可以通过适当的LPF(低通滤波器)，从数字数据精确地恢复原始的模拟信号。
在全息图记录/再现系统的情况下，原始读出信号的最高频率用孔径大小(图68中示出的孔径105的透射区域的大小)确定。具体地，孔径大小的一半变为最高频率。另一方面，用过采样率确定采样频率。
因此，根据尼奎斯特采样定理，在过采样率大于孔径大小的情况下，可以恢复原始信号(即，再现图像)。也就是说，使用全息图记录/再现系统，在概念上，过采样率和孔径大小之间的关系应该是过采样率＞孔径大小。
发明内容
然而，全息图记录/再现系统具有非线性，因为关于介质可以记录光强和相位的信息，但是在再现时通过图像传感器104仅可以检测光强的信息。具体地，参照图64，已经关于可以通过相位掩模102记录3个值“0”、“+1”和“-1”(强度1和相位π的组合)的振幅的点进行了描述，但是如也可以从这一点所理解的，相位的信息也可以与光强的信息一起记录在全息图记录介质HM中。另一方面，图像传感器104可以只检测通过对振幅值求平方并且将其转换为绝对值而获得的光强的信息。从这一点的观点看，根据现有技术的全息图记录/再现系统具有非线性。
图71A和71B图示用于描述这种非线性的模拟结果。图71A和71B的每个图示通过采用全息图记录/再现系统的模拟器(simulator)计算的原本要获得的读出信号的振幅、和实际上要由图像传感器104读出的信号的振幅之间的比较结果。已经通过模拟器根据其像素的大小、积分输入到图像传感器104的每个像素的信号而不改变所述信号，获得原本要获得的读出信号的振幅。此外，已经通过计算通过对输入到图像传感器104的信号求平方、并且根据像素的大小将其积分而获得的结果的平方根，获得实际上要由图像传感器104读出的信号的振幅。
在每一附图中，原本要获得的读出信号的振幅取为水平轴，而实际上要由图像传感器104读出的信号的振幅取为垂直轴，并且两者之间的关系通过绘图图示。在用作输出的垂直轴具有关于用作输入的水平轴的线性关系的情况下，其绘图变为直线，因此，通常这种图称为“用于观察线性的图”。
注意到，使用在此情况下的模拟器，SLM 101的一个像素分为16×16块，此外将图像传感器104的一个像素的大小设为8×8块的大小。也就是说，过采样率是两倍(2×2的过采样)。在此情况下，假设只有处于图像传感器104的一个像素的中心部分的5×5块的区域是有效的，执行积分。已经基于图像传感器104的实际填充因子设置该条件。此外，已经将孔径大小设置为1.2×1.2，其为尼奎斯特孔径大小。
应该注意，在图71A到72B中的模拟的情况下，没有执行再现图像的故意照射位置移动。因此，在采用2×2的过采样(即，整数倍的过采样)的情况下，一个数据像素容纳在图像传感器104的2×2像素的区域内(与图69的状态相同)。此外，如可以从此理解的，使用在此情况下的模拟，预先找到数据像素位置，因此没有执行用于位置识别的处理。
图71A图示在没有提供相位掩模102的情况下(在不包括相位掩模的情况下)的“用于观察线性的图”，而图71B图示在提供相位掩模102的情况下(在包括相位掩模的情况下)的“用于观察线性的图”。如参照图71A可以理解的，可以确认，即使在不包括相位掩模的情况下，也校正了包括在信号中的负振幅，因此出现折回(folding back)。
此外，在图71B中包括相位掩模的情况下，可以清楚地确认：在水平轴上的原始信号的振幅变为负的区域完全没有线性。
此外，随后的图72A和72B图示在这样的情况下的用于观察线性的图，其中过采样率已经设为不同于整数倍的比率，并且已经执行了通过线性内插的振幅值计算。图72A图示不包括相位掩模的情况，而图72B图示包括相位掩模的情况。图72A通过绘图点图示水平轴和垂直轴之间的关系，其中，水平轴作为通过简单地稀疏在图71A中计算的2×2的过采样的结果而获得的1×1像素的振幅值，并且垂直轴作为通过线性内插、从1.33×1.33的过采样的结果计算要处理的数据像素位置的振幅值而获得的结果。
此外，图72B通过绘图点图示水平轴和垂直轴之间的关系，其中，水平轴作为通过简单地稀疏在图71B中计算的2×2的过采样的结果获得的1×1像素的振幅值，并且垂直轴作为通过线性内插、从1.33×1.33的过采样的结果计算要处理的数据像素位置的振幅值而获得的结果。
应该注意，如上所述，使用在此情况下的模拟，没有执行再现图像的故意照射位置移动，因此当采取如附图中所示的像素匹配时，在水平轴上的值可以处理为信号的振幅。
注意到，图72A和72B还图示通过采用图71A和71B中采用的模拟器所获得的结果，但是如上所述，使用该模拟器，SLM 101的一个像素的大小取为16×16块，因此，如果图像传感器104的一个像素大小设为12×12块，则可以设置根据16/12≈1.33倍的过采样率。同样在此情况下，图像传感器104的一个像素内的有效区域设为中心部分的5×5的区域。
如可以参照图72A和72B所理解的，在过采样率设为不同于整数的部分值、并且通过线性内插计算数据像素位置的振幅值的情况下，垂直和水平轴的振幅的失配水平(即，线性的低下)在不包括相位掩模的情况下和包括相位掩模的情况下都变大。在图72A中的没有相位掩模的情况下的振幅值失配水平变得相当大，但是在图72B中的包括相位掩模的情况下的振幅值失配水平变得极大，这是先于实际的实现水平的问题。
作为在图71A到72B中图示的这些模拟结果，根据现有技术的全息图记录/再现系统具有非线性。在根据现有技术的记录/再现系统的情况下，由于这种非线性问题，没有合适地建立上述采样定理。也就是说，在根据现有技术的记录/再现系统的情况下，即使设置了过采样率＞孔径大小的条件，在一些情况下也未能适当地执行数据的再现。
具体地，在根据现有技术的记录/再现系统的情况下，使用大约2.0的孔径大小以及大约2.0的过采样率的设置，可以确保足够用于实际实现的临时再现性能。
这里，如上所述，关于孔径大小，可以通过减小其值实现高记录密度。因此，从此看来，希望尽可能地减小孔径大小。
然而，已经从上述非线性问题确定难以减小孔径大小到上述2.0或更小。也就是说，在减小孔径大小的情况下，也扩大了高频分量的带限宽度，并且对于通过图像传感器104按其量读出的信号容易出现失真。然而，在非线性系统的情况下，变得极难适当地校正这种对于读出信号出现的失真，并且作为其结果，已经确定难以减小孔径大小为处于或低于预定值(具体地为上述的大约2.0)。
此外，使用这种记录/再现系统，已经发现由于关于孔径大小的限制，难以将过采样率减小为处于或低于2.0。也就是说，根据上述采样定理，过采样率的值必须设为至少比孔径大小的值大的值，因此，过采样率必须设为大于2.0。
如果过采样率大，则在数据的再现时要处理的数据量倾向于增加，这阻止高传输速率的实现。从这点看，除非消除对于孔径大小的限制，否则也阻止高传输速率的实现。
如上所述，使用根据现有技术的全息图记录/再现系统，难以实现高记录密度和高传输速率。
根据本发明实施例的、用于执行关于全息图记录介质的再现的再现设备，在所述全息图记录介质中，通过信号光和参考光之间的干涉，根据信号光记录全息图页，在信号光中使用以像素为增量的光强差别的信息排列位数据，所述再现设备包括：参考光生成单元，配置来生成当获得关于在所述全息图记录介质中记录的所述全息图页的再现图像时、要照射的所述参考光；相干光生成单元，配置来生成相干光，其强度大于所述再现图像的振幅的最小值的绝对值，并且相位变为与所述再现图像中的参考相位相同的相位；图像传感器，配置来以像素为增量接收输入图像以获得图像信号；以及光学系统，配置来将所述参考光引导到所述全息图记录介质，并且还将根据所述参考光的照射从所述全息图记录介质获得的再现图像和所述相干光引导到所述图像传感器。
根据本发明的这种实施例，调整所述图像传感器的像素的数目和所述光学系统，使得过采样率至少大于1，所述过采样率表示关于是否在图像传感器侧的多少像素量的区域处接收表示再现图像内的1个数据位量的信息的1个数据像素量的图像的比率。
在以这种安排为基础的情况下，根据本发明实施例的再现设备还包括：平方根计算单元，配置来输入基于由所述图像传感器的光接收操作获得的图像信号，以便计算构成所述图像信号的每个值的平方根；移除单元，配置来从用作由所述平方根计算单元的平方根计算结果的图像信号移除相干光的分量；像素位置识别单元，配置来从由所述移除单元的移除处理后的图像信号识别包括在再现图像中的每个数据像素的位置；像素振幅值获得单元，配置来基于由所述像素位置识别单元识别的每个数据像素的位置的信息，获得图像信号中的每个数据像素位置处的振幅值；以及再现单元，配置来基于由所述像素振幅值获得单元获得的每个数据像素位置处的振幅值，再现记录数据。
使用上述配置，进行一种安排，其中由所述图像传感器通过过采样读出再现图像，并且根据关于由上述图像传感器读出的图像信号的信号处理，识别每个数据像素的位置。也就是说，使用本发明，以不执行光学像素匹配的情况作为前提。
如上所述，使用根据现有技术的全息图再现系统，不检测包括在再现图像中的相位信息，并且单独执行关于光强的检测。该强度等价于检测的再现图像的振幅的绝对值(平方值)。因此，使用本发明的上述实施例，在通过照射参考光执行数据的读出时，也照射其强度大于再现图像的振幅的最小值的绝对值的相干光，因此，将根据相干光的强度的值添加到原始振幅值。基于此，关于如上所述通过添加相干光分量获得的再现图像，计算通过检测其振幅的平方值获得的图像信号的每个值的平方根，此外，在移除添加的分量后执行数据的再现。
因此，添加大于再现图像的振幅(例如，1.5)的最小值(例如，-1)的绝对值的值，并且计算关于检测为其平方值的图像信号的每个值的平方根，并且进一步移除添加的相干光分量，因此适当地读出负振幅(-1)。因此，具体地，在通过采用相位掩模记录根据“+1”、“0”和“-1”的3个值的情况下，可以适当地读出这些“+1”、“0”和“-1”，因此，实现线性读出。
注意到，使用本发明，取相干光的相位设为与再现图像相同的相位为条件，这是因为在相干光的相位没有暂时设为相同相位的情况下，根据相干光的振幅值未能适当地加到再现图像。
如上所述，根据本发明，可以线性地读出在全息图记录介质中记录的信息。因此，实现线性读出，从而可以消除根据现有技术的关于孔径大小的限制，因此，与现有技术相比，根据本发明的孔径大小可以减小。如果可以减小孔径大小，则与现有技术相比，根据尼奎斯特定理(过采样率＞孔径大小的条件)可以减小过采样率。
因此，可以实现孔径大小的减小以及过采样率的降低，从而也可以实现关于全息图记录介质的数据的高记录密度和数据传输速率的改进。
附图说明
图1是图示根据本发明实施例的再现设备的内部配置的框图；
图2是用于描述在SLM中规定的参考光区域、信号光区域和间隙区域的各区域的图；
图3是主要示出包括在根据本实施例的再现设备中的SLM和强度/相位调制控制单元的内部配置的框图；
图4A和4B是用于描述能够进行以像素为增量的相位调制的液晶设备的结构的图；
图5A和5B是当添加相干光时、强度调制器和相位调制器的输出图像的示意性表示；
图6是图示在相干添加量是0.1的情况下的再现图像的图；
图7是图示在相干添加量是1.0的情况下的再现图像的图；
图8是图示包括在根据本实施例的再现设备中的数据再现单元的内部配置的框图；
图9A和9B是在根据本实施例执行相干添加的情况下的“用于观察线性的图”；
图10图示根据周围同步(sync)的数目划分的每个区域的信号光中的分布；
图11是用于描述用于页面中心位置的检测技术的图；
图12是用于描述用于同步位置的检测技术的图；
图13A到13D是用于描述在被三个同步包围的情况下、用于外推(extrapolate)一个同步的技术的图；
图14A到14F是用于描述在被两个同步包围的情况下、用于外推两个同步的技术的图；
图15A到15D是用于描述在被一个同步包围的情况下、用于外推三个同步的技术的图；
图16A和16B是用于描述根据第一实施例的再采样技术的图；
图17是图示用于实现基于根据第一实施例的再采样技术的再现操作的配置的框图；
图18是图示在应用根据第一实施例的再采样技术的情况下，关于页内(in-page)误差分布、SER和SNR的实验结果的图；
图19是图示在应用根据现有技术的再采样技术的情况下，关于页内误差分布、SER和SNR的实验结果的图；
图20是图示在执行根据第一实施例的同步的检测、并且执行根据现有技术的像素位置识别、像素振幅值获得和数据辨别的情况下，关于页内误差分布、SER和SNR的实验结果的图；
图21A和21B是图示执行根据第一实施例的再采样的情况和其中已经执行像素匹配的情况之间的比较结果的图；
图22A和22B是通过NMSE图示在执行相干添加的情况下、孔径大小和过采样率之间的关系的图；
图23A和23B是通过NMSE图示根据现有技术、在不执行相干添加的情况下、孔径大小和过采样率之间的关系的图；
图24是图示根据第二实施例的再现设备包括的数据处理单元的内部配置的框图；
图25是图示传感器输出图像的图；
图26是图示放大(up-scaling)后的图像的图；
图27A和27B是图示用于微分处理的图像掩模的图；
图28是图示作为X方向定时脉冲信号的图像的图；
图29是图示作为Y方向定时脉冲信号的图像的图；
图30是图示根据关于X方向定时脉冲信号的二维FFT的分析结果的图；
图31是图示根据关于Y方向定时脉冲信号的二维FFT的分析结果的图；
图32是图示X时钟信号分量的提取结果的图；
图33是图示Y时钟信号分量的提取结果的图；
图34用于描述相位偏移处理的图；
图35是图示作为X时钟信号的图像的图；
图36是图示作为Y时钟信号的图像的图；
图37A和37B是用于描述用于时钟信号的过零线的提取技术的图；
图38是图示X时钟信号的正过零线的提取结果的图；
图39是图示Y时钟信号的正过零线的提取结果的图；
图40是图示过零线组的栅格点的提取结果的图；
图41是图示图像传感器和信号光之间的位置关系的图；
图42是示例性地图示来自再采样的结果的图像的图；
图43是图示用于实现基于根据第二实施例的再采样技术的再现操作的配置的框图；
图44是图示页同步的阵列示例的图；
图45是图示页同步的另一阵列示例的图；
图46是图示在应用根据现有技术的再采样技术的情况下，关于页内误差分布、SER和SNR的实验结果的图；
图47是图示在应用根据第二实施例的再采样技术的情况下，关于页内误差分布、SER和SNR的实验结果的图；
图48是图示关于图像的扩大/缩小的容限特性的实验结果的图；
图49是图示关于图像的旋转的容限特性的实验结果的图；
图50A和50B是图示通过使用扩大图像(1.1倍)的二维FFT的分析结果的图；
图51A和51B是图示通过使用旋转图像(5度)的二维FFT的分析结果的图；
图52A和52B是用于描述第二实施例的第二修改的图；
图53是用于描述第二实施例的第三修改的图；
图54是图示根据第二实施例的第四修改的数据再现单元的(部分提取的)内部配置的框图；
图55是图示Sobel算子处理结果的图；
图56是图示通过Sobel算子处理后的图像的二维FFT获得的分析结果的图；
图57是图示照原样经历绝对值处理的、放大后的图像的图；
图58是图示通过经历绝对值处理的图像的二维FFT获得的分析结果的图；
图59是用于描述在第二实施例的第五修改的情况下的相位偏移处理的图；
图60是图示通过照原样经历绝对值处理的图像的二维FFT获得的分析结果的图(接近X时钟信号分量)；
图61是图示通过照原样经历绝对值处理的图像的二维FFT获得的分析结果的图(接近Y时钟信号分量)；
图62是示意性地图示通过矩阵分解的二维FFT的技术的图；
图63A和63B是用于描述根据第二实施例的第七修改的FFT技术的图；
图64是用于描述用于记录信息到全息图记录介质的技术的图；
图65A和65B是用于描述用于再现全息图记录介质的记录信息的技术的图；
图66是用于描述全息图页的复用记录的图；
图67A和67B是图示在没有相位掩模的情况(图67A)和具有相位掩模的情况(图67B)之间信号光和参考光中的差别的图；
图68是用于描述孔径的图；
图69是用于描述过采样的图；
图70是图示将同步插入全息图页的示例的图；
图71A和71B是图示用于描述根据现有技术的全息图记录/再现系统具有的非线性的模拟结果的图；以及
图72A和72B是图示在设置过采样率为不同于整数的倍数的比率、并且用线性内插执行振幅值计算的情况下的“用于观察线性的图”的图。
具体实施方式
将描述用于执行本发明的优选实施例(下文中称为“实施例”)。
第一实施例
再现设备的配置
图1是示出根据本发明的再现设备的实施例的记录/再现设备1的内部配置的框图。在图1中，主要示出了记录/再现设备1的光学系统、记录数据调制系统和再现系统的结构，而其它组件已经从图中省略。
在该实施例中，采用所谓的共轴系统作为全息图记录和再现系统。在共轴系统的情况下，信号光和参考光安排在相同轴上，信号光和参考光都照射到全息图记录介质HM上，以便使用干涉条纹记录数据，并且在再现的时候，只将参考光照射到全息图记录介质HM上，以便再现根据干涉条纹记录的数据。在此情况下，图1中的全息图记录介质HM是包括反射膜的所谓的反射型全息图记录介质，并且记录/再现设备1具有适用于这种反射型全息图记录介质HM的配置。
在图1中，提供激光二极管(下文中可以简称为“LD”)2作为用于获得用于记录/再现的激光束的光源。采用具有外部振荡器的激光二极管作为激光二极管2，该激光二极管2具有410NM的波长。从激光二极管2发射的光透射通过准直透镜3，转换为平行光，然后输入到空间光调制器(下文中可以简称为“SLM”)4。
SLM 4对入射光执行的空间光调制包括空间光强度调制(下文中可以简称为“强度调制”)和空间光相位调制(下文中可以简称为“相位调制”)。
现在，在由SLM 4执行的空间光调制中，生成用于执行到全息图记录介质HM的数据记录的信号光和参考光。信号光是已经由对应于记录数据的强度调制影响的光，而参考光是用于通过与信号光的干涉在全息图记录介质HM上形成干涉条纹的数据。
在SLM 4中规定参考光区域A1、信号光区域A2和间隙区域A3，以便能够生成信号光和参考光，如图2所示。具体地，包括SLM 4的中心部分的圆形区域定义为信号光区域A2，如图2所示。穿过在其圆周部分上的间隙区域A3，与信号光区域A2同心地定义参考光区域A1。注意到，已经提供间隙区域A3作为用于避免参考光漏进信号光区域A2并且造成噪声的区域。
在图1中，在强度/相位控制单元12的控制下，由SLM 4执行强度调制和相位调制的操作。尽管随后将描述由SLM 4和强度/相位控制单元12实现的特定空间光调制操作以作为实施例，但是应该注意到，在此情况下的空间光调制与根据现有技术的空间光调制没有不同在于，在记录的时候生成信号光和参考光，而在再现的时候生成参考光。
在SLM 4经历空间光调制的光穿过中继透镜5，并且会聚以便到达在预定位置的焦点，如图1所示，此后，在会聚后的扩散光输入中继透镜7，以便转换为平行光。
在通过中继透镜5会聚形成的焦点的位置(即，在傅立叶板(频率平面)的位置)提供孔径6。配置孔径6，使得只有距光轴的中心预定范围内的入射光透射。在记录的时候，信号光的直径由孔径6减小，以便实现高密度记录。
已经穿过中继透镜7的光穿过偏振光束分光器8，进一步穿过四分之一波片9，然后由物镜10会聚以便投射在全息图记录介质HM上。
如上所述在记录的时候，在SLM 4生成信号光和参考光。因此，在记录的时候，信号光和参考光经由上述路径投射在全息图记录介质HM上，因此，在全息图记录介质HM上形成信号光和参考光的干涉条纹(衍射光栅，全息图)。因此，记录数据。
此外，在再现的时候，由SLM 4再现参考光。由于该参考光经由上述路径投射在全息图记录介质HM上，因此在再现的时候获得对应于在全息图记录介质HM上形成的全息图的衍射光作为再现光(再现图像)。
根据该示例的全息图记录介质HM是反射型的。因此，再现图像作为来自全息图记录介质HM的反射光返回记录/再现设备1侧，并且在穿过物镜10、然后穿过四分之一波片9后，被投射入偏振光束分光器8。投射入偏振光束分光器8的再现光由偏振光束分光器8反射并且引导到图像传感器11，如图1所示。
图像传感器11具有如例如CCD(电荷耦合器件)传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的成像器件，其接收如图1所示从全息图记录介质HM引导到其的再现图像，并且将接收的再现图像转换为电信号。因此，在再现的时候，获得表示关于再现图像(记录图像)的强度检测结果的感光信号(图像信号)。也就是说，获得关于记录数据的读出信号。将对应于由图像传感器11获得的再现图像的图像信号提供到数据再现单元13。
数据再现单元13通过对图像信号执行预定的再现信号处理和解码处理来再现记录数据。随后将描述数据再现单元13的操作和组件配置。
过采样
现在，在如图1所示的全息图记录/再现系统的情况下，由于如光学失真和扩大/缩小比率等的问题，认为极难以精确地一对一的方式匹配再现图像中SLM 4的各个像素(也称为“数据像素”)与在图像传感器11侧的各个像素(也称为“检测器像素”)的图像。换句话说，对于所有实际的目的，配置能够以这种严格意义进行像素匹配的光学系统是不现实的。
在本实施例的情况下，将提出不执行这种严格的光学像素匹配的假设；在此理解的情况下，执行处理以便识别各个数据像素位于在图像传感器11获得的图像信号中的哪个位置。执行过采样，以便以有效的方式启用这种数据像素位置识别。
如可以从之前给出的图69的描述所理解的，通过在图像传感器11的n个像素量(其中n＞1)的区域处接收一个数据像素量的图像来执行过采样。执行该过采样，以便实现其中还出现以小于要处理的像素为增量的再现图像的偏移的情况。例如，在过采样率设为2×2＝4倍的情况下(即，一个数据像素量的图像要在图像传感器11处的2×2＝4像素的区域处接收)，将从图像传感器11输出具有四倍的分辨率的图像信号。
尽管从参照附图的描述省略，但是图1中示出的记录/再现设备1在这种过采样的情况下执行SLM 4和图像传感器11之间的像素数目的设置、以及光学系统的调整(具体地，比例(scale)的调整)。
相位调制记录和同步的插入
如可以从上面的描述理解的，在图1中示出的记录/再现设备1的情况下，由已经提供的孔径6减小信号光的直径，从而根据由全息图页在介质上占据的面积的减小实现高密度记录。应该注意，术语“全息图页”意味着与信号光和参考光的一个照射形成的干涉条纹相同的事物。换句话说，该全息图页定义为指示可以在全息图记录介质HM上记录的最小的数据增量。
在本实施例的情况下，除了涉及使用孔径6减小由全息图页占据的面积的高密度记录外，如使用之前参照图64描述的相位掩模102，信号光被提供有“0”和“π”的相位调制(二元随机相位模式)，因此抑制在信号光投射在全息图记录介质HM上时生成的DC分量，从而可以实现全息图页的复用记录并且改进记录密度。在本实施例的情况下，由SLM 4执行与用于通过复用记录实现这种高密度记录的相位掩模相对应的相位调制。
图3是主要示出在图1中示出的SLM 4和强度/相位控制单元12的内部的图。注意到在图3中，连同激光二极管2和全息图记录介质HM一起图示了从激光二极管2发射并且引导到SLM 4的光、以及经由SLM 4引导到全息图记录介质HM的光。
如图3所示，SLM 4具有执行强度调制以生成上述信号光和参考光的强度调制器4a、以及使经历了强度调制器4a的强度调制的光经历相位调制的相位调制器4b。在本实施例的情况下，能够以像素为增量可变的相位调制的透射液晶面板用作相位调制器4b。
能够以像素为增量单位可变的这种相位调制的液晶面板可以通过具有基于图4A和4B中图示的思想的配置的内部液晶器件实现。图4A图示在没有施加到液晶面板中的液晶器件的驱动电压的情况下(即，驱动电压关断的状态)液晶分子的状态，而图4B图示在施加预定的驱动电压到液晶器件的情况下(即，驱动电压导通的状态)液晶分子的状态。如从这些附图可见，液晶分子在图4A示出的驱动电压关断的状态下展现水平朝向，而在图4B示出的驱动电压导通的状态下液晶分子改变为垂直朝向。
现在，液晶器件的折射率表示为n，并且更具体地，当由于驱动电压关断而处于水平朝向时折射率为“nh”，而由于驱动电压导通而处于垂直朝向时折射率为“nv”，并且液晶器件的厚度为d，当驱动电压关断时提供的相位的改变量为“d×nh”，而当驱动电压导通时提供的相位的改变量为“d×nv”。因此，可以通过驱动电压的导通/关断提供的相位差Δnd表示为：
Δnd＝d×nh-d×nv。
如从该关系式可以理解的，可以通过调整液晶器件的厚度d来实现以像素为增量提供预定的相位差。
例如通过调整液晶器件的厚度d设置根据本实施例的相位调制器4b，使得相位差Δnd＝π。因此，对每个像素执行导通/关断的驱动电压切换，从而允许具有“0”和“π”的两个值的光相位调制。
此外，允许在预定电平的驱动电压导通和驱动电压关断之间的相位“0”和“π”的调制，意味着可以通过逐步(in steps)控制驱动电压电平为预定电平，来将相位从“0”逐步改变到“π”。例如，可以使用为上述预定电平的1/2的驱动电压电平实现具有相位“π/2”的调制。
返回到图3，SLM 4配置有与强度调制器4a整体地形成的、能够对每个像素执行相位调制的相位调制器4b。也就是说，整体地形成强度调制器4a和相位调制器4b，使得强度调制器4a的每个像素和相位调制器4b的每个像素以一对一的位置关系在范围内匹配。这种结构允许在相位调制模式以像素为增量严格匹配的情况下，对下述光执行相位调制，所述光要变为通过穿过强度调制器4a获得的参考光和信号光。
注意到在本示例的情况下，能够以像素为增量进行可变相位调制的相位调制器4b作为相位掩模用于相位调制的原因如下。在记录的时候，信号光经历具有“0”和“π”的二元随机相位模式的相位调制，符合作为相位掩模抑制DC分量，但是在本实施例的情况下，在再现的时候，信号光区域A2中的全部像素必须提供有预定相位(具体地，“π/2”的相位调制)，以便添加相干光，这将在随后描述。由此看来，在本实施例的情况下，提供到信号光区域A2的相位必须能够在记录时和再现时之间切换，因此，必须使用能够进行可变的相位调制的相位调制器4b。
此外，在本实施例的情况下，在记录时，将服从预定记录格式的、称为“同步(sync)”的预定数据模式插入信号光。具体地，在根据本实施例的记录格式的情况下，以预定的等距的像素间隔将同步插入信号光区域A2。更具体地，在此情况下每个同步的大小为4×4像素。例如，同步在信号光区域A2中的水平方向和垂直方向以i_sper的预定间隔放置(参见图70和10)。
如之前参照图70描述的同步，用于识别关于当再现时在图像传感器11获得的再现图像的图像信号中数据像素的位置。
通过图3中示出的强度/相位控制单元12控制SLM 4的强度调制器4a和相位调制器4b，实现上述作为相位掩模的相位调制和服从记录格式的信号光生成操作。在图3中，强度/相位控制单元12包括编码单元15、映射单元16、强度调制驱动器17、相位调制模式生成单元18和相位调制驱动器19。
首先，在记录的时候，图1中示出的记录数据输入编码单元15，并且该记录数据经历服从记录格式的预定记录调制编码处理。例如，作为在全息图记录/再现中通常使用的稀疏编码，将1字节(8位)的记录数据转换为4×4＝16位的方块形数据阵列。该4×4＝16位数据阵列称为“码元(symbol)”，并且是记录码的最小增量。
在记录的时候，映射单元16排列服从记录格式在信号光区域A2中的编码单元15处编码的数据。此时，映射单元16在服从记录格式的预定间隔i_sper插入上述同步。由于该映射处理，生成一个全息图页量的数据模式。
映射单元16对信号光区域A2执行这种数据的映射，还设置参考光区域A1中的预定像素为“1”并且设置其它像素为“0”，此外生成其中间隙区域A3和从参考光区域A1的圆周向外的部分都为“0”的数据模式，此外，通过组合该数据模式和信号光区域A2中的数据模式生成强度调制器4a的全部有效像素的数据模式。
将如此生成的强度调制器4a的全部有效像素的数据模式提供给强度调制驱动器17，并且强度调制驱动器17基于该数据模式执行强度调制器4a的像素的驱动控制。因此，生成用作用于已经经历根据按照记录数据的模式的强度调制的信号光的基础的光，并且进一步生成用作用于已经经历根据预定模式的强度调制的信号光的基础的光。
此外，在记录的时候，强度/相位控制单元12执行用于强度调制器4a的驱动控制的操作，并且还执行用于相位调制器4b的驱动控制的操作。
现在，为了执行作为相位掩模的相位调制，基于预先设置的预定数据模式，相位调制模式生成单元18生成要在相位调制器4b的信号光区域A2中设置的相位调制模式。同样在本实施例的情况下，用作相位掩模的相位调制模式具有二元随机相位模式组。此外，相位调制模式生成单元18生成预定的相位调制模式，作为要为相位调制器4b的参考光区域A1设置的相位调制模式。
相位调制模式生成单元18然后通过组合以此方式生成的用于信号光区域A2和参考光区域A1的相位调制模式(相应像素的控制模式)，生成用于相位调制器4b的全部有效像素的相位调制模式。此时，不同于信号光区域A2和参考光区域A1中的那些像素的像素可以设置为例如对应于相位“0”的值。将以此方式生成的相位调制模式提供给相位调制驱动器19。
相位调制驱动器19基于从相位调制模式生成单元18提供的相位调制模式，执行相位调制器4b的像素的驱动控制。因此，可以使用用作相位掩模的二元随机相位模式对最终从SLM 4输出的信号光执行相位调制，此外还对于参考光执行通过预定相位调制模式的光相位调制。
上述当记录时根据强度/相位控制单元12的操作获得的强度调制器4a的输出图像和相位调制器4b的输出图像与之前参照图67A和67B描述的那些相同。也就是说，如图67A所示，对于强度调制器4a的输出图像在信号光区域A2中获得位“0”和“1”的模式阵列。此外，对于参考光区域A1，基于“0”和“1”的预定模式执行强度调制，从而生成如图67A和67B所示的“0”和 “1”的模式。
此外，对于相位调制器4b的输出图像，在如图67A所示的强度调制器4a的情况下，由于对输出图像执行的相位调制作为相位掩模，可见在如图67A所示的信号光区域A2中随机生成“+1”、“0”和“-1”。此外，也对参考光区域A1执行预定的相位调制，从而生成可以在此确认的“+1”、“0”和“-1”的三个值。
之前已经提到了全息图页的复用记录，其将在此简单涉及。在执行复用记录时，通过在每次记录时连续改变参考光的模式(强度和相位)执行全息图页的复用记录。此外，在再现记录复用的全息图页的时候，设置参考光模式(强度和相位)为与记录时相同的模式，这允许选择性地读出想要的全息图页。
相干添加
如上所述，根据在再现时只照射参考光的现有技术的全息图记录/再现系统是非线性的，因为获得关于再现图像的图像信号的图像传感器不检测相位信息。这种非线性的问题意味着，在根据现有技术的记录/再现系统的情况下，(由孔径6处的入射光的投射区域的大小确定的)孔径大小只能减小那么些，所以已经认为难以实现对全息图记录介质HM的高密度记录。
此外，在全息图记录/再现系统的情况下，由于尼奎斯特采样定理，必须实现其中至少保持过采样率＞孔径大小的安排，并且这种对孔径大小的限制意味着过采样率不可减小超过预定的级别，所以已经认为难以在再现时改进数据传输速率。本实施例旨在通过允许线性读出、允许孔径大小的进一步减小、以及相应地允许过采样率的进一步减小来处理该问题。
在本实施例的情况下，通过在再现的时候随同参考光一起照射相干光来实现这种线性读出。相关光意味着其中振幅和相位一致的光。具体地，在本实施例的情况下使用的术语“相干光”意味着其相位与根据参考光的照射从全息图记录介质HM获得的再现图像中的参考相位相同的相位、并且设置其强度以便大于再现图像的最小振幅的绝对值的光。
这里注意到，术语“再现图像中的参考相位”意味着已经使用通过已经提供的相位“0”调制记录的数据像素的相位。
为了生成这种相干光，图3中示出的强度/相位控制单元12在再现的时候执行以下操作。在上面的描述中注意到，在再现的时候，强度/相位控制单元12中的映射单元16生成数据模式，其中仅仅参考光区域A1是与记录的时候相同的“0”和“1”模式，而其它区域都是“0”，并且强度调制驱动器17基于该数据模式执行强度调制器4a的像素的驱动控制。在本实施例的情况下，光也穿过信号光区域A2，从而生成具有一致光强的相干光。
具体地，映射单元16设置参考光区域A1为与记录的时候相同的“0”和“1”模式，并且进一步生成这样的数据模式，在所述数据模式中，信号光区域A2的整个区域设置为不同于“0”的预定值，并且所有其它区域设置为“0”。将该数据模式提供给强度调制驱动器17。
现在，在强度调制器4a，根据每个像素的驱动电压电平改变透射率。也就是说，代替“0”或“1”的二元值，透射率可以从“0”可变地改变到“1”。
据此，强度调制驱动器17根据从映射单元16提供的“1”，以其中光强是最大的驱动电压电平(例如，在256级(step)的情况下，对应于“255”的值)驱动相关像素，并且根据“0”，以其中光强是最小的驱动电压电平驱动相关像素。在从映射单元16分配不同于“0”的预定值作为信号光区域A2中的数据模式的情况下，强度调制器4a的信号光区域A2中的像素以对应于通过强度调制驱动器17的值的驱动电压电平驱动。也就是说，可以在信号光区域A2中，用对应于从映射单元16分配的值的强度获得相干光。
因此，相干光的强度可以通过由映射单元16在信号光区域A2中设置的值可变地设置，但是根据上面进行的描述，相干光的强度的条件是为大于再现图像的最小振幅的绝对值的值。通过作为关于预先在映射单元16设置的值并且从而获得的相干光的强度的实验的结果，获得满足上面的条件的值，并且分配该值为在要信号光区域A2中设置，可以获得满足该条件的强度。
图5A示意性地图示了基于如上所述的映射单元16和强度调制驱动器17的再现操作而获得的强度调制器4a的输出图像。在图5A的情况下，“1”的振幅由白色表示，而“0”的振幅由黑色表示，并且根据上面的描述，可以理解通过预定电平的驱动电压驱动信号光区域A2，信号光区域A2透光。在图5A中，示出了其中整个信号光区域A2的值为“1”的情况，所以信号光区域A2的整个区域为白色。此外，为参考光区域A1获得与记录的情况相同的“0”和“1”模式。
此外，在图3中，在记录的时候，在相位调制模式生成单元18进一步执行以下操作。也就是说，相位调制模式生成单元18生成用于相位调制器4b的参考光区域A1的数据模式，作为与记录的时候相同的相位调制模式，并且还为信号光区域A2生成其中整个区域用预定值填充的数据模式。相位调制模式生成单元18然后组合这些数据模式，以生成用于相位调制器4b的全部有效像素的数据，并且将其提供给相位调制驱动器19。
还配置相位调制器4b，以便能够与强度调制器4a相同地根据驱动电压电平可变地驱动每个像素。也就是说，根据驱动电压电平，对于每个像素，相位可以从“0”可变地变化到“π”。因此，还配置相位调制驱动器19，以便以来自相位调制模式生成单元18的从“0”到“1”的值(例如，以256级)的驱动电压电平驱动相位调制器4b的每个像素。
在用根据由如上所述的相位调制模式生成单元18生成的数据模式、用预定值填充信号光区域A2的情况下，相位调制驱动器19以对应于该值的驱动电压电平驱动相位调制器4b的信号光区域A2的像素。因此，根据上面的预定值，可以可变地设置通过穿过信号光区域A2获得的相干光的相位。
如上所述具有与再现图像中的参考相位相同的相位是相干光的相位的条件。为了实现这种“与再现图像中的参考相位相同的相位”，在记录的时候已经由相位调制器4b提供相位“0”的调制的像素的相位使得参考相位＝“0”的情况下，要由相位调制器4b提供给(信号光区域A2中的)相干光的相位的值应该是“π/2”。
提供“π/2”的相位调制给相干光的理由如下。在全息图记录/再现方法的情况下，出现以下现象，其中在投射参考光在全息图记录介质HM上以获得再现图像的时候，再现图像的相位从记录信号的相位偏移π/2(参见Kogelnik，H“Coupled wave theory for thick hologram grating”，Bell System TechnicalJournal，48，2909-47)。从这点我们可见，再现图像中的参考相位不维持为“0”，而是偏移“π/2”，因此要提供给相干光的相位应该也设为“π/2”。因此，在生成相干光的时候，应该通过SLM 4(相位调制器4b)提供相位“π/2”的调制给信号光区域A2中的每个像素。
为了提供这种相位“π/2”的调制，由相位调制模式生成单元18将“0.5”(在256级的情况下，等价于“127”的值)分配为信号光区域A2中的值。作为参考，图5B示意性地图示通过上述相位调制模式生成单元18和相位调制驱动器19的操作获得的相位调制器4b的输出图像。注意到在图5B中，“+1”的振幅由白色表示，“0”的振幅由灰色表示，而“-1”的振幅由黑色表示。
由于如上所述的强度/相位控制单元12的操作，在再现的时候，连同参考光一起，将相关光也投射在全息图记录介质HM上，该相干光具有与再现图像中的参考相位相同的相位、以及大于参考图像的最小振幅的绝对值的强度。也就是说，在本实施例的情况下，通过参考光的照射获得对应于在全息图记录介质HM上记录的数据的再现图像，另一方面，在相干光投射在全息图记录介质HM上之后，该相干光作为反射光与再现图像一起引导到图像传感器11。
此时，相干光的相位是与再现图像相同的相位，所以在图像传感器11上成像的时候，相干光作为具有与再现图像相同相位的分量被添加。因此，图像传感器11可以获得关于该分量的读出信号，其中相干光已经添加到再现图像。
图6和7图示在已经执行如上所述的相干光的添加后的再现图像。图6示出其中相干光的添加量为0.1的情况(基数+0.1)，而图7示出其中相干光的添加量为1.0的情况(基数+1.0)。注意到这些图根据亮/暗图示再现图像的振幅，其中暗色表示小振幅，而亮色表示大振幅。
参照这些附图，我们可见在添加相干光的情况下，在再现图像中也适当地获得根据记录数据的模式。也就是说，在执行相干添加的情况下，也获得适当地反映记录数据的再现图像。
此外，比较图6和7，显示出在相干光的更大的添加量的情况下，整体对比度的中心下降，已经偏移到白色侧。这显示再现图像的振幅可以与相干光的添加量成比例地、在整个区域一致放大。
因此，在再现的时候连同参考光一起照射相干光的情况下，可以使得图像传感器11执行其中已经添加相干光到再现图像的分量的读出。
在本实施例的情况下，执行以下操作，其中为已经如此将相干光添加到其的再现图像的读出信号(图像信号)，计算构成图像信号的值的平方根，并且从平方根计算结果移除相干光的分量。具体地，通过从平方根计算结果的值减去添加的相干光的强度的值来执行相干光分量的移除。作为一个示例，如果我们假设再现图像的最小振幅是-0.078，并且相干光的强度设为0.1，0.1大于最小振幅的绝对值0.078，则从平方根计算结果减去该值0.1。
现在，将进行关于通过从再现图像+相干光的读出图像信号移除相干光分量(通过执行平方根计算并且从平方根计算结果移除相干光分量)来实现线性读出的描述。
首先，通常，全息图记录/再现设备中的光学系统具有基于4f光学系统的配置，4f光学系统使SLM、物镜、介质、目镜和图像传感器的每个放置为间距透镜焦距。这在图1中示出的记录/再现设备1的光学系统的情况下也是正确的。这是称为傅立叶变换全息图的配置。
在这种傅立叶变换全息图配置的情况下，上述一系列记录和再现的操作可以理解如下。也就是说，SLM的记录数据模式经历傅立叶变换并且投射在介质上，而介质的读出信号(再现图像)经历反傅立叶变换并且投射在图像传感器上。图像传感器检测光的强度，其中将输入到其的光的波前的振幅的绝对值求平方。
基于该假设，让我们考虑如现有技术只用参考光的照射执行读出、而不执行本实施例中的这种相干添加的情况。这里将说明一个示例，其中对应于使用相位掩模的“+1”和“-1”的记录图像的最大和最小振幅分别是0.078和-0.078。
在上面的假设的情况下，根据记录图像的最大和最小振幅获得的图像传感器11的输出值是6.1E-3的相同值，这是其平方。因此，在图像传感器11处，在相同值检测等价于“+1”和“-1”的值，所以不管之后执行什么信号处理，都没有精确地恢复丢失的相位信息。换句话说，已经出现非线性失真。
另一方面，在其中照射相干光的本实施例的情况下，可以将对应于相干光的强度的值加到再现图像。现在，相干光是其中振幅和相位一致的DC分量，因此不存在与记录的全息图页的干涉。在图像传感器11上成像根据参考光的照射获得的再现图像的时候，添加在介质的照射后的相干光作为具有再现图像的相同相位的相干光。也就是说，可以将预定的放大的值添加到再现图像。因此，我们从图6和7可见已经展示了该现象。
现在，如果我们假设将满足“大于再现图像的最小振幅的绝对值”的条件的相干光的添加量设为例如0.1，则添加0.1的分量到再现图像导致图像传感器1检测的强度的最大值0.078为0.1782＝0.032，而最小值-0.078为0.0222＝4.8E-4。在此情况下，图像传感器11的输出经历以下处理，其中计算如此读出的强度的平方根并且移除添加量。因此，最大振幅0.078可以通过0.178-0.1＝0.078恢复到原始值，而最小值-0.078也可以通过0.022-0.1＝-0.078恢复到原始值。因此，在本实施例的情况下，可以实现线性读出，其中没有丢失通过相位掩模添加的相位信息。
此外，图7图示了其中相干添加量为1.0的情况，其中由图像传感器11检测的强度信息(0.078+1.0)2＝1.162、(-0.078+1.0)2＝0.850计算其平方根(1.078，0.922)，并且减去添加量(1.078-1.0，0.922-1.0)，从而恢复±0.078的原始振幅。
也就是说，相干添加的幅度必须明确的唯一条件是“大于再现图像的最小振幅的绝对值的值”，使得对于通过图像传感器11的强度检测不存在负翻倍(folding)(平方)。
这种根据本实施例执行相干光添加读出允许即使在振幅“-1”、“0”和“+1”的三元信息记录到全息图记录介质HM的情况下，也正确地读出信息。也就是说，除了振幅“0”外，包括相位信息的振幅“-1”和“+1”也可以被正确地读出，并且可以实现线性读出。
现在，在本实施例的上述操作中，由图1中示出的数据再现单元13执行用于计算平方根并且用于移除相干光分量的处理。图1中示出的该数据再现单元13的内部在图8中示出。图8中示出的数据再现单元13包括线性化处理单元20、放大单元21、均衡滤波器22、再采样单元23、数据辨别单元24和稀疏码解码单元25。
由线性化处理单元20执行用于上述线性读出的信号处理。如图8所示，线性化处理单元20包括平方根计算单元20a和减法单元20b。平方根计算单元20a计算构成由图像传感器11获得的图像信号的值的平方根，并且将结果提供到减法单元20b。应该注意，图像传感器11以预定的级(如例如256级)表示以振幅值检测的光的强度。平方根计算单元20a对图像传感器11的每个像素的振幅值执行平方根计算。
此外，减法单元20b从平方根计算单元20a获得的平方根值减去对应于相干光添加量的值。具体地，在此情况下的相干光的强度设为大于再现图像的最小振幅的绝对值的预定值，所以预先设置可以抵消其的值，并且减去该值。在与上述示例一样其中再现图像的最小振幅为-0.078、并且相干光的强度设为0.1(其大于最小振幅的绝对值0.078)的情况下，从平方根的值减去该值0.1。
此外，使用线性化处理单元20，对于来自图像传感器11的读出信号获得线性化，但是为了再现图1中示出的记录数据，必须执行再采样处理，其中从通过线性化处理获得的图像信号识别每个数据像素的位置，并且获得每个数据像素的振幅值，还必须执行数据识别处理，其中从通过再采样处理获得的数据像素的振幅值识别全息图中排列的“0”和“1”的位值，并且还必须执行关于前述稀疏码的解码处理。为此目的，数据再现单元13提供有放大单元21、均衡滤波器22、再采样单元23、数据辨别单元24和稀疏码解码单元25。
首先，放大单元21提供有来自减法单元20b的计算结果，即从线性化处理单元20获得的线性读出信号(图像信号)。放大单元21通过对读出信号执行例如内插处理将读出信号放大到预定比例。
注意到在根据本实施例的记录/再现设备1的情况下，如上所述，执行过采样，其中图像的1个数据像素量使用图像传感器11的n个像素(其中n＞1)来接收。也就是说，放大单元21使用对过采样图像信号的进一步放大来允许高分辨率。例如，如果我们假设过采样率是两倍(2×2＝4)并且放大比例是两倍(2×2＝4)，则可以使得关于图像的1个数据像素量的分辨率为两倍(4×4＝16)。以此方式提高分辨率允许根据要用更高的精度执行的再现图像的照射位置偏移来定位。
将通过放大单元21放大后的图像信号提供给均衡滤波器22。均衡滤波器22接收上面放大后的图像信号的输入，并且进行波形均衡处理以避免码间干扰。这种用于防止码间干扰的均衡处理可以理解为对一维信号的波形均衡处理的二维适配，所述适配在光盘、通信等领域广泛使用。
再采样单元23从通过均衡滤波器22的均衡处理后的图像信号获得每个数据像素的振幅值。也就是说，在已经识别图像信号中的每个数据像素的位置后，获得在每个数据像素位置处的振幅值。用于这种从读出的图像信号识别数据像素的位置、并且获得每个数据像素位置处的振幅值的处理在这里称为“再采样处理”。
在第一实施例的情况下，执行使用线性内插的处理作为这种再采样处理，但是为了方便，将在随后描述执行该再采样处理的再采样单元23的内部配置和从而执行的具体处理。
数据辨别单元24基于由再采样单元23获得的数据像素的振幅值执行数据辨别(位确定)。现在，根据之前进行的描述，在记录的时候，通过稀疏编码将8位的记录数据转换为4×4＝16位的块形数据阵列(码元)，并且将码元映射到全息图页。
该稀疏编码涉及例如取16位的m位为“1”，而剩余的为“0”。因此，数据辨别单元24通过取该码元中的全部数据像素中具有最大振幅值的m个数据像素的位为“1”、而剩余的为“0”，执行数据辨别(也称为“类别检测”)。将通过这种类别检测以码元为增量执行的数据辨别而以码元为增量获得的位值提供给下游的稀疏码解码单元25。
稀疏码解码单元25输入如上所述获得的以码元为增量单位的位值，并且对每个码元执行稀疏码的解码。也就是说，将4×4＝16位解码为原始的8位的数据，从而再现在图1中示出的记录数据，即获得记录数据。
相干添加的效果
在根据使用上述相干添加执行读出的本实施例的记录/再现设备1的情况下，也可以正确地读出在全息图记录介质HM中记录的相位信息，从而实现线性读出。实现线性读出意味着可以废除根据现有技术的非线性系统所具有的对于孔径大小的限制。以此方式废除对孔径大小的限制意味着确定过采样率和孔径大小的唯一条件是尼奎斯特定理，即确定过采样率和孔径大小的唯一限制条件是保持过采样率＞孔径大小。在此理解的情况下，我们可以说通过允许线性读出，用于正确地建立采样定理的条件全部存在。
例如，在根据现有技术的系统的情况下，大约2.0的孔径大小已经是下限，并且进一步减小已经是困难的，但是废除对孔径大小的限制意味着可以实现小于2.0的孔径大小。这意味着由于采样定理，过采样率也可以减小到2.0或更低。这种允许孔径大小的大小减小和过采样率的减小，使得能够实现对全息图记录介质HM的高记录密度和改进的数据传输速率。
图9A和9B图示“用于观察线性的图”，其使用执行根据本实施例的相干添加读出的全息图记录/再现系统的模拟器计算。图9A和9B是图示应该获得的读出信号的振幅和由图像传感器11实际读出的信号的振幅之间的比较结果的图。应该获得的读出信号的振幅是通过根据像素的大小简单积分输入信号获得的。此外，在此情况下由图像传感器11实际读出的信号的振幅是通过计算已经根据像素的大小平方和积分的、输入图像传感器11的信号的平方根、然后减去根据相干光的强度的值获得的。
注意到“由图像传感器11实际读出的信号的振幅”已经经历相干添加，并且“输入到图像传感器11的信号”具有添加到其的相干光分量，该相干光分量具有与再现图像中的参考相位相同的相位，并且大于再现图像的最小振幅的绝对值。
在图9A和9B的情况下，水平轴表示原本应该获得的读出信号的振幅，而垂直轴表示由图像传感器11实际读出的信号的振幅，描绘了它们之间的关系。
使用在此情况下的模拟器，SLM 4的一个像素分为16×16块，此外将图像传感器11的一个像素设为8×8块的大小，如在图71A和71B中示出的模拟器的情况一样。也就是说，过采样率是2.0倍(2×2的过采样率)。同样在此情况下，在只有处于图像传感器11的一个像素的中心部分处的5×5块的区域是有效的理解下执行积分。已经基于图像传感器11的实际填充因子设置该条件。
此外，同样在此情况下，已经将孔径的大小设置为1.2×1.2的尼奎斯特孔径大小。此外，同样在此情况下，在模拟中没有执行记录图像的故意位置偏移。
图9A图示在记录的时候没有作为相位掩模的相位调制的情况(没有相位掩模的情况)的结果，而图9B图示在记录的时候执行作为相位掩模的相位调制的情况(具有相位掩模的情况)的结果。如从使用图71A和71B中的“用于观察线性的图”的比较可以理解，在其中执行相干添加读出的本实施例的情况下，对于没有/具有掩模的两种情况垂直和水平轴的值几乎完美匹配，并且获得近似完美的线性。这里图9A和9B中的模拟结果也示出通过执行根据本实施例的相干添加允许线性读出。
使用线性内插的再采样处理(根据第一实施例的再采样处理)
1)记录格式
接下来，参照图10到16，将描述由在图8中示出的再采样单元23执行的根据第一实施例的再采样处理。
首先，参照图10，我们将再次考虑基于之前描述的记录格式的全息图页中的数据阵列。图10图示了信号光区域A2中的数据阵列的示例，其中最小的布置(laying)增量设为1码元(4×4＝16像素)，同步间隔i_sper设为24位(像素)，并且信号光区域A2的半径i_rad设为156像素。
在图10中，乳白部分指示由四个同步围绕的区域，波浪线部分指示由三个同步围绕的部分，斜线部分指示由两个同步围绕的部分，筛状部分指示由一个同步围绕的部分，而黑色部分指示没有由同步围绕的部分或同步本身。
如图10所示，在根据本实施例的记录格式的情况下，在信号光区域A2中，大部分区域是在由在其四个角的同步围绕的区域，但是在信号光区域的外围部分，存在不是由在其四个角的同步围绕的区域。存在总共三种模式作为各区域的模式，即，其中四个角中的三个被同步围绕的区域(波浪线部分)、其中两个角被同步围绕的区域(斜线部分)和其中只有一个角被同步围绕的区域(筛状部分)。
在图11和12中，与图10一样，乳白部分指示由四个同步围绕的区域，波浪线部分指示由三个同步围绕的部分，斜线部分指示由两个同步围绕的部分，筛状部分指示由一个同步围绕的部分，而黑色部分指示没有由同步围绕的部分或同步本身。
2)同步位置的检测
首先，将参照图11说明用于检测页的中心位置的技术。使用被定位以便处于页的中心处的码元位置的中心同步作为参照，执行页的中心位置的检测作为整页的粗略对齐。通过执行这种整页的粗略对齐，如在过去，可以使用于执行同步位置的检测的搜索范围(将在随后描述)变窄，因此可以实现在同步位置检测期间计算处理负荷的减小和检测时间的减小。
使用参照应该在页中心检测的同步选择的多个同步，执行这种页中心的位置检测。具体地，如图11所示，使用包括在页中心的同步和围绕该同步的最近的八个同步的总共九个同步，执行在中心的同步位置的检测。换句话说，使用围绕中心的同步的以3×3的正方形排列的总共九个同步，执行在中心的同步位置的检测。
作为在此情况下的同步位置检测的具体过程，首先，从记录格式估计页中心的同步应该在经历通过均衡滤波器22的均衡处理的图像信号中存在的位置。当移动处于如图11所示的预先设置的间隔/位置关系的九个同步、使得九个同步在包括估计位置(中心的同步应该存在于该估计位置)的预定范围内移动的时候，计算同步位置的振幅值和同步模式之间的相关值，并且计算各相关值的总值。结果，当在同步位置的各相关值的总值最大时，在中心的同步的位置最终指定为页中心的位置。
用于这种页中心位置的检测的多个同步可以增加到例如5×5、7×7等。在此情况下，可以改进位置检测精度，但是另一方面，当用于同步检测的同步的数目增加、因此相关计算变得复杂时，导致计算处理负荷增加和检测延迟的问题。以此方式，位置检测精度的改进以及处理负荷和检测时间的减小处于折衷关系。应该根据实际处理速度将用于同步检测的同步的数目适当地设置为最佳值。
当执行页中心位置的检测时，基于中心位置执行同步位置的检测。在本实施例的情况下，还使用在目标同步作为参照的情况下选择的多个同步执行各个同步位置的检测。
如图12所示执行使用多个同步的各个同步位置的检测。首先，基本地，如由图12中的(a)所示，使用总共五个同步(即，目标同步以及水平地和垂直地邻近该目标同步的四个同步)执行目标同步的检测。具体地，首先，使用检测的页中心位置作为参照，从记录格式估计目标同步应该在已经经历均衡滤波器22的均衡处理的图像信号中存在的位置。例如，从记录格式可以发现从页中心到目标同步的距离，所以可以将在距检测的页中心的同步位置该距离的位置估计为目标同步位置。
当整体上移动如图12(a)所示的预先设置的间隔/位置关系中的五个同步的中心同步(即，目标同步)、以便在包括目标同步应该存在的估计位置的预定范围内移动的时候，计算同步位置的振幅值和同步模式之间的相关值，并且计算各相关值的总值。当在各个同步位置中的各相关值的总值最大时，中心同步的位置最终指定为目标同步的位置。
现在，可以使得基于如上所述的预先识别的页中心位置估计的同步位置的精度、高于只从记录格式估计而不执行页中心位置的检测的同步位置的精度。因此，目标同步的估计位置的精度高，因此即使在同步的检测期间的相关计算的范围(搜索范围)设为比当不执行页中心位置的检测的时候的相关计算的范围窄，也可以抑制检测精度的劣化。也就是说，在本实施例的情况下，其中在页中心位置的检测后，执行基于中心位置的同步位置的检测，可以实现搜索范围(相关计算范围)的减小以及计算处理负荷和检测时间的减小。
在信号光区域A2中，假设水平地和垂直地邻近目标同步的(即，最接近中心同步的)各同步存在于如上所述的大部分同步位置。然而，如图12所示，在信号光区域A2的外围部分中，存在其中可能不存在所有的同步水平地和垂直地最接近目标同步的情况。具体地，存在其中只缺少水平地和垂直地邻近的各同步中的一个同步的情况，如图12(b)所示，以及其中缺少水平地和垂直地邻近的各同步中的两个同步的情况，如图12(c)所示。
当如图12(b)所示的只缺少水平地和垂直地邻近的各同步中的一个同步时，使用不包括缺少的同步的总共四个同步执行目标同步的位置检测。例如，如图12(b)所示，当缺少水平地和垂直地邻近的各同步中的左边的同步时，使用总共四个同步(即，目标同步和邻近目标同步的上面、下面和右边的三个同步)检测目标同步的位置。
同样在此情况下，可以通过与上述使用五个同步时相同的相关检测方法简单地执行检测操作本身。应该注意，在检测的页中心位置作为参照的情况下，从记录格式估计目标同步在均衡处理后的图像信号中应该存在的位置。当以此方式整体上移动如图12(b)所示的预先设置的间隔/位置关系中的四个同步、以便在目标同步应该存在的位置周围的预定范围内移动中心的同步(即，目标同步)的时候，计算各个同步位置的振幅值和同步模式之间的相关值，并且计算各相关值的总值。当各相关值的总值最大时，中心同步的位置最终识别为目标同步的位置。
当如图12(c)所示的缺少水平地和垂直地邻近的各同步中的两个同步时，使用包括最接近目标同步的对角线位置的同步的总共四个同步执行位置检测。例如，当如图12中的(c)所示，当缺少水平地和垂直地邻近的各同步中的目标同步的上面和右边的同步时，使用总共四个同步(即，在目标同步的左边和下面存在的同步、以及最接近存在的同步的目标同步的对角线位置的目标同步对角线下的同步)执行目标同步的位置检测。同样在此情况下，可以基于相关检测方法执行同步检测操作本身。
当同样执行同步的检测时，通过使用更大数目的同步执行相关检测可以实现位置检测精度的进一步改进。然而，因为如上所述精度的改进和计算的复杂性处于折衷关系，所以应该根据实际处理速度为用于同步检测的同步的数目设置最佳值。
3)识别数据像素位置
在如上所述的各个同步位置的检测后，为了执行对应于SLM 4的一个像素增量的数据像素的值(记录位值)的数据辨别，识别像素的位置并且计算在数据像素位置处的振幅值。
根据本实施例的再采样的特征在于：基于多个同步识别目标像素的位置，而非只从一个同步识别目标像素的位置来识别数据像素的位置。在通常使用的根据现有技术的技术中，将全息图页在内部分为称为“子页”的增量，并且将称为“子页同步”的同步插入子页中，其中一个子页同步插入到一个子页。因此，在识别数据像素的位置的时候，首先，识别子页中子页同步的位置，并且基于子页同步的位置识别子页中每个数据像素的位置。关于这一点，在根据现有技术的技术的情况下，只基于作为子页同步的一个同步执行目标数据像素位置的识别。另一方面，在本实施例的情况下，使用多个同步识别数据像素的位置。
作为用于以此方式使用多个同步识别数据像素位置的具体技术，在本实施例的情况下，采用这样的技术，其中围绕目标像素的位置的四个同步用来通过从此执行二维线性内插处理来计算像素位置。
然而，当采用像素位置的这种识别方法(计算方法)时，我们必须紧记围绕目标像素的位置的同步的数目可以少于四个。这是因为，例如如参照图10所见，在信号光区域A2的外围部分，存在其中围绕目标像素的位置的同步的数目只为三、二或者甚至一的区域。因此，在围绕目标像素的位置的同步的数目小于四的部分，使用在内侧的同步来外推缺少的同步，以使得能够在所有区域使用四个同步来实现相素位置的计算。
图13A到15D是描述用于以此方式的这种同步的外推的具体技术的图。这里，仅仅提取并且示出四个单元(2×2＝4单元)的区域，一个单元是全息图页中24像素×24像素的区域。插入对应于四个单元的区域中的各个单元的各个区域中的同步将以左上、右上、右下和左下的顺序称为″sync_1″、″sync_2″、″sync_3″和″sync_4″。
在以下描述中，采取具有纵坐标i和横坐标j的坐标平面。sync_1到sync_4的坐标定义如下。
sync_1(i，j，1)：sync_1的纵坐标
sync_1(i，j，2)：sync_1的横坐标
sync_2(i，j，1)：sync_2的纵坐标
sync_2(i，j，2)：sync_2的横坐标
sync_3(i，j，1)：sync_3的纵坐标
sync_3(i，j，2)：sync_3的横坐标
sync_4(i，j，1)：sync_4的纵坐标
sync_4(i，j，2)：sync_4的横坐标
以下描述中的″s_row″和″s_col″指示以码元为增量的同步间隔(4像素×4像素)。如在本实施例中将间隔i_sper设为24的情况下，保持s_row＝s_col＝24/4＝6。
图13A到13D图示当存在围绕目标像素的位置的三个同步时，用于外推同步的技术。这里，图13A图示其中缺少sync_1作为围绕同步的情况，图13B图示其中缺少sync_2的情况，图13C图示缺少sync_3的情况，而图13D图示缺少sync_4的情况。
首先，为了描述当如图13A所示缺少sync_1时的情况，根据
sync_1(i，j，1)←sync_2(i，j，1)
将sync_2的纵坐标代为sync_1的纵坐标，并且根据
sync_1(i，j，2)←sync_4(i，j，2)
将sync_4的横坐标代入sync_1的横坐标。结果，可以外推在此情况下缺少的sync_1。
在此情况下，当缺少应该围绕目标像素的位置的四个同步中的一个同步时，指数地存在于缺少的同步的横坐标方向的同步的纵坐标和指数地存在于缺少的同步的纵坐标方向的同步的纵坐标分别代入，以执行缺少的同步的外推。
相同的技术可以用于图15B、15C和15D的情况。具体的外推技术如下。
图15B的情况：外推sync_2。
sync_2(i，j，1)←sync_1(i，j，1)
sync_2(i，j，2)←sync_3(i，j，2)
图15C的情况：外推sync_3。
sync_3(i，j，1)←sync_4(i，j，1)
sync_3(i，j，2)←sync_2(i，j，2)
图15D的情况：外推sync_4。
sync_4(i，j，1)←sync_3(i，j，1)
sync_4(i，j，2)←sync_1(i，j，2)
在图14A到14F中，存在围绕目标像素位置的两个同步。图14A图示其中缺少sync_1和sync_2的情况，图14B图示其中缺少sync_2和sync_3的情况，图14C图示缺少sync_3和sync_4的情况，图14D图示缺少sync_4和sync_1的情况，图14E图示缺少sync_1和sync_3的情况，而图14F图示缺少sync_2和sync_4的情况。
将描述在图14A中示出的外推sync_1和sync_2的情况的示例。假设sync_1下面的sync_4的纵坐标sync_4(i，j，1)＝sync_1(i+s_row，j，1)和sync_4下面的sync_1(i+2*s_row，j，1)之间的差等于sync_1(i，j，1)和sync_1(i+s_row，j，1)之间的差，作为sync_1的纵坐标的sync_1(i，j，1)可以通过下式计算
sync_1(i，j，1)←2*sync_1(i+s_row，j，1)-sync_1(i+2*s_row，j，1)。
此外，假设作为sync_1的横坐标的sync_1(i，j，2)与sync_4(i，j，2)＝sync_1(i+s_row，j，2)相同，那么sync_1的横坐标可以通过sync_1(i，j，2)←sync_4(i，j，2)替换。
类似地，假设sync_2下面的sync_3的纵坐标sync_3(i，j，1)＝sync_2(i+s_row，j，1)和sync_3下面的sync_2(i+2*s_row，j，1)之间的差等于sync_2(i，j，1)和sync_2(i+s_row，j，1)之间的差，作为sync_2的纵坐标的sync_2(i，j，1)可以通过下式计算
sync_2(i，j，1)←2*sync_2(i+s_row，j，1)-sync_2(i+2*s_row，j，1)。
此外，假设作为sync_2的横坐标的sync_2(i，j，2)与sync_3(i，j，2)＝sync_2(i+s_row，j，2)相同，那么sync_2的横坐标可以通过sync_2(i，j，2)←sync_3(i，j，2)替换。
在图14B到14D中，尽管在垂直和水平方向存在差别，但是可以服从相同的过程。
图14B的情况：外推sync_2和sync_3。
sync_2(i，j，1)←sync_1(i，j，1)
sync_2(i，j，2)←2*sync_2(i，j-s_col，2)-sync_2(i，j-2*s_col，2)
sync_3(i，j，1)←sync_4(i，j，1)
sync_3(i，j，2)←2*sync_3(i，j-s_col，2)-sync_3(i，j-2*s_col，2)
图14C的情况：外推sync_3和sync_4。
sync_3(i，j，1)←2*sync_3(i-s_row，j，1)-sync_3(i-2*s_row，j，1)
sync_3(i，j，2)←sync_2(i，j，2)；
sync_4(i，j，1)←2*sync_4(i-s_row，j，1)-sync_4(i-2*s_row j，1)
sync_4(i，j，2)←sync_1(i，j，2).
图14D的情况：外推sync_4和sync_1。
sync_4(i，j，1)←sync_3(i，j，1)；
sync_4(i，j，2)←2*sync_4(i，j+s_col，2)-sync_4(i，j+2*s_col，2)
sync_1(i，j，1)←sync_2(i，j，1)
sync_1(i，j，2)←2*sync_1(i，j+s_col，2)-sync_1(i，j+2*s_col，2)
另一方面，在图14E和14F中，外推存在于目标同步的对角线方向的两个同步。为了描述其中外推sync_1和sync_3的图14E的示例，假设sync_1的纵坐标匹配sync_2的纵坐标，并且sync_1的横坐标匹配sync_4的横坐标，sync_1可以通过以下外推。
sycn_1(i，j，1)←sync_2(i，j，1)
sync_1(i，j，2)←sync_4(i，j，2)
此外，假设sync_3的纵坐标匹配sync_4的纵坐标，并且sync_3的横坐标匹配sync_2的横坐标，sync_3可以通过以下外推。
sync_3(i，j，1)←sync_4(i，j，1)
sync_3(i，j，2)←sync_2(i，j，2)
类似地，在图14F的情况下，sync_2和sync_4可以外推如下。
sync_2(i，j，1)←sync_1(i，j，1)
sync_2(i，j，2)←sync_3(i，j，2)
sync_4(i，j，1)←sync_3(i，j，1)
sync_4(i，j，2)←sync_1(i，j，2)
当采用上述记录介质作为示例(最小布置单位是1码元，半径i_rad是154像素，同步大小是1码元，并且同步间隔i_sper是24位)时，不出现图14E和14F中的情况。然而，当采用不同于该记录格式的格式时，这种情况很可能出现，其中可以通过上述方法执行同步的外推。
图15A到15D图示其中只存在围绕目标像素的位置的一个同步的情况。图15A图示其中只存在sync_4的情况，图15B图示仅sync_3的情况，图15C图示仅sync_2的情况，而图15D图示仅sync_1的情况。
为了描述其中只存在sync_4的图15A中的示例，假设紧接在sync_1下面的sync_4的纵坐标sync_4(i，j，1)＝sync_1(i+s_row，j，1)和sync_1下面两个同步的sync_1(i+2*s_row，j，1)之间的差等于sync_1(i，j，1)和sync_1(i+s_row，j，1)之间的差，sync_1的纵坐标sync_1(i，j，1)可以通过下式内插
sync_1(i，j，1)←2*sync_1(i+s_row，j，1)-sync_1(i+2*s_row，j，1)。
在此情况下，sync_1的横坐标sync_1(i，j，2)可以与sync_4的横坐标sync_4(i，j，2)相同。
此外，sync_3的纵坐标sync_3(i，j，1)可以与sync_4(i，j，1)相同。假设紧接sync_3的左边的sync_4的横坐标sync_4(i，j，2)＝sync_3(i，j-s_col，2)与sync_3左边两个同步的sync_3(i，j-2*s_col，2)之间的差等于sync_3(i，j，2)和sync_3(i，j-s_col，2)之间的差，sync_3的横坐标sync_3(i，j，2)可以通过下式外推
sync_3(i，j，2)←2*sync_3(i，j-s_col，2)-sync_3(i，j-2*s_col，2)。
此外，假设sync_2的纵坐标等于sync_1的纵坐标，而sync_2的横坐标等于sync_3的横坐标，sync_2可以通过下式外推。
sync_2(i，j，1)←sync_1(i，j，1)
sync_2(i，j，2)←sync_3(i，j，2)
在图15B到15D的情况下，可以基于相同的思想外推同步。
图15B的情况：外推sync_2、sync_4和sync_1。
sync_2(i，j，1)←2*sync_2(i+s_row，j，1)-sync_2(i+2*s_row，j，1)
sync_2(i，j，2)←sync_3(i，j，2)
sync_4(i，j，1)←sync_3(i，j，1)
sync_4(i，j，2)←2*sync_4(i，j+s_col，2)-sync_4(i，j+2*s_col，2)
sync_1(i，j，1)←sync_2(i，j，1)
sync_1(i，j，2)←sync_4(i，j，2)
图15C的情况：外推sync_1、sync_3和sync_4。
sync_1(i，j，1)←sync_2(i，j，1)
sync_1(i，j，2)←2*sync_1(i，j+s_col，2)-sync_1(i，j+2*s_col，2)
sync_3(i，j，1)←2*sync_3(i-s_row，j，1)-sync_3(i-2*s_rowj，1)
sync_3(i，j，2)←sync_2(i，j，2)
sync_4(i，j，1)←sync_3(i，j，1)
sync_4(i，j，2)←sync_1(i，j，2)
图15D的情况：外推sync_2、sync_4和sync_3。
sync_2(i，j，1)←sync_1(i，j，1)
sync_2(i，j，2)←2*sync_2(i，j-s_col，2)-sync_2(i，j-2*s_col，2)
sync_4(i，j，1)←2*sync_4(i-s_row，j，1)-sync_4(i-2*s_rowj，1)
sync_4(i，j，2)←sync_1(i，j，2)
sync_3(i，j，1)←sync_4(i，j，1)
sync_3(i，j，2)←sync_2(i，j，2)
例如，根据上述方法，可能外推同步，使得页中的各个相位位置由来自四个方向的同步围绕。在本实施例中，在设置全部像素位置由来自四个方向的同步围绕后，通过使用围绕像素位置的四个同步执行线性内插，计算(识别)目标像素的位置。
图16A描述了根据本实施例的这种再采样方法，并且图示目标像素位置(ph)和围绕像素位置的四个同步(sync_1到sync_4)。在图16A中，由在四个角的同步(sync_1到sync_4)围绕的区域显示为4×4＝16像素的区域。然而，如上所述，当同步间隔i_sper＝24位设为根据本实施例的记录格式时，由四个同步(sync_1到sync_4)围绕的区域是一个单位(6码元×6码元)的区域。
首先，在对某个像素位置(目标像素位置)执行再采样中，从目标像素位置的坐标确定围绕目标像素位置的四个同步。使用以此方式确定的四个同步，以下面描述的过程计算和识别数据像素位置。
首先，假设例如在左上端的sync_1的位置作为参照的情况下，目标像素位置是距sync_1向下nr位并且向右边mc位的位置。在用sync_1的位置和nr以及mc定义目标像素位置后，并且使用sync_1·sync_4和sync_2·sync_3在垂直方向执行以下线性内插以计算图16A和16B中的ph_1·4_i和ph_2·3_i后，
ph_1·4_i＝{(i_sper-nr)*sync_1(i，j，1)+nr*sync_4(i，j，1)}/i_sper
ph_2·3_i＝{(i_sper-nr)*sync_2(i，j，1)+nr*sync_3(i，j，1)}/i_sper，
通过进一步使用ph_14_i和ph_23_i在垂直方向执行随后的线性内插，可以计算目标像素的纵坐标phi
phi＝{(i_sper-mc)*ph_1·4_i+mc ph_2·3_i}/i_sper。
因为在过采样和放大后执行定位(同步位置的检测)，预期该值具有小数的值。因此，该值分为如下纵坐标的整数部分phi_int和纵坐标的小数部分phi_ft。
phi_int＝floor(phi)
phi_flt＝phi_phi_int
类似地，在水平方向执行以下线性内插后
ph_1·4_j＝{(i_sper-nr)*sync_1(i，j，2)+nr*sync_4(i，j，2)}/i_sper
ph_2·3_j＝{(i_sper-nr)*sync_2(i，j，2)+nr*syunc_3(i，j，2)}/i_sper
可以通过进一步使用ph_1·4_j和ph_2·3_j在水平方向执行以下线性内插，计算目标像素位置的横坐标phj
phj＝{(i_sper-mc)*ph_1·4_j+mc*ph_2·3_j}/i_sper。
该值也分为如下横坐标的整数部分phj_int和横坐标的小数部分phj_flt。
phj_int＝floor(phj)
phj_flt＝phj-phj_int
使用在四个角的同步、由通过在垂直方向的线性内插和水平方向的线性内插计算的纵坐标phi和横坐标phj指定的像素的位置是目标像素位置。换句话说，纵坐标phi和横坐标phj的计算等价于目标像素位置的计算(检测)。通过采用通过线性内插的这种像素位置计算，即使当因为光学失真等而导致SLM 4的各个像素的光没有投射在图像传感器11上的理想位置时，也可以适当地识别各个像素位置。
4)数据像素位置的振幅值计算
在如上所述计算目标像素位置的纵坐标phi和横坐标phj后，计算在该像素位置的振幅值。
图16B图示用于根据本实施例计算像素的振幅值的技术。在本实施例的情况下，也采用使用线性内插的方法用于像素的振幅值的计算。具体地，执行使用在围绕如上所述识别的目标像素位置的四个角处的振幅值(图中的rd_1、rd_2、rd_3和rd_4)的线性内插，以便计算目标像素的振幅值。
在计算振幅值中，在围绕目标像素位置的四个角处的振幅值rd_1、rd_2、rd_3和rd_4如下定义。
rd_1＝i_rdata(phi_int，phj_int)
rd_2＝i_rdata(phi_int，phj_int+1)
rd_3＝i_rdata(phi_int+1，phj_int)
rd_4＝i_rdata(phi_int+1，phj_int+1)
也就是说，这些振幅值rd_1、rd_2、rd_3和rd_4是在围绕目标像素位置的四个角的位置的信号振幅值，所述目标像素位置只通过由上述计算获得的纵坐标的整数部分phi_int和横坐标的整数部分phj_int指定。此外，注意到严格地说，在四个角的信号振幅rd_1、rd_2、rd_3和rd_4的左上端处的振幅值rd_1是目标像素位置的值。然而，为了说明的方便，包括rd_1的rd_2、rd_3和rd_4定义为在围绕目标像素位置的四个角的位置的振幅值。
使用振幅值rd_1、rd_2、rd_3和rd_4以及通过上面的计算获得的小数坐标执行如下垂直方向的线性内插。
rd_1·4＝(1-phi_flt)*rd_1+phi_flt*rd_4
rd_2·3＝(1-phi_flt)*rd_2+flt*rd_3
最后，使用rd_14和rd_23以及小数坐标如下所述执行水平方向的线性内插，rd_14和rd_23是通过在垂直方向执行线性内插获得的。
rd_sample＝(1-phj_flt)*rd_1·4+phj_flt*rd_2·3
这里获得的该rd_sample是在目标像素位置的像素的振幅值。在图16B中，显示了通过垂直方向的线性内插和水平方向的线性内插确定的rd_sample的图像。
因为采用使用线性内插计算像素的振幅值的方法，所以即使当因为光学失真等、SLM 4的各个像素的光没有投射在图像传感器11上的理想位置时，也可以适当地计算各个像素的振幅值。
5)数据辨别
通过关于页中像素的位置执行上述位置识别(计算)和振幅值计算，可以获得页中各个像素的振幅值。也就是说，页中的数据可以再采样到1×1。在此情况下，如上所述，页中的数据以码元为增量经历稀疏编码，所以通过执行通过与其对应的类别检测的数据辨别，可以检测“0”和“1”的各个记录位的最终值。
对每个码元解码稀疏码，以便最终将检测的位值从1码元转换为1字节，即8位。通过以码元的数据号的顺序输出以此方式解码的1码元(1字节)的数据，可以再现记录数据。因此，可以获得再现数据。
6)再采样单元的内部配置
图17示出之前在图8中示出的再采样单元23的内部配置，用于实现根据上述第一实施例的再采样处理。注意到在图17中，图8中示出的放大单元21、均衡滤波器22和数据辨别单元24也与再采样单元23一起示出。如图17所示，再采样单元23包括同步检测单元23a、同步外推单元23b、数据像素位置识别单元23c和像素振幅值计算单元23d。
首先，如之前在图8的情况下所述，在均衡滤波器22处的均衡处理后的图像信号输入再采样单元23。在再采样单元23，图像信号输入同步检测单元23a。同步检测单元23a基于从均衡滤波器22输入的输入信号和预先确定的记录格式的信息，执行同步位置的检测。具体地，如之前参照图11所述，检测在页的中心的同步(中心同步)的位置。因此，如之前参照图12所述，基于检测的中心同步位置，检测各同步的位置。
同步外推单元23b基于由同步检测单元23a检测的同步位置的信息，执行同步外推。具体地，使用检测的同步位置的信息，执行服从参照图13A到15D描述的过程的同步外推。
基于由同步检测单元23a检测的同步位置和由同步外推单元23b外推的同步位置的信息，数据像素位置识别单元23c执行全息图页中的数据像素位置的确定。具体地，服从之前参照图16A描述的过程，通过线性内插计算纵坐标的整数部分phi_int和纵坐标的小数部分phi_flt、以及横坐标的整数部分phj_int和横坐标的小数部分phj_flt。
基于由数据像素位置识别单元23c识别(计算)的数据像素位置(每个数据像素的phi_int、phi_flt、phj_int和phj_flt)的信息，像素振幅值计算单元23d从均衡滤波器22处的均衡处理后的图像信号通过计算获得每个数据像素位置的振幅值。具体地，基于纵坐标的整数部分phi_int和纵坐标的小数部分phi_flt、横坐标的整数部分phj_int和横坐标的小数部分phj_flt以及振幅值rd_1、rd_2、rd_3和rd_4，通过执行之前参照图16B描述的线性内插，通过计算获得每个数据像素位置的振幅值。
如之前参照图8所述，将在再采样单元23获得的数据像素位置的信息提供给数据辨别单元24。该数据辨别单元24和图8中示出的稀疏码解码单元25已经在图8的描述中描述，因此这里将不重复其描述。
7)根据第一实施例的再采样处理的实验结果
图18到20图示用于描述根据上面说明的本实施例的再采样技术的效果的实验结果(模拟结果)。
作为其中通过执行再采样来实际再现以根据本实施例的记录格式记录的数据的实验的结果，已经应用根据本实施例的再现技术的实验的结果在图18中示出，而已经应用根据现有技术的再现技术的实验的结果在图19中示出。此外，其中已经只应用根据本实施例的再现技术的同步的检测(不包括页中心同步的检测)、已经应用根据现有技术的技术到随后的数据像素位置确定、和在数据像素位置处的振幅值获得的实验的结果在图20中示出。具体地，对于根据现有技术的数据像素位置确定和在数据像素位置处的振幅值获得，使用这样的技术，其中基于最近的同步从4×4的读出信号选择目标像素的位置，并且这些值取为振幅值。
在图18到20的每个图中，页中的误差分布、SER(码元误差率)和SNR(S/N比)示出为具体实验结果。页中的误差分布由图中的方形轮廓线指示。双方形指示在其内部帧中以位为增量的误差(位误差)和在其外部帧中以码元为增量的误差(码元误差)。如在此可见，已经通过执行到再采样后的数据辨别获得在各个图中的结果。用于数据辨别的技术与上述用于本实施例和现有技术的情况的技术相同。
首先，观察图19中示出的采用根据现有技术的再采样方法的情况，可见在没有成功检测的同步周围出现误差。具体地，误差率在外围部分特别高，高到其实际使用将是困难的程度。在此情况下，SNR为2.63。
另一方面，在图18中示出的采用根据本实施例的再采样方法的情况下，可见显著地减轻了由于同步检测的故障造成的误差的集中，并且出现误差的位置分散以及误差的数目显著地减少。在此情况下，SNR为3.25。从这些结果可以理解，根据上面描述的本实施例的再采样技术与根据现有技术的再采样技术相比更能够适当地再现数据。
此外，比较图20中示出的结果与图18中示出的根据本实施例的整个再采样技术的应用显示：尽管误差稍稍增加，但是误差的分布实际上与图1 8的情况下的分布相同，并且与图19中示出的根据现有技术的技术的应用相比，实现了误差的显著减少。在此情况下，SNR为3.24。从图20的结果可以理解，如在本实施例的情况下，使用多个同步检测每个同步是有效的。
关于使用多个同步检测处于页中心的同步的方法，因为不是用于确定最终的同步位置，所以该技术没有单独展现其优点。然而，当如例如第二实施例的情况下，通过提取随后描述的二维时钟执行定时恢复时，页中心的位置确定为页的最终定位，在此情况下可以说如在本实施例情况下的使用多个同步确定页中心位置的技术优于只使用一个同步确定页中心位置的技术。
包括直到使用线性内插的再采样的总体再现特性
将参照图21A到23B描述在使用相干光添加的信号读出后已经执行到根据第一实施例的再采样的再现特性。
首先，图21A和21B图示其中已经执行根据第一实施例的再采样的情况和其中已经执行像素匹配的情况之间的比较结果。在图21A和21B中，水平轴是通过执行在上述图9A和9B中计算的2×2过采样结果的简单稀疏获得的1×1像素的振幅值。此外，水平轴是已经使用线性内插执行再采样而不执行光轴匹配的结果。这里，作为不是整数的倍数的1.33×1.33的部分(partway)过采样率的再采样结果显示通过线性内插的再采样的效果。
注意到，因为使用线性内插，所以即使在已经设置为不是整数的倍数的1.33×1.33的部分过采样率的情况下，使用根据上述第一实施例的线性内插的数据像素位置识别和振幅计算的再采样技术也可以执行适当的再采样。此外，用于获得图21A和21B中示出的结果的模拟器与上面的图9A和9B所使用的模拟器相同。此外，在此情况下的模拟同样没有执行记录图像的故意位置偏移，因此图21A和21B中基于在水平轴上的2×2过采样结果的振幅值可以与其中已经执行像素匹配的情况相同处理。
图21A图示没有相位掩模的情况，而图21B图示具有相位掩模的情况。在图21A和21B中，水平轴和垂直轴的值一般与之前描述的图9A和9B的情况一致。这显示由于执行使用根据上述第一实施例的线性内插的再采样，在具有/不具有相位掩模的情况下，即使在不执行光学像素匹配的情况下，再现信号特性也通常与执行光学像素匹配的情况相同。
现在，以以下的NMSE(规范均方差)定义表达式，将“NMSE”的评估值定义为定量评估使用线性内插的采样的计算误差。
NMSE＝(A-B)的均方根/A的幂平均(mean power)，其中A表示在已经执行光学像素匹配的情况下获得的数据像素位置处的振幅值，而B表示通过使用根据本实施例的线性内插的再采样计算的数据像素位置处的振幅值。
如可以从该定义表达式所理解的，与已经执行光学像素匹配的情况的偏差越小(即，再现性越好)，NMSE的值越小。
现在，使用这种NMSE，让我们考虑孔径大小和过采样之间的关系。图22A和22B是通过NMSE图示孔径大小和过采样率之间的关系的图，并且更具体地是图示在过采样率已经设为1.0×1.0、1.143×1.143、1.333×1.333、1.6×1.6和2.0×2.0的五种情况下、对于孔径大小1.0到2.0的范围、NMSE的值的改变的曲线图。在这些图中，水平轴是尼奎斯特孔径比率的孔径大小，而垂直轴是NMSE。
如图所示，2.000倍的过采样率(2.0×2.0)的情况的结果用交叉绘出，1.600倍的过采样率(1.6×1.6)的情况的结果用方形绘出，1.333倍的过采样率(1.333×1.333)的情况的结果用三角形绘出，1.143倍的过采样率(1.143×1.143)的情况的结果用反三角形绘出，而1.000倍的过采样率(1.0×1.0)的情况的结果用圆形绘出。
图22A图示没有相位掩模的情况，而图22B图示具有相位掩模的情况。图22A和22B的结果都示出在已经通过根据本实施例的相干添加执行线性读出后、使用线性内插执行采样的情况。这里使用的模拟器与之前图9A和9B使用的模拟器相同。
此外，作为比较，图23A和23B图示与图22A和22B的情况相同的、但是在下述情况下执行根据第一实施例的使用线性内插的再采样的、关于NMSE的计算结果，在所述情况中使用根据现有技术的技术，在所述现有技术中，不执行利用相干添加的线性读出。图23A图示没有相位掩模的情况，而图23B图示具有相位掩模的情况。
图22A和22B与图23A和23B之间的共同在于，如果关于孔径大小的过采样率足够大，则NMSE的值较小。具体地，可以理解，在用交叉绘出的2.0×2.0的过采样率、并且在1.0的孔径大小的情况下，NMSE是最小的，并且可以获得好的再现信号特性。
考虑此前提并且观察图23A和23B中示出的根据现有技术的技术的结果，在图23A中示出的没有相位掩模的情况下，在2.0×2.0的过采样率和1.0的孔径大小的情况下，NMSE为大约5％，这是可以进行实际使用的值。然而，在此情况下，自然不能使用在此情况的相位掩模通过复用全息图页执行高密度记录。
在具有相位掩模的图23B的情况下，设置2.0×2.0的过采样率并且充分地减小孔径大小仍然产生大约10％的NMSE值。这意味着在使用现有技术记录的时候、执行作为相位掩模的相位调制的情况下，过采样率必须保持不低于2.0×2.0。
相反，在如图22A和22B所示的执行根据本实施例的相干添加的情况下，在图22A中的没有相位掩模和图22B中的具有相位掩模的情况下，可见NMSE值与图23A和23B中的NMSE值相比总体较低。具体地，我们可以确认，如果在满足保持“过采样率＞孔径大小”的尼奎斯特采样定理的条件的范围内，则NMSE的值小于1％。
从这些结果我们可以理解，在本实施例的情况下，只要满足采样定理的条件，就可以获得与光学像素匹配的情况近似相同的再现信号特性。换句话说，即使在不执行光学像素匹配的情况下，通过过采样和再采样处理，在相干添加的情况下执行线性读出也使得可以获得等价于光学像素匹配的情况的再现信号特性。
此外，即使在没有光学像素匹配、并且过采样率设为不是整数的倍数的部分值的情况下，通过使用线性内插的采样也可以适当地再现数据。
第二实施例
接下来，将描述本发明的第二实施例。第二实施例与上面的第一实施例相同在于执行使用相干添加的上述线性读出，而与第一实施例不同在于用不同的技术执行再采样处理。
通过提取二维时钟再采样
在根据上述第一实施例的再采样处理的情况下，采用这样的技术，其中检测插入全息图页的同步位置，并且基于同步位置识别数据像素位置。也就是说，在第一实施例的情况下执行依赖于同步的再采样。
然而，在执行这种依赖于同步的再采样的情况下，在实际实践中，大量同步优选地嵌入全息图中，以便确保数据像素位置的确定精度处于某种水平。从这个意义上说，执行依赖于同步的再采样的技术在扩大用户数据的记录能力上遇到困难。
此外，在执行依赖于同步的再采样的情况下，如果同步损坏，则存在不能执行有效的再采样的可能性。此外，尽管依赖于同步的再采样对于在接收图像的平面方向中的偏移非常有效，但是在图像已经被扩大/缩小的情况下确保定位精度可能是相对困难的，此外，对于图像的旋转确保定位精度也可能是困难的。
首先，同步旨在用作用于在实现位同步的状态下分割预定的数据增量(即，其中对每1T固定位分割)的信息，但是在执行识别同步的位置、然后基于同步位置识别数据像素的位置的过程的情况下，如在第一实施例的情况下，同步用于位同步，意味着该用法不同于原打算的用法。
因此，在第二实施例的情况下，提出这样的技术，其中从读出图像信号提取二维时钟，并且基于该二维时钟识别数据像素位置。具体地，这涉及在读出图像的x方向(例如，水平方向)和y方向(例如，垂直方向)提取二维时钟，并且从其交点识别数据像素的位置。基于这种二维时钟识别数据像素位置将消除对用于识别数据像素位置的同步的依赖。
再现设备的配置
以下是根据第二实施例的记录/再现设备的配置的描述。根据第二实施例的记录/再现设备与根据第一实施例的记录/再现设备1不同只在于数据再现单元13的配置是不同的，并且其它配置与图1和3中示出的那些配置相同。因此，以下将描述根据第二实施例的记录/再现设备具有的数据再现单元13的内部配置。
图24是图示根据第二实施例的记录/再现设备包括的数据再现单元13的内部配置的框图。注意在图24中，已经在图8的情况下描述的组件用相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
如通过比较图24和图8可以理解的，根据第二实施例的记录/再现设备的数据再现单元13与数据再现单元13的不同在于已经提供再采样单元30替代再采样单元23，并且还将页同步定位单元33和码元提取单元34插入再采样单元30和数据辨别单元24之间。
在再采样单元30中提供二维时钟提取/数据像素位置识别单元3 1和像素振幅值获得单元32。如图24所示，二维时钟提取/数据像素位置识别单元31提供有来自均衡滤波器22的均衡处理后的图像信号。二维时钟提取/数据像素位置识别单元31根据从均衡滤波器22输入的图像信号执行二维时钟提取处理，并且基于该二维时钟执行数据像素位置识别。注意到，随后将描述由二维时钟提取/数据像素位置识别单元31执行的二维时钟提取和基于该二维时钟的数据像素位置识别的具体处理、以及其内部配置。
此外，将来自均衡滤波器22的图像信号输入像素振幅值获得单元32，并且还输入由二维时钟提取/数据像素位置识别单元31识别的数据像素位置的信息。像素振幅值获得单元32基于来自二维时钟提取/数据像素位置识别单元31的数据像素位置的信息，获得来自均衡滤波器22的图像信号中的数据像素位置处的振幅值。随后还将描述由像素振幅值获得单元32执行的振幅值获得处理的细节。
页同步定位单元33基于由像素振幅值获得单元32获得的数据像素位置处的放大值的信息，执行页同步定位处理。也就是说，页同步定位单元33识别所识别的数据像素(更具体地，其振幅值)对应于记录格式上的哪个位置。此外，码元提取单元34基于已经由页同步定位单元33识别的记录格式上的数据像素的信息，提取全息图页中的码元。
在第二实施例的情况下，每个像素数据的振幅值由码元提取单元34分组为码元的增量，并且输入到数据辨别单元24。注意到，由页同步定位单元33执行的页同步定位处理和由码元提取单元34执行的码元提取处理的细节也将在随后描述。
通过二维时钟提取的再采样处理的具体示例
以下是关于根据第二实施例的再采样处理的细节的描述。描述将以以下顺序进行。
1.X方向和Y方向微分
2.非线性处理
3.二维傅里叶变换处理
4.提取时钟信号分量
5.相位偏移处理
6.反傅里叶变换处理
7.过零线提取
8.过零线栅格点提取
应该注意，在以下描述中，在以下意义上使用术语“时钟信号”，“信号”是具有二维的标量，因此等价于二维图像。以图像表达的坐标系统将以向右的X方向和向底部的Y方向在附图中表现。
1.X方向和Y方向微分
首先，图25和26分别图示用作图像传感器11的检测的图像信号的传感器输出图像和来自放大单元21的放大的图像。注意到在图25和26、以及随后将参照的附图中的其他图像的情况下，难以详细掌握总体图像，所以将在各附图中以扩大形式使用图像的相同位置。
首先，作为随后描述的前提，我们将假定图25中示出的传感器输出图像的图像大小为1024×1024像素。符合之前给出的第一实施例的描述，在此情况下的过采样率为2×2，所以这意味着图像传感器11的2×2像素对应于SLM 4的一个像素。也就是说，用图像传感器11的四个像素接收在SLM 4处的一个像素量的图像。
尽管该比率可以视为通常恒定，但是定位的状态(相位)广泛地变化，并且在图像中也存在波动。此外，即使该比率通常恒定，过采样率也变化，并且在图像中也存在波动。此外，应该注意，在传感器输出图像中存在各种类型的波动、失真和劣化。
此外，如可以从传感器输出图像的图像大小和过采样率之间的关系理解的，在此情况下的SLM 4的有效像素的数目是512×512像素。
比较图25中的传感器输出图像和图26中的放大后的图像显示图26中的图像具有比图25中的图像更高的分辨率。在此情况下，放大比率是2×2，所以图26中示出的图像的图像大小是2048×2048像素，这在水平/垂直上是图25中示出的图像的1024×1024像素的加倍。此外，可以理解图26中的2048×2048像素的该图像大小在水平/垂直上是前述SLM 4的512×512像素四倍。这是由于已经执行作为2×2采样然后2×2放大的结果，总体已经执行4×4放大。
在本实施例的情况下，处理如图26所示的放大后的二维信号(图像)，以提取包括在图像中的X方向时钟和Y方向时钟，并且基于提取的时钟执行数据像素位置识别。也就是说，在图像中识别SLM 4中的每个像素的位置。
为此，首先，放大后的二维信号经历X方向微分处理和Y方向微分处理的每一个。图27A和27B图示在此情况下在微分处理中使用的图像处理掩模。图27A图示用于X方向微分的X方向微分掩模，而图27B图示用于Y方向微分的Y方向微分掩模。如图27A和27B所示，这些掩模是以中心位置作为原点的二维脉冲响应，并且其对于图像的卷积分别执行X方向微分和Y方向微分。
广泛理解的是术语“图像处理掩模”也可以称为“算子”。这些掩模是组成用于如随后描述的图像处理的Sobel算子的X方向微分和Y方向微分，在微分处理中广泛使用所述Sobel算子。
具体地，这些掩模的大小是3×3像素的总共9个像素，并且X方向微分掩模模式对于以从顶部开始的顺序的X方向线(行)为“-1，0，+1”、“-2，0，+2”、“-1，0，+1”。此外，Y方向微分掩模模式对于以从左边开始的顺序的Y方向线(列)为“-1，0，+1”、“-2，0，+2”、“-1，0，+1”。
对于使用这些掩模的微分处理，在本实施例的情况下，使用X方向微分掩模的X方向微分和使用Y方向微分掩模的Y方向微分独立地执行。也就是说，放大后的二维图像信号分布到两个系统，一个使用X方向微分掩模执行卷积，而另一个使用Y方向微分掩模执行卷积。也就是说，作为在此情况下的微分处理的结果，获得经历X方向微分处理的二维图像信号和经历Y方向微分处理的二维图像信号的两个系统。
对于微分处理的细节内容，在放大后的二维图像信号中，掩模的中心与一个目标像素对齐，并且掩模的相应位置的值乘以目标像素和周围像素的值。将作为结果获得的九个值相加，并且其结果是对于目标像素的微分处理结果。对放大后的二维信号中的每个像素执行该处理。
作为已经执行这种微分处理的结果而获得的图像是这样的图像，其中放大后图像的部分的振幅值的改变(即，亮度的梯度)越大，在该部分的振幅的绝对值越大。换句话说，在以此方式获得的微分处理后的图像的情况下，在一个部分的绝对值越大，在该部分的亮度的梯度越大。这种亮度的梯度大的部分称为“边缘”。边缘分量是用于时钟提取的重要信息源。
现在，图27A和27B中示出的掩模具有平滑效果，所以也应该考虑与其它滤波器处理的平衡。还注意到，存在许多不同于这里描述的那些掩模的具有微分效果的掩模，并且这些掩模可以被适当地选择和使用。此外，这里描述的掩模是3×3大小，这是奇数×奇数，意味着即使在卷积后也没有关心的像素的位置(相位)的偏移。这是优选的，因为不必考虑分开对齐。
2.非线性处理
上述微分处理产生已经经历X方向微分的二维图像信号和已经经历Y方向微分的二维图像信号。这些二维图像信号进一步经历非线性处理。在此情况下，执行用于获得绝对值的处理(绝对值处理)作为非线性处理。
图28和29图示作为这种绝对值处理后获得的定时脉冲信号的图像。图28图示通过对X方向微分后的二维图像信号执行绝对值处理获得的X方向定时脉冲信号，而图29图示通过对Y方向微分后的二维图像信号执行绝对值处理获得的Y方向定时脉冲信号。
首先，如从这些图可见，X方向定时脉冲信号和Y方向定时脉冲信号不是二元信号而是多值信号(即，灰度级图像)。这当然可以被二元化，但是在本实施例的情况下，从多值信号执行时钟提取。原因是如此：采样率是4×4，其相对小，所以通过保持多值而不是二元化维持边缘信号的强度和波形，适当地维持其相位信息(定时信息)。适当地提取如在随后的处理中与其相配的时钟信号。
如从比较图28与上述图25和26可以理解的，X方向微分和绝对值处理在X方向上提取原始图像中的、在亮度上从白变黑或从黑变白的部分。也就是说，提取X方向中的边缘部分。以相同的方式，比较图29和上述图25和26显示Y方向微分和绝对值处理提取Y方向中的边缘部分。
3.二维傅立叶变换处理
通过上面的X方向微分和绝对值处理获得的X方向定时脉冲、和通过Y方向微分和绝对值处理获得的Y方向定时脉冲的每一个经历二维傅立叶变换处理，以便执行频率分析。从其分析结果可以提取X方向时钟分量和Y方向时钟分量。
在本实施例的情况下，执行FFT(快速傅立叶变换)用于傅立叶变换。FFT是用于以高速获得与DFT(离散傅立叶变换)相同的结果的广泛使用的算法。
图30和31分别图示通过二维FFT的X方向定时脉冲信号的分析结果和通过二维FFT的Y方向定时脉冲信号的分析结果。现在，X方向定时脉冲信号和Y方向定时脉冲信号的每一个在大小上是2048×2048像素，并且当经历二维FFT时，这产生上复数阵列大小为2048×2048像素。在描述二维FFT的分析结果之前，这里将给出二维FFT的概念的描述。
定义
作为FFT和IFFT(反FFT，即，反快速傅立叶变换)的基础的DFT和IDF(反DFT，即反离散傅立叶变换)的定义如表达式1和2所示。
F ( f x , f y ) = 1 M · N Σ x = 0 M - 1 Σ y = 0 N - 1 f ( x , y ) exp { - 2 πj ( f x · x M + f y · y N ) } 表达式1
f ( x , y ) = Σ f x = 0 M - 1 Σ f y = 0 N - 1 F ( f x , f y ) exp { 2 πj ( f x · x M + f y · y N ) } 表达式2
其中M表示X方向图像大小，而N表示Y方向图像大小。在此情况下都是2048像素。
此外，f(x，y)表示2048×2048像素的图像。在x轴向右而y轴向下的情况下，
x＝0，1，...，2047的整数，并且
y＝0，1，...，2047的整数，
具有在每个坐标处的灰度级值。
F(fx，fy)表示作为复数的、通过FFT的变换的结果。fx和fy是频域的变量，fx表示X方向频率，而fy表示Y方向频率，其中
x＝0，1，...，2047的整数，并且
y＝0，1，...，2047的整数。
频率
基本地，尽管应该根据多少正弦波的周期符合单位长度定义频率，但是这里，提供的图像大小将被取为单位长度，以便利以下描述。在X方向频率为示例的情况下，多少周期符合等价于X方向上的图像的宽度的长度(M像素，即，2048像素)是X方向频率。对于Y方向频率以相同的方式，多少周期符合等价于Y方向上的图像的高度的长度(N像素，即，2048像素)是Y方向频率。
正和负频率
现在，fx和fy是通过如上所述定义的非负整数，但是其上半部匹配负频率分量。
演示
将fx＝-k和fx＝M-k(其中k和x是整数)带入表达式1产生
F(-k，fy)＝F(M-k，fy)
其是相等的。
其中上半部视为负频率的这种安排更容易理解，因为频率具有原点对称性，并且这适合使随后描述的功率谱鸟眼(bird eye)视图的中心为频率零点。因此，下文中，上半部将视为负频率。
现在，这可以理解为取fx＝0，1，...，1023，1024，...，2046，2047的上半部，并且将作为负频率的上半部视为fx＝0，1，...，1023，-1024，...，-2，-1，并且进一步移动上半部到前面以变换为fx＝-1024，...，-1，0，+1，...，+1023的频率顺序。
这对于fy也是成立的，由于可适当地实现阵列的指数变换，所以2048×2048点的频率分析结果可以理解为
fx＝-1024，...，-1，0，+1，...，+1023
fy＝-1024，...，-1，0，+1，...，+1023
的正和负频率的分析结果。
注意到频率+1024可以保持在+1024而不是改变为负的-1024，但是这里将取为负。
F(fx，fy)的意义
如在上面的表达式2的情况下，图像可以分解为各种频率分量，并且反过来表示为各频率分量的和。频率分量是表达式2中∑内的项，并且由以下表达式3表示
F ( f x , f y ) exp { 2 πj ( f x · x M + f y · y N ) } 表达式3
其中指数部分是平面波，其中X方向频率＝fx，而Y方向频率＝fy。F(fx，fy)提供强度和相位给平面波。
共轭分量
尽管表达式3是复数，但在此情况下对作为实数值的灰度级图像执行频率分析，所以原点对称的负频率分量F(-fx，-fy)是与F(fx，fy)的复共轭，并且取对这些求和消除了虚数部分并且产生实数。因此，表达式3的复数可以理解为频率分量，并且应该只注意正频率。当需要频率分量的各个波形时，可以取实部。
平面波
根据实数，平面波如表达式4所示
A · cos ( 2 π ( f x · x M + f y · y M ) + θ ) 表达式4
其中满足A＝|F(fx，fy)|，并且θ是F(fx，fy)的幅角。如果包括F(fx，fy)的复共轭分量，则A应该加倍，但是在本实施例的情况下，振幅的绝对值是不相关的，因此将忽略。
频率
上面的平面波的波前是线性的，其法线方向是矢量(fx/M，fy/N)方向，并且频率L如以下表达式5所示。
L = 1 ( f x M ) 2 + ( f y N ) 2 表达式5
频率分析
通过以此方式使用二维FFT执行频率分析，以便用表达式1将提供的灰度级图像分解为作为各种频率的平面波的分量，可以发现其配置分解(breakdown)。如使用表达式2获得所有分量的和恢复原始图像。
现在描述将返回图30和31。在图30中，以鸟眼视图示出通过图28中示出的X方向定时脉冲信号的二维FFT获得的频率分量的强度(F(fx，fy)平方)。此外，在图31中，以鸟眼视图示出通过图29中示出的Y方向定时脉冲信号的二维FFT获得的频率分量的强度。
如这些附图中所示，在二维FFT的分析结果的情况下，频率轴是fx和fy的两个轴，并且原点是两个轴的交点。此外，fx和fy的每个具有正和负频率。
此外，二维FFT的结果是2048×2048点，但是试图将所有信息放入一幅图将导致复杂的图，这将是没有意义的，所以图30和31以减小到1/32的分辨率显示。当然，在实际的内部处理的情况下，分辨率不必减小。
此外，尽管只将强度示为功率谱以便利图的理解，并且未示出作为复数的F(fx，fy)的相位信息，但是应该注意，在内部处理中，同样地处理复数并且也处理相位信息而不被遗漏。
在图30的情况下，在fx＝512、fy＝0和其原点对称位置存在大峰值。在fx＝512、fy＝0处的峰值部分是在X方向的时钟信号分量。可以由上述表达式5获得等价于该频率的平面波的周期。在此情况下，保持M＝N＝2048，所以周期L＝4。这是由于在此情况下的过采样/放大比率为4×4。此外，由于(512，0)，平面波的波前的法线方向具有Y分量“0”，所以这匹配X轴，这是合乎逻辑的。首先，作为到二维FFT的输入图像的图28中的图像具有大量X方向边缘分量。X方向的X方向边缘的基本间隔是4，并且尽管边缘间间隔距离可以短或长，但是它们是该基本间隔4的倍数。原因在于由于过采样和放大的总体比列是四倍，并且边缘出现的位置处于SLM 4的数据像素的边界(即，数据像素增量的部分)。这种显著特征已经导致在图30的分析中在fx＝512、fy＝0处的峰值。
现在，获得所有分析的频率分量的和的IFFT将恢复图28中示出的原始X方向定时脉冲，并且限制各分量将获得相关分量的波形。例如，仅对峰值部分的中心分量执行IFFT，可以获得作为对应于X方向边缘信号的中心分量的波形的时钟信号的平面波，所述X方向边缘信号是X方向定时脉冲信号。也就是说，尽管边缘散布于图像，但是中心分量使得单个平面波波形被提取，该单个平面波波形具有4的周期并且与边缘出现位置同步。
此外，执行峰值部分的中心分量和周围频率分量的IFFT将获得作为对应于X方向的主要分量的时钟信号的平面波。以此方式，在不但对于对峰值有贡献的一个频率分量、而且也对于周围频率分量执行IFFT的情况下，不是获得单个平面波，而是接近于它的平面波。周围频率分量是边带分量，其对单个波形的振幅和相位中的微小波动有贡献。这些波动可以说反映图像中的抖动。因此，执行包括这些边带的IFFT使得可以获得忠实地反映图像中的各种类型的波动(扩大/缩小、旋转、失真)的时钟信号。
在上面的描述的情况下，已经用清晰的数值进行了描述，其中过采样和放大的总体比例是四倍，周期是4，并且X方向时钟信号分量是fx＝512、fy＝0，但是这些是设计值，并且实际上存在距离这些值的波动，并且生成服从这种波动的时钟信号是原始目的。
此外，在图31中示出的关于Y方向定时脉冲信号的分析结果与图30中的情况相同，除了X方向和Y方向的差别。也就是说，功率谱的峰值部分集中在fx＝0、fy＝512。该峰值分量是Y方向的时钟信号分量。
4.提取时钟信号分量
搜索时钟信号分量的范围
当从如上所述的二维FFT的分析结果搜索峰值部分时，预先设置预定的搜索范围。具体地，对这种搜索范围设置以在图30中的二维FFT分析结果中的fx＝512、fy＝0的点为中心的预定范围，并且设置以图31中的二维FFT分析结果中的fx＝0、fy＝512的点为中心的预定范围。
现在，应该注意，在全息图记录/再现系统的情况下，确定图像传感器11的多少像素将接收SLM 4的一个像素量的图像光，并且确定生成信号光的SLM 4的有效像素的数目，所以SLM 4的多少像素将在X方向和Y方向上从边缘到边缘地(from edge to edge)适合图像传感器11。因此，在频率分析结果中将出现峰值部分的位置可以从其信息估算到某种程度。具体地，在全息图记录/再现系统的情况下，已经设计光学系统，使得基本上，图像传感器11的所有有效像素的范围匹配SLM 4的所有有效像素的范围，所以理想地，在点fx＝512、fy＝0为X方向分析结果中的理想峰值位置、而点fx＝0、fy＝512为Y方向分析结果中的理想峰值位置的情况下，预知512数据像素适合在图像传感器上的X方向和Y方向。
然而，实际上，在图像中存在如扩大/缩小、旋转、失真等的波动，所以根据这种波动，峰值位置将出现在从用作参考的该理想点偏移的位置。此时，距峰值位置的原点的距离是时钟信号的频率，而在该原点作为参考的情况下的峰值位置的方向匹配作为时钟信号的平面波的法线方向。在典型的示例中，如果再现图像被扩大或缩小，则时钟信号的频率下降或上升，并且从原点到峰值位置的距离减小或增加。此外，在旋转再现图像的情况下，用作时钟信号的平面波的法线方向旋转相同角度，所以峰值位置从轴偏移。
注意到图30和31中示出的结果假定没有波动的干净图像，因此分别图示有处于fx＝512、fy＝0和fx＝0、fy＝512的理想位置处的峰值。
考虑这些，在本实施例的情况下，以fx＝512、fy＝0作为参考的预定范围设为对于X方向定时脉冲信号分析结果的峰值搜索范围，而以fx＝0、fy＝512作为参考的预定范围设为对于Y方向定时脉冲信号分析结果的峰值搜索范围，从而在每个方向执行峰值部分搜索。
应该注意，在设置这种搜索范围大小中存在折衷。例如，如果搜索范围太窄，则处理再现图像中波动的范围趋向窄，但是峰值搜索中的误差将趋向更小。相反，如果搜索范围太宽，则处理再现图像中波动的范围趋向宽，但是错误的峰值检测的概率增加。
据此，在本实施例的情况下，将以每个参考点为中心的、再现图像范围的大约10％的矩形区域设为搜索范围。参考点的值为fx＝512、fy＝512，所以其10％粗略为50(512×0.1)，因此在此情况下设置101(50+1+50)×101(50+1+50)的矩形区域为搜索范围。还注意可以任意设置搜索范围的大小，而不是限制于上边。此外，搜索范围的形状不限制于矩形，而可以是其它形状，如圆形等。
X时钟分量和Y时钟分量的提取
作为上面的搜索的结果，从X方向分析结果和Y方向分析结果的每个检测峰值部分。接下来，检测的峰值部分的中心分量和周围分量组合来提取X方向和Y方向时钟信号分量。注意到，组合的检测的峰值部分的中心分量和其周围分量在本实施例中将称为“X时钟信号分量”和“Y时钟信号分量”。
图32和33分别图示提取X时钟信号分量的结果和提取Y时钟信号分量的结果。如这些图所示，例如，以中心作为其参考的、大小上11×11的矩形区域被设为用于通过搜索检测的峰值部分。通过取正和负侧的边带大小的每个为5，并且还计数中心点为1得到该数字11，即2×5+1＝11。还应该注意，提取范围的形状不限于矩形，而可以是其它形状，如圆形等。
应该注意，在设置这种提取范围大小中存在折衷，因此应该适当地确定以便对应于系统设计。例如，如果大小太小，则处理图像中的位置不规则性变得更困难，但是存在由于噪声的小扰动的优点。另一方面，如果大小太大，则可以良好地处理图像中的位置不规则性，但是对噪声的反映和被扰动的可能性增加。
5.相位偏移处理
jωx的乘法，jωy的乘法
如上所述提取的X时钟分量和Y时钟分量经历这样的处理，其中每个经历IFFT，用于变换为实际图像并且获得X时钟信号和Y时钟信号，这将在随后描述。然而，作为照原样提取的时钟信号分量的IFFT的结果获得的时钟信号将导致在振幅峰值部分处表现边缘定时，并且将难以在随后执行的边缘定时采样处处理。因此，执行相位偏移处理(更具体地为微分处理)，使得可以在过零定时处获得边缘定时，这更易于处理。
图34通过图示传感器输出图像的波形、X方向定时脉冲信号、X方向微分之前的X方向时钟信号、和X方向微分之后的X方向时钟信号，描述相位偏移处理。注意到，图34横切各信号的波形，以便图示为一维信号，因为将难以在图中理解二维波形。也就是说，图34中的每个信号的波形表示沿着垂直于二维图像(信号)的Y轴的平面取的横截面的波形。尽管图34仅图示X方向，但是可以以相同方式考虑Y方向。
首先，如可以从上面的描述理解的，X方向定时脉冲信号具有这样的波形，其中在传感器输出图像中亮度梯度高的部分获得峰值，如图34所示。该X方向定时脉冲信号经历二维FFT以提取时钟信号，并且经历IFFT，从而再现如图34所示的余弦波，作为X方向微分之前的X方向时钟信号。
此时，理想采样数据处于数据像素的中心，并且处于图34中的垂直实线的位置。这里可见，在X方向微分之前的时钟信号的情况下，位置是负的峰值位置。尽管可能能够在随后的处理中检测该负的峰值位置，但是从检测的简易性的观点看，在过零位置的检测是更优选的。因此，微分余弦波以便偏移相位。
尽管可以在实际图像区域(即，在IFFT后)执行这种微分处理，但是这里，按照计算的简易性，我们将执行等价于频域中的微分的处理。
频域中的微分等价于乘以虚数jω。因此，将已经在之前步骤中获得的频域处的时钟信号分量乘以jω。根据提取的时钟信号分量中的各分量的频率乘以该jω。在在X方向微分X时钟信号分量、而在Y方向微分Y时钟信号分量的情况下，微分的方向依赖于时钟信号分量而不同。因此，这些乘以X方向频率jωx和Y方向频率jωy。
对在频域提取的时钟信号分量执行这种jω乘法，使得能够偏移IFFT后获得的时钟信号的相位，以便为处于过零位置的最佳采样位置，如例如图34中所示的微分后的X时钟信号波形。注意到，当将过零位置从负侧转变到正侧时，遇到正过零位置。
6.反傅立叶变换处理
X时钟信号、Y时钟信号
在本实施例的情况下，通过执行在频域获得的时钟信号分量的反傅立叶变换可以获得实际图像的时钟信号，从由如上所述的二维傅立叶变换的分析结果通过峰值搜索获得所述时钟信号分量。在此情况下，已经通过FFT执行频率分析，所以通过IFFT执行反傅立叶变换。对于具体处理，已经乘以如上所述的jω的X时钟信号分量和Y时钟信号分量的每一个经历IFFT。
图35和36分别图示通过X时钟信号分量的IFFT获得的图像、和通过Y时钟信号分量的IFFT获得的图像。在此情况下的信号电平也是灰度级，其中白色取大于黑色的值。如从上面的描述可以理解的，关于在每个传感器输出图像中包括的边缘位置和强度，这些图像包括作为X方向和Y方向的主要分量的波的周期、相位和法线方向的信息。在本实施例的情况下，经历反傅立叶变换后的、通过从二维傅立叶变换的分析结果提取的峰值分量(X时钟信号分量和Y时钟信号分量)获得的图像分别称为X时钟信号和Y时钟信号。
如上所述，已经在频域执行通过jω的乘法，所以在这些图像中的正过零位置(黑色→白色)提供应该采样的位置。也就是说，在图35中示出的X时钟信号的情况下，其正过零位置表示X方向中数据像素增量(每个数据像素的中心位置)的分割。以相同的方式，在图36中示出的Y时钟信号的情况下，其正过零位置表示Y方向中数据像素增量的分割。这可以通过将图35和36与之前描述的图25和26比较来理解。
因此，通过X时钟信号和Y时钟信号的正过零线，可以在图像中识别X方向中以数据像素为增量的采样位置、和Y方向中以数据像素为增量的采样位置。换句话说，X时钟信号的正过零线是表示在原始再现图像中X方向上的数据像素周期的线(X方向周期线)，而Y时钟信号的正过零线是表示在原始再现图像中Y方向上的数据像素周期的线(Y方向周期线)。因此，通过提取X时钟信号和Y时钟信号的过零线，并且获得其交点，如随后所述，可以识别再采样位置。
当恢复时钟信号时的X方向和Y方向分辨率
现在，当执行过零线提取处理时，执行处理使得X方向和Y方向分辨率不同。也就是说，在搜索图35和36中的图像并且获得过零位置之前，执行这样的处理，其中提高在搜索过零位置的方向上的分辨率，而降低在其它方向上的分辨率。具体地，为X时钟信号提高X方向分辨率，而降低Y方向上的分辨率。此外，为Y时钟信号提高Y方向分辨率，而降低X方向上的分辨率。
提高分辨率的目的是使得能够容易和精确地执行用于搜索和决定过零位置的处理。如果没有提高分辨率，则在此情况下包括放大的采样率是4×4，所以在对于图像数据的设计参考值中，时钟信号的基本周期是大约四个像素。也就是说，时钟信号的一个周期的波形用大约四个像素的灰度级值表示。从这样的信号波形提取正过零位置不是不现实的，但是也是不容易的。因此，将分辨率提高若干倍，以便使得能够用容易的处理获得精确的结果。
另一方面，降低不是搜索过零位置的方向的方向上的分辨率的目的是避免由于增加的分辨率导致的增加的计算量。如果此时没有降低其它方向上的分辨率，则因为采样率是4×4，所以在此方向上以每数据像素四的速率计算过零位置信息，这是过多的。其一部分(fraction)是足够的。
在此方向上，不存在这样的情况，其中数据像素采样位置出现在非常短的周期处，或迅速地变化到必须在短于数据像素周期的周期处获得过零位置的程度，意味着过零线不必能够表示这种变化。因此，在本实施例的情况下，在执行时钟信号分量到图像信号的IFFT的时候，在搜索过零位置的方向上提高分辨率，而在其它方向上降低分辨率。
具体地，在本实施例的情况下，X方向上的X时钟信号的分辨率提高四倍(2048×4＝8192)，并且Y方向上的Y时钟信号的分辨率提高四倍。另一方面，Y方向上的X时钟信号的分辨率被四分(2048/4＝512)，并且X方向上的Y时钟信号的分辨率被四分。
应该注意，改变X方向和Y方向上的分辨率以执行IFFT是非常容易实现的。具体地，在提高X方向的分辨率的情况下，频域中fx方向上的点的数目在高频带侧扩展四倍，其中增加的部分用零填充。此外，在降低Y方向的分辨率的情况下，频域中fy方向上的点的数目在低频带侧降低为1/4。结果是8192×512点，并且其IFFT使得能够生成X时钟信号。Y时钟信号也可以通过使用相同的技术调整点的数目为8192×512点、并且执行其IFFT来处理。
以此方式提高X时钟信号的X方向分辨率和提高Y时钟信号的Y方向分辨率，使得能够提高在X方向的采样位置的检测精度和在Y方向的采样位置的检测精度的每个。此外，如在具体示例中将一个提高四倍而将另一个降低为1/4，使得能够将处理负荷抑制为与在执行没有提高的分辨率的正常IFFT的情况大致相同。
从上述分辨率的扩大比例可以理解，在此情况下，可以使得对于原始图像(512×512)的采样率在X方向和Y方向都为16倍。也就是说，可以以16倍的分辨率对原始图像中的数据像素位置执行过零位置检测。
7.过零线提取
在使用如上所述的IFFT获得X时钟信号和Y时钟信号时，从其提取正过零线。图37A和37B图示用于提取过零线的技术。
由于上述分辨率提高处理，X时钟信号由X方向上的每行的8192个采样值形成，而X方向行由Y方向上的512个采样值形成。以同样的方式，Y时钟信号由Y方向上的每列的8192个采样值形成，而Y方向列由X方向上的512个采样值形成。
图37A显示波形中每列的采样值。也就是说，在X时钟信号的情况下，图37A中示出的每个波形包括在X方向上的一行量的采样值，并且在Y方向上存在512个采样值。此外，在Y时钟信号的情况下，每个波形包括在Y方向上的一列量的采样值，并且在X方向上存在512个采样值。
过零线可以理解为通过提取X时钟信号的每个X方向行和Y时钟信号的每个Y方向列的波形的正过零点，并且连接每行和每列的过零点来形成的。
图37B示意性地图示了正过零点提取技术。如这里所示，由于上述分辨率提高处理，在对应于一个数据像素的周期的波形的一个周期中存在16个采样值(采样值(sampling value))。具体地，使用线性内插执行过零点提取。也就是说，在每行或每列的波形中找到夹住从负到正极性转换的点的两个点，并且提取连接这两个点的采样值的线和零水平(level)之间的交点作为正过零点。
对关于X时钟信号的每行和关于Y时钟信号的每列执行用于这种正过零点的提取处理。连接在Y方向为X时钟信号的每行获得的每个正过零点，获得X时钟信号的正过零线，如图38所示。此外，连接在X方向为Y时钟信号的每列获得的每个正过零点，获得Y时钟信号的正过零线，如图39所示。
应该注意，在图38和39中，正过零线由实线表示，并且背景显示分别与图35和36中示出的相同的X时钟信号图像和Y时钟信号图像。
时钟信号的过零线数据的数据表达格式
上面的处理获得X时钟信号的正过零线组和Y时钟信号的正过零线组，其结果存储在如下所示的阵列变量中。
例如，在X时钟信号的情况下，其表示为
clkx_timing(i，j)
其为512×512大小的实数变量。这指示来自y＝第i行左边的第j个X时钟信号的正过零位置(实数)。
也就是说，Y坐标将作为不是整数的实数的X方向时钟的正过零位置保持为整数坐标。因此，可以保持X方向定时线组，同时匹配Y方向上的分辨率的减小，在精度上也没有问题。
这对于Y时钟信号的正过零线组也是正确的。也就是说，简单交换x和y。具体地，这些存储在如下所示的阵列变量中。
clky_timing(i，j)
其为512×512大小的实数变量。这指示来自x＝第j行上部的第i个Y时钟信号的正过零位置(实数)。
用如上所述的表达格式保持时序线组允许整体上掌握关于每个过零线的号码的信息，所以对于X方向和Y方向，可以正确地掌握从以此方式存储的过零线的栅格点获得的每个数据像素位置的顺序关系，这将在随后描述。也就是说，这使得能够在维持顺序关系的状态下获得从数据像素值获得的每个像素振幅值。这意味着在根据现有技术的存储设备中的PLL电路型时钟再现方法的情况下已经出现的周跳(cycle slip)现象不出现。
关于过零点提取处理
如下详细所述，优选地执行用于检测时钟信号的过零点并且在检测的同时以如上所述的数据格式存储过零点的处理。
首先，在估计为信号光区域A2的中心位置的位置附近发现一个过零位置。然后，依赖于此，执行其中垂直或水平地跟踪过零位置的处理。从中心周围逐渐扩大过零点的检测使得能够容易地和以确定的方式提取正确的过零线组，其中信号光区域中的过零位置的顺序关系匹配。这可以从图像传感器11和信号光之间的关系理解。
例如，如图41所示，图像传感器11的形状为方形，而信号光区域A2的形状通常为圆形，所以可能希望，在作为X时钟信号获得的图像中将没有非常强地反映作为处于圆周部分的信号光的记录数据，而是反映具有低灰度级值的浅(flat)背景。因此，很可能的是，在X时钟信号和Y时钟信号图像的圆周处获得的过零点在可靠性上将是低的。
因此，如此从中心周围逐渐扩大过零点的提取使得能够容易地和以确定的方式提取正确的过零线组，其中信号光区域中的过零位置的顺序关系匹配。
8.过零线栅格点提取
上面的处理获得图像中X时钟信号的过零线组和Y时钟信号的过零线组、以及X方向/Y方向上每个过零线的号码(具体地，512条线中的其号码)的信息。下文中，获得X时钟信号的过零线组和Y时钟信号的过零线组的交点(栅格点)使得能够确定每个数据像素的位置。图40用黑点图示了过零线组交叉的栅格点。在图40中，X时钟信号的过零线和Y时钟信号的过零线一起用实线显示。
再采样到1×1
因此，通过栅格点识别数据像素位置(再采样位置)。此后，获得在通过图26中示出的放大图像中的栅格点识别的再采样位置处的再现图像的灰度级值(振幅值)，允许在SLM 4处以数据像素为增量获得振幅值。因此，完成1×1再采样。
注意到，基于如上所述识别的再采样位置的信息，在图24中示出的像素振幅值获得单元32处执行数据像素位置处的振幅值获得处理，这将在下面的部分描述。作为参考，作为再采样处理的结果获得的图像在图42中示出。
用于实现根据第二实施例的再采样处理的配置
接下来，将参照图43描述用于实现根据上述第二实施例的再采样处理的二维时钟提取/数据像素位置识别单元31的内部配置。注意到，图43与二维时钟提取/数据像素位置识别单元31的内部配置一起显示均衡滤波器22、像素振幅值获得单元32、页同步定位单元33和码元提取单元34。将参照图43，与二维时钟提取/数据像素位置识别单元31的操作一起描述像素振幅值获得单元32、页同步定位单元33和码元提取单元34的具体操作。
在图43中，二维时钟提取/数据像素位置识别单元31在内部包括：X方向微分处理单元40x、Y方向微分处理单元40y、X绝对值处理单元41x、Y绝对值处理单元41y、X-FFT处理单元42x、Y-FFT处理单元42y、X时钟信号分量处理单元43x、Y时钟信号分量处理单元43y、X相位偏移处理单元44x、Y相位偏移处理单元44y、X-IFFT处理单元45x、Y-IFFT处理单元45y、X过零线提取处理单元46x、Y过零线提取处理单元46y和过零线栅格点提取单元47。
首先，X方向微分处理单元40x和Y方向微分处理单元40y的每个输入来自均衡滤波器22的图像信号，并且执行上述X方向微分处理和Y方向微分处理。也就是说，X方向微分处理单元40x使用如图27A所示的X方向微分掩模执行X方向微分处理，并且Y方向微分处理单元40y使用如图27B所示的Y方向微分掩模执行Y方向微分处理。
X绝对值处理单元41x执行用于获得由上面的X方向微分处理单元40x执行的X方向微分处理后的图像中的值的绝对值的处理，并且将其结果提供到X-FFT处理单元42x。Y绝对值处理单元41y也执行用于获得由上面的Y方向微分处理单元40y执行的Y方向微分处理后的图像中的值的绝对值的处理，并且将其结果提供到Y-FFT处理单元42y。
X-FFT处理单元42x和Y-FFT处理单元42y的每个使绝对值处理后的图像(即，X方向定时脉冲信号和Y方向定时脉冲信号)经历二维FFT处理，所述图像分别从X绝对值处理单元41x和Y绝对值处理单元41Y提供。结果是如在如上所述的图30和31中示出的分析结果。
X时钟信号分量处理单元43x使通过X-FFT处理单元42x的二维FFT获得的分析结果经历在预定搜索范围(101×101的矩形区域)中的功率谱的峰值部分搜索，所述预定搜索范围以如上所述的参考点fx＝512、fy＝0为中心。将作为搜索的结果检测的峰值部分的中心分量和周围分量提取为X时钟信号分量。也就是说，如上所述，将以检测的峰值部分的中心作为其中心的11×11矩形区域提取为X时钟信号分量。
Y时钟信号分量处理单元43y也以相同的方式使通过Y-FFT处理单元42y的二维FFT获得的分析结果经历在预定搜索范围(101×101的矩形区域)中的功率谱的峰值部分搜索，所述预定搜索范围以参考点fx＝0、fy＝512为中心，并且将以检测的峰值部分的中心作为其中心的11×11矩形区域提取为Y时钟信号分量。
X相位偏移处理单元44x将在X时钟信号分量处理单元43x处提取的X时钟信号分量乘以jωx。也就是说，X时钟信号分量乘以根据每个分量的频率的X方向频率jωx，使得通过X时钟信号分量的IFFT获得的X时钟信号的相位偏移，如图34所示。
以相同的方式，Y相位偏移处理单元44y将Y时钟信号分量乘以根据每个分量的频率的Y方向频率jωy，使得通过Y时钟信号分量的IFFT获得的Y时钟信号的相位偏移，如图34所示。
X-IFFT处理单元45x执行通过X相位偏移处理单元44x处理的X时钟信号分量的IFFT，以便将X时钟信号分量转换为用作实际图像的X时钟信号。以相同的方式，Y-IFFT处理单元45y执行通过Y相位偏移处理单元44y处理的Y时钟信号分量的IFFT，以便将Y时钟信号分量转换为用作实际图像的Y时钟信号。如可以从上面的描述理解的，此时X-IFFT处理单元45x执行其中X方向上的分辨率是四倍、而其中Y方向上的分辨率是1/4的IFFT。同样，此时Y-IFFT处理单元45y执行其中Y方向上的分辨率是四倍而其中x方向上的分辨率是1/4的IFFT。
X过零线提取处理单元46x使用图37中描述的技术，从自X-IFFT处理单元45x获得的X时钟信号检测X方向上的每行的正过零点，并且将这些存储在如上所述的阵列变量(clkx_timing(i，j))。首先从估计为信号光区域A2的中心位置的位置周围执行过零点的提取，并且逐渐扩大到其周围。
以相同的方式，Y过零线提取处理单元46y使用图37中描述的技术，从自Y-IFFT处理单元45y获得的Y时钟信号检测Y方向上的每列的正过零点，并且将这些存储在如上所述的阵列变量(clky_timing(i，j))。首先从估计为信号光区域A2的中心位置的位置周围执行过零点的提取，并且同样在Y时钟信号的该过零点提取的情况下，逐渐扩大到其周围。
过零线栅格点提取单元47提取过零线的交点(栅格点)，从通过X过零线提取处理单元46x和Y过零线提取处理单元46y提取过零点的结果获得所述过零线。
现在，在已经由X过零线提取处理单元46x和46y将过零点存储在阵列变量的状态下，这些只是每行和每列的过零点的组，但是每行和每列的过零点的组可以处理为过零线。具体地，可以使为每行和每列存储的过零点的组经历线性内插，以便获得每个过零线的信息。
过零线栅格点提取单元47执行这种处理以获得X时钟信号的过零线组和Y时钟信号的过零线组，并且提取其交点(栅格点)。这些栅格点用来获得图像中SLM 4的数据像素的位置，即，获得再采样位置。
在如上所述的阵列变量中存储每个过零点使得能够关于每条线是在X方向/Y方向上的第几号线、识别从过零点的组生成的过零线。也就是说，识别为这种过零线组的栅格点的数据像素位置可以识别为其是在X方向/Y方向上的第几号栅格点。
将由过零线栅格点提取单元47获得的数据像素位置的信息提供给像素振幅值获得单元32。像素振幅值获得单元32取作为通过二维时钟提取/数据像素位置识别单元31的处理结果获得的数据像素位置的信息、和来自放大单元21的图像信号输入(图像信号)作为输入，并且获得图像信号中的每个数据像素位置的振幅值(1×1再采样)。
可以通过服从再采样定理的二维信号的内插，执行在已经获得这种数据像素位置后的振幅值获得处理。可替代地，可以执行在根据现有技术的图像处理的领域中广泛使用的内插处理。可以用于该内插处理的示例包括最近邻方法、双线性内插方法、三次卷积内插方法和双三次样条方法。
在上面的方法中，当过采样率大时，最近邻方法是有效的，因为具有最近的定时的读出信号选择为该像素的振幅值。最近邻方法是有利的还在于可以减少处理时间，因为不必执行基于函数等的计算处理。
此外，三次卷积内插方法或通过三次卷积的内插涉及用于基于采样定理的内插的函数sin(x)/x的分段三次多项式近似，并且尽管处理负荷大于最近邻方法的处理负荷，但是其在可以获得高精度结果方面是有利的。本实施例采用该三次卷积内插方法(下文中可以简称为“三次内插”)用于振幅值获得处理。
页同步定位单元33基于在像素振幅值获得单元32获得的数据像素位置的振幅值的信息、和用作在记录格式中预先设置的页同步的预定数据模式的信息，执行定位处理。也就是说，识别的数据像素的记录格式上的位置(即，由该格式规定的全息图页中的位置)被识别。
可以使用根据现有技术的技术执行用于使用页同步定位的处理。也就是说，在此情况下的全息图页具有至少一个嵌入作为页同步的同步、以及通过基于用作页同步的预定数据模式的相关性计算的模板匹配，以便识别格式上的数据像素的位置。具体地，基于记录格式可以将页同步的范围估计到一定程度，所以在估计的范围内计算关于预定的数据模式的相关值，并且识别具有最大相关值的位置。一旦获得图像信号中页同步的位置，就可以服从记录格式的信息识别在格式上的数据像素的位置。
现在，第二实施例的情况下的使用同步的定位处理与第一实施例的情况的不同在于，对其中已经以数据像素为增量(即，以1×1的比率)获得振幅的图像执行定位处理，所以同步可以用在原打算的用法中。此外，与其中必须对4×4放大后的图像执行定位处理的第一实施例的情况相比，可以显著地减少用于定位处理的计算量。
码元提取单元34使用由页同步定位单元33识别的、格式上的数据像素的位置的信息，执行全息图页中的码元的提取。以提取的码元为增量，将数据像素的振幅值提供到图24中示出的数据辨别单元24。
现在，这里将省略数据辨别单元24基于以码元为增量的数据像素的振幅值、通过类别检测执行数据辨别的描述，因为这与第一实施例的情况相同。此外，这里将省略稀疏码解码单元25以码元为增量执行稀疏码的解码处理以获得再现数据的描述，因为这与第一实施例的情况相同。
此外，尽管从图43和24省略，但是一种配置可以适当地添加到数据再现单元13，用于执行在图像处理中通常使用的基本预处理。例如，可以提供执行用于移除阴影中的不规则性的AGC(自动增益控制)、亮级校正、暗级校正等的信号处理单元。
此外，在上面给出的描述的情况下，过零线栅格点提取单元47已经描述为执行用于从存储在阵列变量中的每行和每列的过零点的组生成X时钟信号过零线组和Y时钟信号过零线组的处理，但是可以进行这样的安排，其中X过零线提取处理单元46x和Y过零线提取处理单元46y分别执行该处理。
此外，为了描述的方便，已经参照图43和24进行了描述，其中均衡滤波器22分支到二维时钟提取/数据像素位置识别单元31和像素振幅值获得单元32，但是实际上，可以进行这样的安排，其中通过均衡滤波器22的处理后的图像信号存储在存储器中，二维时钟提取/数据像素位置识别单元31和像素振幅值获得单元32共享该存储器中的图像。
根据第二实施例的再采样技术的优点
在根据上述第二实施例的再采样技术的情况下，可以从第一预定范围内的功率谱的峰值部分和第二预定范围内的功率谱的峰值部分获得用作表示图像中的X方向时钟分量的周期、相位和方向的信息的X时钟信号(X时钟信息)、和用作表示图像中的Y方向时钟分量的周期、相位和方向的信息的Y时钟信号(Y时钟信息)的每个，所述第一预定范围内的功率谱的峰值部分和第二预定范围内的功率谱的峰值部分已经从通过关于读出图像信号的二维傅立叶变换获得的分析结果提取。基于X时钟信号和Y时钟信号，可以识别记录在全息图记录介质HM上的全息图页中的像素数据位置，并且可以基于其位置信息获得数据像素的振幅值。
此时，基于分析结果获得的X时钟信号和Y时钟信号还包括对于X方向时钟分量和Y方向时钟分量、关于波的周期和相位以及方向的信息。因此，基于X时钟信号和Y时钟信号识别数据像素位置，因此可以识别数据像素位置，以便也处理图像的旋转。当然，可以识别数据像素位置，以便也处理图像大小的扩大/缩小。此外，可以识别数据像素位置，以便适当地处理如例如时钟频率在X方向和Y方向不一样的情况下的失真。
此外，在根据上述第二实施例的再采样技术的情况下，可以在不使用全息图页中插入的同步的情况下识别数据像素位置。据此，可以提高用户数据的记录能力。也就是说，可以改进用户数据的记录密度。
此外，在根据第二实施例的再采样技术的情况下，不但可以使用图像信号中的同步部分、而且可以使用包括用户数据的整个图像的数据，识别数据像素位置。也就是说，在采用依赖于同步的再采样的技术的情况下，在用作同步的图像的某个位置损坏的情况下，不能在该区域适当地执行数据像素位置识别，并且存在该区域中的所有数据可能丢失的可能性，但是在第二实施例的情况下，可以使用获得的图像信号的整体来识别数据像素位置，并且在此意义上可以允许更健壮的读出。
此外，使得能够在不用使用同步的位置识别的情况下识别数据像素位置，可以采用其中执行位同步的正常同步用法，据此，根据用于识别每个位值位于记录格式上的什么位置的同步，执行帧同步。
如从不必对数据像素位置的识别插入同步这点可以理解的，在第二实施例的情况下，可以减轻对记录格式方案的限制。此外，使用整个图像识别数据像素位置，而不用在如上所述的同步和用户数据之间进行辨别，所以对无论什么记录调制编码不存在限制。从以上可以理解，在第二实施例的情况下，使用第二实施例可以显著地改进记录格式设计中的自由度。
此外，在第二实施例的情况下，在提取X时钟分量和Y时钟分量的时候，每个图像经历用于边缘增强的微分处理，然后经历非线性处理(绝对值处理)，并且图像然后经历通过二维FFT的分析。这使得能够以更确定的方式获得作为分析的结果获得的时钟信号分量的峰值级别，从而可以严格地避免时钟信号分量的错误检测。
此外，在第二实施例的情况下，将放大后的图像分为两个系统，并且对X方向和Y方向独立地执行X方向微分、非线性处理、二维FFT和X时钟信号分量提取、以及Y方向微分、非线性处理、二维FFT和Y时钟信号分量提取的处理，这使得能够良好地提取时钟信号分量而不相互干扰。也就是说，这使得能够以更高的精度获得X时钟信号和Y时钟信号作为时钟信号。
此外，在第二实施例的情况下，在提取时钟信号分量的时候，不但谱的峰值部分的中心部分、而且周围分量可以一起用于IFFT以生成时钟信号，并且以此方式包括周围边带使得能够表达抖动，并且可以再现包括实际再现图像中的微小波动的时钟信号。也就是说，在本实施例的情况下，其中基于时钟信号以此方式执行数据像素位置识别，实现了高精度位置识别，这可以服从实际再现图像中的微小波动。
根据如上所述的可以服从实际再现图像中的微小波动这点、以及可以服从再现图像的扩大/缩小、旋转等这点，在第二实施例的情况下，不必执行严格意义上的像素匹配(光学像素匹配)，其中图像传感器11侧处的像素和SLM4的元件严格匹配。因此，关于系统设计的光学系统的设计的自由度增加，并且还可以抑制用于增加的精度的成本上的增加。
注意到，尽管上面已经描述了在第二实施例的情况下可以在不使用同步的情况下识别数据像素位置，但是从之前的描述可以明确地理解，即使识别了数据像素位置，在该点，也不能识别这些数据像素位置属于对应于信号光区域A2的全息图中的哪个位置。因此，使用如上所述的页同步执行定位，以便识别在格式上的位置(页同步定位单元33)，并且此时，用于在格式上的这种定位的页同步的数目必须为1，如接下来的图44所示。
可替代地，可以插入多个页同步，如图45所示。在插入多个同步的情况下，如图45所示，即使这多个页同步在位置上分散，页同步定位单元33也使这多个页同步成为整体，以便作为整体的页同步(模板)处理，并且通过使用相关性计算的模板匹配执行定位。
此外，在插入多个页同步的情况下，使它们成为整体并且用作整体的页同步，所以即使每个页同步模式是不同的，无论如何也不存在问题。实际上，可以故意进行这种安排，以便改进整体页同步的相关特性。
现在，在存在单个页同步、并且该同步损坏的情况下，整个页的信息将变得不可解码。另一方面，如上所述的散布多个页同步的安排是有利的，在于对于页定位处理的结果，可以消除若干页同步损坏的影响，因此整个页的信息不丢失。
现在，在其中执行依赖于同步的数据像素位置识别的再采样技术的情况下，必须使得同步大小相对大，使得将以确定的方式检测同步。同样在第二实施例的情况下，页同步必须用于在最终阶段确认格式上的位置，但是在该定位的时候，已经完成识别数据像素位置是否被识别和获得(再采样)振幅值，并且执行关于该再采样数据的定位，所以不必使得同步大小与其中执行依赖于同步的数据像素位置识别的情况一样大。同样以此方式，根据第二实施例可以改进用户数据的记录密度。
应该理解，第二实施例在再现的时候执行具有相干添加的线性读出，这与第一实施例的情况相同。因此，关于该点，第二实施例具有与第一实施例的情况相同的优点，如与根据现有技术的非线性记录/再现系统相比，孔径大小的减小和过采样率的减小，因此允许对于全息图记录介质HM的数据的高记录密度和改进的数据传输速率。
根据第二实施例的再采样处理的实验结果
图46到49图示用于展示根据上述第二实施例的再采样技术的效果的实验结果。注意到，为获得图46到49中示出的实验结果设置的记录格式如下。
数据最小布置单位：1码元(4×4位＝16位)
同步大小：1码元
同步间隔i_sper：48像素
信号光区域A2的半径i_rad：169像素
注意到在此情况下，同步间隔i_sper是在第一实施例的情况下的间隔的两倍，并且在页中排列的同步的数目显著减少。顺便提及，在此情况下可以布置在一个页中的数据量是5,555码元(字节)。
图46图示在以下情况下的页中的误差分布、SER(码元误差率)和SNR(S/R比率)，在所述情况下，已经用根据现有技术的再采样技术对其中已经根据上述格式执行数据记录的全息图记录介质HM执行数据再现。该“根据现有技术的再采样技术”这里与根据上面的图19描述的现有技术的技术相同。具体地，这是其中从4×4读出信号选择数据像素位置、并且取其值为振幅值的技术。
此外，图47图示在其中已经使用根据第二实施例的再采样技术执行数据再现的情况下、在页中的误差分布、SER(码元误差率)和SNR(S/R比率)。在这些图中，由方形轮廓表示页中误差，而双方形表示在其内部帧处以位为增量的误差(位误差)和在其外部帧处以码元为增量的误差(码元误差)。
首先，在根据图46中示出的现有技术的再采样技术的情况下，我们可以看到例如在右上部分的区域处的整个子页处于误差。这指示在关于其的检测已经失败的同步周围全部一起处于误差。在此情况下，SER是5,555码元中的704码元，为1.27E-001。此外，SNR是2.40。
相反，在图47中示出的第二实施例的情况下，我们可以看到不存在如在现有技术(即，其中执行依赖于同步的数据像素位置识别的再采样技术)的情况下由于失败的同步检测的误差的集中。已经出现误差的位置分散，并且其数目也更小。在此情况下，SER是5,555码元中的429码元，为7.72E-002，并且SNR为2.79。
从这些结果我们可以理解，在第二实施例的情况下比在根据现有技术的依赖于同步的数据像素位置识别的再采样技术的情况下获得更高的再现信号质量。换句话说，这意味着在第二实施例的情况下，在其中比现有技术的情况下执行更高密度的用户数据的记录的情况下，可以抑制再现信号质量的劣化。
此外，图48图示关于再现图像的扩大/缩小的容限特性。在该图中，水平轴表示再现图像的扩大/缩小，而垂直轴表示误差的数目(码元误差的数目)。虚线显示采用根据现有技术的再采样技术的情况的结果，而实线显示采用根据第二实施例的再采样技术的情况的结果。
如在此可见，在根据现有技术的技术的情况下，误差的数目在±1％扩大/缩小比率周围突然增加。换句话说，在根据现有技术的情况下，扩大/缩小比率容限限制在大约±1％。另一方面，在第二实施例的情况下，到大约±9％扩大/缩小比率，误差的数目几乎不变，所以我们可见与现有技术相比扩大/缩小比率容限显著加宽。
用于参考，图50A和50B图示在扩大到1.1倍的情况下使用二维FFT的分析结果。图50A仅在X轴附近提取，并且其中上色的部分表示峰值搜索的范围。此外，图50B仅在Y轴附近提取，并且其中上色的部分也表示峰值搜索的范围。如从这些图可见，峰值分量的峰值以与原始图像的扩大/缩小成反比的方向(即，在扩大的情况下在减小频率的方向)在轴上移动。
参照这些图中的搜索范围和峰值部分，我们可见通过搜索范围已经确定上述扩大/缩小容限值(大约±9％)。也就是说，在之前描述的搜索范围(101×101)设置的情况下，容限是大约±9％，意味着更宽的搜索范围将允许甚至更大的扩大/缩小容限。从图48的特性图还可以清楚地理解，尽管在根据现有技术的情况下，当存在扩大/缩小时误差的数目的增加变得显著，但是在根据第二实施例的技术的情况下，误差的数目几乎不改变到该容限的边缘。
此外，图49图示关于再现图像的旋转的容限特性。同样在此图中，水平轴表示图像旋转，而垂直轴表示误差的数目(码元误差的数目)。虚线显示采用根据现有技术的再采样技术的情况的结果，而实线显示采用根据第二实施例的再采样技术的情况的结果。
如从该图可见，关于旋转的容限也比根据现有技术的技术显著改进。在根据现有技术的技术的情况下，在大约0.5度的旋转角度，特性显示误差的突然增加。另一方面，在第二实施例的情况下，到大约5度误差的数目几乎不改变，意味着与根据现有技术的技术相比，关于旋转的容限已经扩大大约十倍。
图51A和51B图示在5度的旋转的情况下使用二维FFT的分析结果。图51A仅在X轴附近提取，并且其中上色的部分表示峰值搜索的范围。此外，图51B仅在Y轴附近提取，并且其中上色的部分也表示峰值搜索的范围。如从这些图可见，在旋转的时候获得的峰值部分根据图像的旋转方向在离开轴的方向偏移，而其频率没有变化。由于这种现象，可以理解，峰值部分从分析结果中的参考点远离轴偏移的方向和量分别表示旋转的方向和角度。
此外，通过参照图51A和51B可见，已经由峰值搜索范围确定上述5度的容限值。也就是说，更宽的搜索范围也将允许关于旋转的甚至更大的容限。
从这些结果我们可见，第二实施例对于图像变形、失真和旋转更健壮。
根据第二实施例的再采样方法的修改
第一修改
在到目前的描述的情况下，在识别数据像素位置的时候，从二维FFT的分析结果搜索峰值部分，并且该峰值部分经历IFFT，以便获得作为二维图像的时钟信号，但是可以执行数据像素位置识别，而甚至不用以此方式从二维图像获得时钟信号。
首先，在第一修改的情况下，直到执行从通过二维FFT的分析结果进行峰值搜索的处理是相同的，但是直接从作为搜索的结果检测的峰值部分获得时钟信息。
如之前所述，峰值部分的中心分量对应于近似时钟信号的单个平面波，并且从傅里叶域的峰值位置和值(复数)确定周期和相位以及法线方向。也就是说，距峰值位置的原点的距离是频率，而其倒数是周期。此外，在以原点为参照的情况下，峰值位置的方向是法线方向。此外，在峰值位置的值(复数)确定平面波的相位。因此，可以从作为搜索的结果获得的峰值部分的中心分量的位置和值获得时钟信息。
因此，在基于峰值的中心位置获得时钟信息的情况下，可以用以下计算相对简单地获得再采样位置
P(m，n)＝P0+m*Lclky+n*Lclkx
其中m和n是整数，P(m，n)表示在X方向上第n个和Y方向上第m个再采样位置的坐标，P0表示对于再采样位置坐标的参考点，作为对于从X方向时钟和Y方向时钟获得的最佳采样位置的一个解(尽管存在许多解，但是在m和n为整数的情况下，自然选择接近图像的中间的一个)，Lclkx表示X方向时钟的基本时段矢量(单个平面波)，而Lclky表示Y方向时钟的基本时段矢量(单个平面波)。注意到，基本时段矢量是其大小等于波长并且方向匹配传播方向的矢量。
尽管根据用于生成定时脉冲信号的方法获得P0的方式可能不同，但是在执行微分并且取绝对值的情况下，负峰值位置是最佳采样位置，如之前图34所示，所以可以选择接近图像的中间的一个。
第一修改的特征在于作为搜索分析结果的结果，只获得峰值部分的中心分量。也就是说，使用对应于中心分量的单个平面波作为时钟信号，允许基于周期、相位和法线方向(矢量)的信息，通过如上所述的线性计算容易地获得数据像素位置的坐标。因此，可以显著地减轻计算处理负荷，如不必执行具有相对大处理负担的IFFT以用于识别数据像素位置。
应该注意，根据第一实施例的数据像素位置识别技术可以在整个页图像上进行，但是在此情况下，将使用单个周期平面波作为时钟信号，所以服从微小偏差的能力将劣化。当然，这对于整个图像的改变(如旋转、扩大/缩小等)是有效的。
因此，在使用根据第一修改的技术处理微小偏差的情况下，可以将图像分为多个区域，并且对每个区域执行一系列处理。这种划分使得要处理的每个范围的大小更小，每个区域中的时钟周期可以视为单个周期。也就是说，通过上述线性计算对每个区域识别再采样位置允许在某种程度上确保服从微小偏差的能力。
对于具体处理，首先，对每个区域执行二维FFT，并且在每个区域中执行峰值搜索。基于每个区域中的峰值的中心分量执行上述线性计算，并且确定数据像素位置。在划分为各区域以便以此方式执行处理的情况下，对每个区域执行相同的处理，所以可以排列多个信号处理设备并且并行执行计算。这种硬件配置将实现处理时间上的显著减小。
注意到，用于区域划分的技术也可应用于如上所述的执行IFFT并且再现时钟信号作为实际图像的情况。也就是说，在对每个区域执行IFFT的情况下，对每个区域执行峰值搜索，对每个区域的峰值分量执行IFFT，并且为每个区域获得时钟信号。直到按区域执行随后的过零线提取，但是使用为每个区域提取的过零线为整个图像执行栅格线的提取。同样在此情况下，可以使得直到过零线的提取的处理对于每个区域相同，所以用于其并行处理的硬件配置可以减少处理时间。
此外，在处理时钟信号为单个平面波的情况下以及在处理为实际图像的情况下，可以定义其中将全息图页划分为多个区域的格式，并且该格式是一组小的独立页，并且每个区域(小的页)并行经历一系列处理，以便减少处理时间。
第二修改
第二修改用于使用频率分析结果的低带分量、大致地定位图像传感器上的信号光的照射区域(即，有效再现区域)。在第二实施例的情况下，对定时脉冲信号执行FFT以获得频率分析结果，并且在该处理中，还获得低带分量。这应用于获得低分辨率图像，并且基于此执行粗略定位。
将参照图52A和52B描述第二修改。图52A是通过执行从频率分析结果获得的低带分量的IFFT获得的低分辨率图像。注意到在图52A中，示出这样的示例，其中已经从二维FFT结果提取3或更低的频率分量，并且已经通过IFFT形成64×64大小的图像。该图像大小小，所以与整体相比这里必须执行的计算量减小。
此外，在第二修改中，预先准备如图52B所示的环状模板。该环状模板可以理解为在根据信号光区域A2的大致圆形形状后创建。也就是说，基于已经在该环状模板和如图52A所示的生成的图像之间执行的相关性计算的结果，识别在图像传感器11上的信号光照射区域。
对于环状模板，外部圆周或环的值是“-1”(图中的黑色部分)，邻近的内侧环部分的值是“+1”(图中的白色部分)，而所有其它值是“0”(图中的灰色部分)。信号光区域A2的形状大致为圆形，并且这旨在仅在灰度级图像的边缘部分执行定位，以便不受对应于内部记录数据的灰度级值的不规则性的影响。
应用频率分析结果的分配可以执行这种粗略的定位处理，所以几乎不存在计算量的增加。此外，例如如上所示的大约64×64大小的低分辨率图像是足够的，并且同样可以以此方式抑制计算量的增加。
为了实现作为该第二修改的定位处理，首先，FFT处理单元42之一(42x或42y)执行峰值分量搜索和低带分量提取。尽管从附图中省略，但是可以添加定位单元，其通过执行在FFT处理单元42处提取的低分辨率分量的IFFT，获得如图52A中所示的低分辨率图像，用预先准备的环状模板执行相关性计算，并且获得产生到其最大值的位置作为信号光区域(有效再现区域)的位置信息。一旦已经识别了有效区域，该信息就可以用来以更健壮的方式执行整体的再现处理。以下是其示例。
首先，可以构思用于在检测页同步的时候使用的安排。也就是说，基于在定位单元识别的位置信息，页同步定位单元33的搜索范围设置页同步搜索范围。一旦已经发现有效再现区域的大致位置，对于页同步检测的搜索范围就可以限制到基于该位置信息的更窄的范围。因此，在减小计算量的同时可以实现更健壮的安排。
可替代地，可以构思用于在过零点提取的时候使用的安排。根据上面的描述，从可靠的中心附近的过零点开始提取。然而，如果预先识别有效再现区域的位置，则基于其位置信息可以获得大致的中心位置，所以过零点提取可以从该位置周围开始。具体地，X过零线提取处理单元46x和Y过零线提取处理单元46y的每个基于在上述定位单位识别的位置信息开始过零点提取。
第三修改
接下来，将描述第三修改。在上面给出的描述中，已经图示了这样的示例，其中在从二维FFT的分析结果执行对峰值部分的搜索的时候，X时钟信号分量处理单元43x和Y时钟信号分量处理单元43y的每个独立地执行峰值搜索，但是可以进行这样的安排，其中在搜索X方向和Y方向峰值的时候，可以基于正交关系中的各个分量综合地执行X方向和Y方向峰值搜索。
图53是用于描述执行这种综合峰值搜索的第三修改的图。注意到在该图中，X时钟信号分量搜索范围和Y时钟信号分量搜索范围之间的关系基于频率轴fx和频率轴fy图示。
现在在本实施例的情况下，首先SLM 4是512×512像素，所以X方向时钟和Y方向时钟的关系近似相同，即，fx＝fy＝512，并且尽管存在图像的微小波动的一些影响，但是其平面波的波前的法线矢量处于近似正交关系。
因此，我们可以应用假定“X方向时钟和Y方向时钟具有相同频率并且波方向正交”的约束条件，并且对满足该约束条件的X方向搜索范围中的点和Y方向搜索范围中的点的每一组执行综合的功率谱评估，以便获得产生最大评估值的点作为X方向搜索范围上的峰值和Y方向搜索范围上的峰值。
具体地，为满足约束条件的X方向搜索范围中的点和Y方向搜索范围中的点的每一组计算功率谱的和、积等作为评估值，并且获得具有最大值的组合作为X方向峰值和Y方向峰值。
然而，应该注意，尽管在再现图像中几乎不存在失真的情况下该技术是有效的，但是不能保证每个峰值位置的关系将是正交的而不失效。因此，取如上所述获得的峰值为试验性峰值，并且在以试验性峰值位置作为参考设置的更窄的范围内，对X方向和Y方向再次独立地执行更详细的峰值搜索，从而在X方向搜索范围和Y方向搜索范围中获得最终的峰值。
在这种技术的情况下，首先以正交关系作为条件执行搜索，所以可以执行检测，而不被可能是上述试验性峰值的周围的大的错误分量所干扰。因此，基于试验性峰值位置执行详细的搜索，从而进一步改进峰值检测精度。
现在，用于上面的峰值检测的配置可以实现如下。首先，关于满足上面的约束条件的X方向搜索范围和Y方向搜索范围中的点的组合，预先确定用于检测功率谱的顺序。X时钟信号分量处理单元43x和Y时钟信号分量处理单元43y的每个以确定的顺序检测各个搜索范围中的功率谱。然后，时钟信号分量处理单元43之一、或重新并且分开提供的峰值确定单元基于如上所述获得的每个点的功率谱计算评估值，并且最终获得具有最大评估值的组合作为X方向峰值和Y方向峰值。
第四修改
第四修改添加即兴创作(improvisation)到微分处理。在目前描述的情况下，通过将放大图像分支到X方向微分和Y方向微分来执行微分处理，以便获得作为独立的定时脉冲信号的图像，但是可以同时对放大后的共同图像执行X方向微分和Y方向微分。
图54图示用于实现第四实施例的数据再现单元13的内部配置。注意到在图54中，仅显示均衡滤波器22、再采样单元30、页同步定位单元33和码元提取单元34，但是数据再现单元13中的其它配置与之前描述的图24的情况相同。此外，图54中已经参考图43描述的各部分用相同的参考标号表示，并且将省略其描述。
在此情况下，省略了X方向微分处理单元40x、Y方向微分处理单元40y、X绝对值处理单元41x、Y绝对值处理单元41y、X-FFT处理单元42x、Y-FFT处理单元42y，并且替代地提供了Sobel算子处理单元50和FFT处理单元51。
Sobel算子处理单元50对来自均衡滤波器22的图像信号执行Sobel算子处理。Sobel算子处理是等价于同时执行上述X方向微分处理和Y方向微分处理的处理。此外，Sobel算子处理还包括等价绝对值处理的处理。注意到，Sobel算子在由CORONA出版有限公司出版、1983年2月15日首次印刷的Makoto Nagao的“Gazo Ninshiki-ron”中讨论。
现在，图55显示作为Sobel算子处理的结果的图像。从该图我们可见，可以从Sobel算子处理获得其中已经合并X方向边缘和Y方向边缘的图像。这可以通过比较图55与之前的图28和29中示出的X方向定时脉冲信号和Y方向定时脉冲信号的图像理解。图54中示出的FFT处理单元51对通过Sobel算子处理单元50的处理结果执行二维FFT处理，Sobel算子处理单元50的处理结果等价于这种共享图像经历同时的X方向微分和Y方向微分(以及绝对值处理)。
图56图示其中已经对图55中示出的Sobel算子处理结果执行二维FFT的分析结果。可见通过对Sobel算子处理结果执行二维FFT，峰值清晰地存在于在相同的傅立叶平面上接近X轴和接近Y轴的、从其设计预测的位置处。因此，我们可以理解，可以从其中已经对Sobel算子处理结果执行二维FFT的分析结果没有问题地提取X方向时钟信号分量和Y方向时钟信号分量。
在图54中，X时钟信号分量处理单元43x和Y时钟信号分量处理单元43y在已经预先确定的接近X轴的搜索范围和接近Y轴的搜索范围的每一个中、从在FFT处理单元51处获得的分析结果执行峰值搜索，在所述分析结果中，已经对Sobel算子处理结果执行二维FFT。随后的处理与上述的处理相同，因此将省略其描述。
根据第四修改，可以将用于时钟提取的二维FFT处理从两次减少到一次，这是有利的在于可以显著地减少计算量。此外，尽管根据第四修改的技术增加了在X方向和Y方向上的相互信号干扰的因素，但是应该注意，定时脉冲信号基本处于正交的位置关系，所以整体上应该不存在问题。
第五修改
目前已经进行了定时脉冲信号生成涉及微分处理和非线性处理(绝对值处理)的描述，但是可以通过仅执行非线性处理而不执行微分处理来生成定时脉冲信号。执行微分处理可以通过增强伴随时钟分量的边缘来促使更精确的时钟信号的提取，但是在频域提取时钟信号分量的读取意图是为了通过非线性处理在根据图像的宽范围上扩展谱，所以时钟信号提取通常等价于上述具体示例的时钟信号提取，其可以单独通过以非线性处理的方式生成定时脉冲信号来执行。
图57图示其中放大图像已经照原样经历绝对值处理的图像。此外，图58图示对绝对值处理后的图像的二维FFT的分析结果。如通过比较图58和56可见，即使单独执行绝对值处理，也以与当执行微分处理时相同的方式获得以接近X轴和接近Y轴的参考点为中心的功率谱峰值。
图59通过图示传感器输出图像、X方向定时脉冲信号、X方向微分前的X方向时钟信号和X方向微分后的X方向时钟信号的波形，描述在根据如上所述的第五修改单独通过绝对值处理生成定时脉冲信号的情况下的操作。注意到如在图34中的情况下，在水平轴表示X轴而垂直轴表示灰度级值的情况下，图59横切信号(二维图像)的波形，以便图示为一维信号。尽管图59仅图示X方向，但是可以以相同的方式考虑Y方向。
首先，对于绝对值处理，如图所示，预定用于关于传感器输出图像(放大后的实际图像)的绝对值处理的参考水平(零水平)，并且通过取基于该参考水平的绝对值，通过如图所示的绝对值处理生成定时脉冲信号。在此情况下，参考水平可以是局部平均值，或可以是局部最小值和最大值之间的中心值。
通过对通过该绝对值处理获得的定时脉冲信号执行二维FFT和执行峰值搜索、时钟信号分量提取和IFFT获得的时钟信号的波形在该图中由X方向微分前的X方向时钟信号图示。参照这里的波形，不同于之前描述的图34中的情况，最佳采样位置是正峰值位置。因此，相位必须延迟以将最佳采样位置调整到正过零位置，因此在此情况下相位不通过微分而是通过积分偏移。具体地，在频域中提取的时钟信号分量的虚数乘以虚数-jω，使得最佳采样位置处于正过零位置。
为了实现这种第五修改的操作，在图54中示出的配置中，Sobel算子处理单元50由绝对值处理单元替代，该绝对值处理单元用于对来自均衡滤波器22的均衡处理后的图像信号(放大的图像信号)执行绝对值处理。随后的配置可以与图54中显示的配置相同，但是通过X相位偏移处理单元44x和Y相位偏移处理单元44y的处理不同。也就是说，在此情况下的X相位偏移处理单元44x处，上游获得的X时钟信号分量乘以X方向上的X方向角频率-jωx，使得IFFT后的波形的正过零位置是最佳采样位置。此外，在此情况下的Y相位偏移处理单元44y处，上游获得的Y时钟信号分量乘以Y方向上的Y方向角频率-jωy，使得IFFT后的波形的正过零位置是最佳采样位置。
第六修改
第六修改涉及照原样处理作为时序脉冲的放大信号，而不执行用于定时脉冲信号生成的任何明确的非线性信号处理(如执行微分和取绝对值的处理)。在到目前的描述的情况下，关于X方向和Y方向定时脉冲信号，通过执行放大图像的绝对值处理(非线性处理)增强X方向和Y方向边缘。然而，甚至不用执行这种明确的边缘增强处理，就可以使用系统中的潜在非线性执行时钟信号分量提取。
例如，记录/再现系统具有电非线性输入/输出特性，如例如二维感光器设备的γ特性，所以通过照原样执行读取信号的频率分析也可以提取时钟信号分量。注意到，如这里使用的术语“非线性”不同于在不能再现全息图记录介质HM中记录的相位信息这个意义上的非线性。
图60和61图示照原样对放大图像执行二维FFT的分析结果。图60图示接近X轴(即，接近X时钟信号分量)的参考点附近的放大视图，而图61图示接近Y轴(即，接近Y时钟信号分量)的参考点附近的放大视图。从这些图可见，在照原样对放大图像执行二维FFT的情况下，包括反映再现图像的各种类型的频率分量，并且有许多峰值存在。然而，当更近观察时，我们可以看到每个时钟信号分量存在于它们归属的位置，然而是弱的。
从这些结果我们可见，在峰值搜索范围可以限制到极窄的范围的情况下，可以提取时钟信号分量。例如，在其中可以进行非常严格的系统设计、并且波动的量非常小的情况下，峰值搜索范围可以变窄。因此，根据第六实施例的技术可以适当地应用于满足这种条件的情况下。
为了实现如此的第六修改，可以进行这样的安排，其中图54中的配置省略了Sobel算子处理单元50，使得在均衡滤波器22处的均衡处理之后的图像(即，等价于放大图像的图像)在没有改变的情况下经历二维FFT。
第七修改
如可以从到目前的描述理解的，在提取时钟信号分量的时候，执行二维FFT，并且该二维FFT可以通过在行和列方向重复一维FFT来实现。该技术也称为矩阵分解。图62示意性地图示使用矩阵分解的二维FFT技术。首先，对X方向的每行执行一维FFT，接下来，对Y方向的每列执行一维FFT。
一维FFT的计算量级为N·log(N)。在正常的矩阵因式分解的情况下，对各行执行N次和对各列执行N次一维FFT，意味着执行总共2N次的一维FFT，所以二维FFT的计算量级为2N2Log(N)。
然而，这里的目标是提取时钟分量，并且我们可以认为在时钟信号分量的搜索范围获得分析结果就足够了。因此，在只用于X方向和Y方向之一的相关范围内执行一维FFT，如图63A和63B所示。
图63A图示X时钟信号分量的搜索范围和Y时钟信号分量的搜索范围，并且用于时钟信号分量的提取的分析结果只是这些部分。因此，进行如图63B所示的安排，其中在对例如X方向的每行执行一维FFT后，仅对包括每个搜索范围的Y方向的各列执行一维FFT。
例如，如果我们假定每个搜索范围是再现图像宽度的5％，则搜索范围是X和Y的两个，其是整体的10％，意味着对于每列的一维FFT减少到10％。然而，必须对所有行执行一维FFT，所以总体计算量是50％+50％×10％＝55％。在量级的方面，计算量可以减少到大约一半。
此外，从计算量减少的观点看，应该能够对于用于每行的一维FFT执行相同类型的减少，但是这已经通过FFT算法显著地减少，所以在计算量上的进一步显著地减少是困难的。然而，可以进行这样的安排，其中在接近FFT处理单元中的最后阶段只计算与想要的时钟信号分量有关的部分，从而可以实现计算量的充分减少。此外，这可以应用到各行，同样可以进一步应用到各列，因此甚至进一步减少计算量。
此外，已经假设首先对各行执行一维FFT，然后对各列执行一维FFT来进行了上面的描述，但是即使颠倒顺序，基于相同的思想也可以减少计算量。
此外，根据第七修改的技术可以应用于采用不同于FFT的另一傅立叶变换技术(如例如DFT)的情况。应该理解，在本说明书中，术语“二维傅立叶变换”集合地包括了根据第七修改的傅立叶变换的技术和使用矩阵分解的正常执行的二维FFT。此外，应该注意，如这里使用的“傅立叶变换”不限于示例性说明的FFT，而是包括二维矢量基数FFT，并且除了FFT还包括用于根据定义计算DFT的方法、用于使用滤波器组配置分解为频率组成的方法、以及执行频率分析的所有其它技术。
其它修改
注意到在目前的描述的情况下，已经以分开的步骤描述了放大和微分的处理，但是这仅仅是便利算法的描述的考虑，而不是对其的限制。例如，一部分描述的算法可以用进一步减少的计算量在频域执行。对于这一点，应该为实际系统适当地选择允许减少的计算量的技术。
具体地，可以在频域执行微分处理。该微分处理是线性滤波器，并且由卷积算子表示。如广泛认识到的，卷积算子等价于获得频域中的每个频率分量的积，并且计算量不大。此外，微分处理可以在开始卷积，也减小计算量。此外，广泛认识到，通过扩展大小并且用零填充可以在频域执行放大处理。
组合以上内容，预先执行可以预先执行的计算、以及在频域执行计算进一步减少计算量。然而，注意到，在滤波器的抽头数小的情况下，存在实际图像区域中的卷积可以导致更小的计算量的情况，所以应该选择更合适的。
此外，在到目前的描述的情况下，在频域提取时钟信号分量的时候，在接近X轴的预定范围搜索X时钟信号，并且在接近Y轴的预定范围搜索Y时钟信号，以便提取时钟信号，但是这仅仅是说应该在SLM 4和图像传感器11的X轴和Y轴相符的情况下执行该安排。如果可以预先发现关于旋转角度和扩大率等的各个坐标系统中的关系，则基于系统设计或操作状态，可以相应地确定用于提取时钟信号分量的合适的第一预定范围和第二预定范围，以便执行对这些范围的峰值搜索来提取时钟信号。
此外，在到目前的描述的情况下，微分处理结果的正和负边缘已经描述为用于通过执行绝对值处理的定时脉冲信号，但是也可以通过边缘之一执行时钟提取。具体地，执行这样的处理，其中不执行绝对值处理，从微分结果仅保持正和负边缘之一，而另一个设为“0”。
尽管使用该技术也可以提取时钟，但是如在执行绝对值处理的情况下的使用正和负边缘的优点将丢失。也就是说，如果执行绝对值处理，则提取时钟信号，以便适合正和负边缘两者，所以可以在已经抵消正和负边缘位置的偏差和偏离的情况下、在采样位置不倾向一个方向或另一个方向的情况下，以精确的方式执行位置识别，但是上面的技术缺乏这种精确性。此外，执行绝对值处理是有利的，在于边缘信息的量相对加倍，时钟信号分量的强度增加，从而改进了S/N比。此外，应该注意，如这里使用的绝对值处理包括等价于执行绝对值处理的所有处理，如求平方等。
各实施例的修改
尽管已经描述了本发明的各实施例，但是本发明不限于目前描述的示例。
例如，在第一实施例的情况下，已经描述了关于检测处于页中心的同步后检测各个同步的情况的示例，但是可以进行这样的安排，其中不执行这种页中心位置的检测而检测各个同步。然而，应该理解，预先执行页中心位置的检测使得能够在检测各个同步的时候减小搜索范围。
例如，在第一实施例的情况下，已经描述了关于这样情况的示例，其中在检测各个同步的时候，以目标同步为中心并且包括垂直和水平相邻的同步的五个同步的十字形模式是基本模式，但是可以任意设置在使用多个同步检测各个同步的时候使用的同步的数目和其模式。此外，尽管已经描述了关于其中目标同步包括在用于检测同步的多个同步中的情况的示例，但是可以进行这样的安排，其中除了目标同步外的多个周围的同步用来检测目标同步。
在任何情况下，关于根据第一实施例的同步检测的任何安排可以抑制由于较低的同步比率而导致的同步位置检测精度的劣化，该安排使得能够基于根据目标同步的位置选择的多个同步的位置检测目标同步。
此外，已经进行了关于第一实施例的描述，其中在识别(计算)数据像素的位置的时候，执行同步的外推，使得页中的所有数据像素位置由来自四个方向的同步围绕，但是可以计算数据像素的位置而不执行这种同步的外推。
在此情况下，在缺少位于围绕目标数据像素的四个位置中的任一个的同步的情况下，例如可以基于存在的同步计算目标数据像素的位置。可替代地，可以采用这样的技术，其中仅基于最接近目标数据像素位置的同步位置计算数据像素的位置。
此外，尽管已经示例性地描述了这种情况，其中多个同步用于计算这种数据像素位置，但是可以进行这样的安排，其中如在现有技术的情况下，用作为参考的一个同步计算数据像素的位置。例如，可以基于最接近目标数据像素位置的一个同步计算数据像素的位置。
此外，对于所有的实施例保持成立的是，上面示例性说明的格式仅仅是一个示例，不必说可以根据实际实施例适当地选择各种参数，如最小布置增量、信号光区域A2的半径i_rad、同步间隔i_sper、同步大小等。
此外，在各实施例的情况下，已经示例性地说明了这样的情况，其中从在最后通过再采样计算(获得)的像素的振幅值获得位值的时候(即，在执行数据辨别的时候)，但是本发明也可以应用于不同于稀疏码的编码的情况，在此情况下应该采用对应于使用的编码的解码(数据辨别)方法代替类别编码。注意到，解码是共同的，在于使用用根据本实施例的技术为每个再采样位置获得的振幅值。
此外，在使用稀疏编码的情况下，可以执行用于相关性检测方法的安排，其中在通过再采样获得的一个码元量的每个像素的振幅值、和为一个码元(以振幅值表示)获得的作为已经作为数据模式出现的所有数据模式之间执行相关性计算，该相关性计算将具有最大相关值的数据模式检测为该码元的数据模式。
此外，尽管已经关于假定对读出图像执行放大处理的实施例进行了描述，但是，例如在图像传感器11的像素的数目与SLM 4的像素的数目相比足够大并且过采样率足够大的情况下，不必特别执行放大处理。
此外，尽管已经对于本发明应用于能够记录和再现两者的记录/再现设备的情况的实施例进行了描述，但是本发明可以应用于至少能够再现的再现设备。
此外，尽管已经对于示例性地说明对应于具有反射膜的反射全息图记录介质HM的情况的实施例进行了描述，但是本发明也可以适用于对应于不具有反射膜的透射全息图记录介质的再现设备。在处理这种透射全息图记录介质的情况下的再现设备不必具有偏振光束分光器8(以及四分之一波片9)，该偏振光束分光器8(以及四分之一波片9)用于将作为对应于照射的参考光的反射光获得的再现图像引导到图像传感器。在此情况下，根据照射的参考光获得的再现图像透射过记录介质本身，所以可以进行这样的配置，其中在如从激光束的发射点侧观看的全息图记录介质的另一侧提供另一物镜，以便经由该物镜将作为透射光的再现图像引导到图像传感器11侧。
此外，尽管已经对于示例性地说明采用共轴方法的情况的实施例进行了描述，其中用布置在相同轴上的参考光和信号光执行记录，但是本实施例可以适当地应用于采用所谓双束方法的情况，其中在记录的时候信号光和参考光分开照射。
在采用双束方法的情况下，在记录的时候，参考光和信号光从不同的角度投射到全息图记录介质HM上，但是在再现的时候，用位于与参考光共轴的相干光执行读出，这与上面实施例相同。也就是说，在双束方法的情况下，在其中如根据实施例的记录/再现设备1的情况启用记录和再现的设备配置情况下，该安排不同于图1中示出的安排在于，分开提供一组用于生成用于记录的信号光的第一激光二极管和能够进行强度/相位调制的第一SLM、和一组用于生成参考光的第二激光二极管和能够进行强度/相位调制的第二SLM，并且进一步更改光学系统，以便以不同角度引导在每处生成的信号光和参考光到全息图记录介质HM。然而，对于单独地再现，这是与实施例相同的配置，在于使用用于生成相干光的SLM共轴地生成参考光和相干光。此外，如从上面的描述可以理解的，在专用于再现的设备配置的情况下，与图1中示出的再现设备的配置相同的配置是足够的。
此外，尽管已经对于这样的实施例进行了描述，其中能够根据驱动电压电平进行可变的强度调制的液晶面板用作强度调制设备，但是例如在设置作为相干光的添加的强度为1.0的情况下，光的简单开/关控制将是足够的。在此情况下，DMD(数字微镜设备)可以用作强度调制设备。此外，反射型液晶面板可以用作强度调制设备，代替在实施例中示例性说明的透射型液晶面板。
此外，尽管已经在实施例中示例性地说明了使用透射型液晶面板作为相位调制器的情况，但是可以替代地使用任何其它设备，只要能够根据各个像素的驱动电压电平以像素为增量可变调制相位。
此外，尽管已经在实施例中示例性地说明了这样的情况，其中对于图像传感器的输出执行平方根计算，随后从其结果减去对应于相干光的添加量的值，从而移除由相干光添加的分量，但是除了这种明确的减法处理外，添加的相干光也可以通过例如用于移除DC分量的滤波器处理移除。
本发明包含涉及于2008年6月19日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-160661中公开的主题，在此通过引用并入其整个内容。
本领域的技术人员应该理解，取决于设计要求和其它因素，可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等价物的范围内。

Claims (22)

1.一种用于执行关于全息图记录介质的再现的再现设备，在所述全息图记录介质中，通过信号光和参考光之间的干涉，根据所述信号光记录全息图页，在所述信号光中使用以像素为增量的光强差别的信息排列位数据，所述再现设备包括：
参考光生成装置，配置来生成当获得关于在所述全息图记录介质中记录的所述全息图页的再现图像时、要照射的所述参考光；
相干光生成装置，配置来生成相干光，其强度大于所述再现图像的振幅的最小值的绝对值，并且相位变为与所述再现图像中的参考相位相同的相位；
图像传感器，配置来以像素为增量接收输入图像以获得图像信号；
光学系统，配置来将所述参考光引导到所述全息图记录介质，并且还将所述再现图像和所述相干光引导到所述图像传感器，所述再现图像是根据所述参考光的照射从所述全息图记录介质获得的，其中调整所述图像传感器侧的像素的数目和所述光学系统，使得过采样率至少大于1，所述过采样率表示关于是否在所述图像传感器侧的多少像素量的区域处接收所述再现图像内的一个数据像素量的图像的比率，所述一个数据像素量的图像表示一个数据位量的信息；
平方根计算装置，配置来输入基于由所述图像传感器的光接收操作获得的图像信号，以便计算构成所述图像信号的每个值的平方根；
移除装置，配置来从用作通过所述平方根计算装置的平方根计算结果的图像信号移除所述相干光的分量；
像素位置识别装置，配置来从通过所述移除装置的移除处理后的图像信号识别包括在所述再现图像中的每个数据像素的位置；
像素振幅值获得装置，配置来基于通过所述像素位置识别装置识别的每个数据像素的位置的信息，获得所述图像信号中的每个数据像素位置处的振幅值；以及
再现装置，配置来基于由所述像素振幅值获得装置获得的每个数据像素位置处的振幅值，再现记录数据。
2.如权利要求1所述的再现设备，其中所述移除装置从所述平方根计算结果减去对应于所述相干光的强度的值，以便移除所述相干光的分量。
3.如权利要求2所述的再现设备，其中分别配置所述参考光生成装置和所述相干光生成装置，以便通过采用用于调制共同的入射光的强度和相位的共同的空间光调制器，生成所述参考光和所述相干光。
4.如权利要求3所述的再现设备，其中所述空间光调制器由强度调制器和相位调制器整体组合而配置，所述强度调制器用于使入射光经历根据像素增量的空间光强度调制，所述相位调制器用于使所述入射光经历根据像素增量的空间相位调制。
5.如权利要求4所述的再现设备，其中将根据预定数据模式的同步数据插入所述全息图页中的多个预定位置；
并且其中所述像素位置识别装置搜索与通过所述移除装置的移除处理后的图像信号中的所述预定数据模式具有相关性的位置，以便识别所述图像信号中每个同步数据的插入位置，并且还基于识别的每个同步数据的位置识别每个数据像素的位置。
6.如权利要求5所述的再现设备，其中，在识别每个同步数据的插入位置的时候，当在所述图像信号中的预定范围内、整体地移动多个同步数据时，所述像素位置识别装置执行每个同步数据位置处的相关性的检测，并且作为其结果，识别被识别为具有最大相关性的位置作为同步数据的插入位置，其中，所述多个同步数据是用要被识别为参考的同步数据的插入位置来选择的。
7.如权利要求6所述的再现设备，还包括：
同步外推装置，配置来外推所述同步数据，使得包括在所述图像信号中的所有数据像素的位置用来自四个方向的所述同步数据围绕。
8.如权利要求7所述的再现设备，其中所述像素位置识别装置基于围绕要识别的数据像素的位置的四块同步数据的位置、和从记录格式估计的要识别的所述数据像素的位置，执行线性内插，以识别要确定的所述数据像素的位置。
9.如权利要求8所述的再现设备，其中所述像素振幅值获得装置通过采用围绕要处理的数据像素位置的四个位置的振幅值的线性内插，计算并且获得要处理的数据像素位置的振幅值。
10.如权利要求4所述的再现设备，其中所述像素位置识别装置基于提取的、包括在通过所述移除装置的移除处理后的图像信号中的二维时钟信息的结果，执行每个数据像素位置的识别。
11.如权利要求10所述的再现设备，其中所述像素位置识别装置执行
分析处理，用于执行关于通过所述移除装置的移除处理后的图像信号的二维傅立叶变换，以便执行关于包括在所述图像信号中的平面波因子的频率分析，以及
时钟信息获得处理，用于关于通过所述分析处理的分析结果，执行第一预定范围和第二预定范围的每个中的功率谱的峰值部分的搜索，以便获得第一方向时钟信息以及第二方向时钟信息，所述第一方向时钟信息表示基于所述第一预定范围中检测的峰值部分识别的平面波的频率、相位和法线方向，所述第二方向时钟信息表示基于所述第二预定范围中检测的峰值部分识别的平面波的频率、相位和法线方向，
然后基于所述第一方向时钟信息和所述第二方向时钟信息识别所述图像信号中的每个数据像素的位置。
12.如权利要求11所述的再现设备，还包括：
微分处理装置，配置来使从其通过所述移除装置移除了所述相干光的分量的图像信号经历微分处理；以及
非线性处理装置，配置来使经历通过所述微分处理装置的微分处理的所述图像信号经历非线性处理；
其中，在通过所述像素位置识别装置的所述分析处理的情况下，通过所述非线性处理装置的非线性处理后的所述图像信号经历所述二维傅立叶变换。
13.如权利要求12所述的再现设备，所述非线性处理装置执行用于获得所述图像信号的绝对值或平方值的处理作为所述非线性处理。
14.如权利要求13所述的再现设备，其中所述像素位置识别装置执行以下处理作为所述时钟信息获得处理，
通过使基于所述第一预定范围中检测的峰值部分的分量经历反傅立叶变换，获得转换为真实图像的第一方向二维时钟图像，作为所述第一方向时钟信息，并且通过使基于所述第二预定范围中检测的峰值部分的分量经历反傅立叶变换，获得转换为真实图像的第二方向二维时钟图像，作为所述第二方向时钟信息，
并且还提取所述第一方向二维时钟图像表示的第一方向周期线、和所述第二方向二维时钟图像表示的第二方向周期线，以获得各个周期线交叉的每个栅格点，然后基于每个栅格点的位置识别每个数据像素的位置。
15.如权利要求14所述的再现设备，其中所述像素位置识别装置执行以下处理作为所述时钟信息获得处理，
获得通过使包括所述第一预定范围中检测的峰值部分的中心分量和其邻近分量的分量经历反傅立叶变换获得的实际图像，作为第一方向二维时钟图像，并且获得通过使包括所述第二预定范围中检测的峰值部分的中心分量和其邻近分量的分量经历反傅立叶变换获得的实际图像，作为第二方向二维时钟图像，
并且还提取所述第一方向二维时钟图像表示的第一方向周期线、和所述第二方向二维时钟图像表示的第二方向周期线，以获得各个周期线交叉的每个栅格点，然后基于每个栅格点的位置确定每个数据像素的位置。
16.如权利要求15所述的再现设备，其中所述微分处理装置使从其通过所述移除装置移除了所述相干光的分量的图像信号经历第一方向微分处理和第二方向微分处理的每一个，
并且其中所述非线性处理装置执行用于使所述第一方向微分处理后的图像信号经历非线性处理的第一方向非线性处理、以及用于使所述第二方向微分处理后的图像信号经历非线性处理的第二方向非线性处理；
并且其中所述像素位置识别装置执行以下处理作为所述分析处理，使通过所述非线性处理装置的所述第一方向非线性处理后的图像信号和所述第二方向非线性处理后的图像信号的每一个经历所述二维傅立叶变换；并且所述像素位置识别装置执行以下处理作为所述时钟信息获得处理，基于通过所述分析处理获得的关于所述第一方向非线性处理后的图像信号的分析结果，获得所述第一方向时钟信息，并且基于通过所述分析处理获得的关于所述第二方向非线性处理后的图像信号的分析结果，获得所述第二方向时钟信息。
17.如权利要求16所述的再现设备，其中将预先确定为页同步的预定数据模式插入所述全息图页；
并且其中所述再现装置基于在所述图像信号中的所述页同步的位置的搜索的结果，识别记录格式上的每个数据像素的位置，所述搜索基于通过所述像素振幅值获得装置获得的每个数据像素的振幅值、和作为页同步的所述预定的数据模式，并且所述再现装置还基于记录格式上每个识别的数据像素的位置的信息和每个数据像素的振幅值的信息，再现记录数据。
18.如权利要求17所述的再现设备，其中插入多个所述页同步；
并且其中所述再现装置基于使用作为整体页同步的多个页同步的搜索结果，识别在记录格式上的每个数据像素的位置。
19.如权利要求18所述的再现设备，其中，在通过所述像素位置识别装置的所述时钟信息获得处理的情况下，搜索峰值部分以获得所述第一预定范围和所述第二预定范围的每个中的时钟信息，所述第一预定范围和所述第二预定范围的每个用X方向上的时钟频率和Y方向上的时钟频率设置，所述X方向上的时钟频率和所述Y方向上的时钟频率的每个基于空间光调制器的X方向和Y方向上的像素的数目、和在所述图像传感器的X方向和Y方向上的采样率来估计，所述空间光调制器用于在生成所述信号光的时候执行根据像素增量的空间光调制。
20.如权利要求19所述的再现设备，所述像素振幅值获得装置通过采用围绕由所述像素位置识别装置识别的数据像素的位置周围的值，执行内插处理，以便通过计算获得每个数据像素的振幅值。
21.如权利要求5或权利要求10所述的再现设备，还包括：
上转换单元，配置来通过线性内插，将通过所述移除装置从其移除了所述相干光的分量的图像信号上转换到预定放大率。
22.一种用于执行关于全息图记录介质的再现的再现方法，在所述全息图记录介质中，通过采用用于以像素为增量接收输入图像以获得图像信号的图像传感器，记录根据信号光的全息图页，在所述信号光中，使用以像素为增量的光强差别的信息排列位数据，所述信号光与参考光干涉，所述再现方法包括以下步骤：
生成当获得关于在所述全息图记录介质中记录的所述全息图页的再现图像时要照射的所述参考光；
生成相干光，其强度大于所述再现图像的振幅的最小值的绝对值，并且相位变为与所述再现图像中的参考相位相同的相位；
在过采样率至少大于1的状态下，从所述图像传感器接收所述再现图像，所述再现图像是根据通过所述照射的参考光的生成步骤而生成的所述参考光和通过所述相干光的生成步骤而生成的所述相干光、从所述全息图记录介质获得的，所述过采样率表示关于是否在所述图像传感器侧的多少像素量的区域处接收所述再现图像内的一个数据像素量的图像的比率，其中一个数据像素量的图像表示一个数据位量的信息；
输入在所述接收中在所述图像传感器处获得的图像信号，以便计算构成所述图像信号的每个值的平方根；
从用作所述输入中的平方根计算结果的图像信号移除所述相干光的分量；
从通过所述移除的移除处理后的图像信号识别包括在所述再现图像中的每个数据像素的位置；
基于通过所述识别识别的每个数据像素的位置的信息，获得所述图像信号中的每个数据像素位置处的振幅值；以及
基于通过所述获得获得的每个数据像素位置处的振幅值，再现记录数据。
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