CN1713283A - 补偿全息图数据再现中的像素失真的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，包括提取单元、确定和计算单元、表格以及补偿单元。该提取单元从含有再现数据图像和边界的再现图像帧中提取再现数据图像。该确定和计算单元确定所提取的再现数据图像各边缘的位置值，以及由行数据的起点和终点像素的位置值计算出行数据内像素的平均放大误差值，起点和终点像素的位置值是基于所确定的各边缘的位置值。该表格存有行数据内各像素的未对准补偿值，其中所述未对准补偿值对应于平均放大误差值的若干个预定基准。该补偿单元使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置。

Description

补偿全息图数据再现中的像素失真的装置及方法

技术领域

本发明涉及全息系统，更具体地涉及补偿从存储介质中读取用来再现全息图数据的再现数据图像中的像素失真的装置及方法。

背景技术

近来，随着诸如半导体激光器、电荷耦合器件(CCD)和液晶显示器(LCD)产品的发展，对使用体积全息数字数据存储技术的技术领域的研究已经积极地开展起来。当用于存储和再现指纹的指纹识别系统已被作为此项研究的成果而投入实际应用时，研究倾向于扩展到能够利用大容量存储能力以及超高数据传送速率的各种领域。

全息数字存储和再现系统是一种把干涉图案记录到存储介质内的装置，干涉图案是当来自目标的信号光与参考光相干涉时所产生的，存储介质例如是对该干涉图案的幅度有敏感反应的光折射(photorefractive)液晶。由于该存储和再现系统随着参考光角度或诸如此类的变化而记录信号光束的幅度和相位，因此它能够在同一位置存储数百到数千张全息图，其中每张全息图都是由二进制数据组成的一页。

同时，在把全息图数据记录到存储介质内的记录方式时，典型的全息数字存储和再现系统把利用光源生成的激光束分成参考光束和物光束；把物光束调制成其中像素根据外部输入数据(即，要存储的输入数据)组成亮和暗的二进制数据页；以及把干涉图案记录到存储介质内作为对应于输入数据的全息图数据，其中该干涉图案是通过使调制了的物光束与被分解并按预定偏转角反射的参考光束相互干扰而得到的。

同时，在再现模式时从存储介质中读出全息图数据。并且，该读取的全息图数据，即再现数据图像可能存在放大变化的问题，诸如再现数据图像的扩大或减小，以及像素未对准，它们是由于光学系统中的误差、存储介质的表面状况、或是聚焦再现数据图像的物镜的聚焦误差所引起的。用来解决上述问题的典型的常规方法是过取样技术。

图9是采用常规的过取样技术的全息再现系统的方框图。该全息再现系统包括主轴马达902、存储介质904、读取光通路906、再现光通路908、图像检测部件910、边界检测部件912以及过取样部件914。

参照图9，全息再现系统设有用主轴马达902旋转的存储介质904。以及，存储介质904设有读取光通路906，再现记录的全息图数据所需的读取光沿着该通路照射到存储介质904上；以及通过读取光的照射而再现的数据图像光束(即，二进制数据的方格形图样)沿着再现光通路908输出，其中再现光通路908包括一用来聚焦数据图像光的物镜。

此外，在再现光通路908的末端上设置图像检测部件910，诸如CCD摄像机。CCD摄像机按照过取样其中的每个像素的方式、以光电方式把再现数据图像光束转换成n×n像素(例如3×3像素)，并把转换结果提供给边界检测部件912。在此情形下，从存储介质904读取数据图像光，即再现图像帧，包括数据图像区和边界区。例如，如果假设该再现图像帧具有240×240大小的分辨率的再现数据图像并具有3个像素大小的上、下、左、右边界，则图像检测部件910生成光电变换的再现图像帧，其包括边界并具有1024×1024大小的分辨率，并把该光电变换的再现图像帧提供给边界检测部件912。

此后，边界检测部件912用例如参考相对于所变换的再现图像帧的每行的像素总亮度的方法来检测边界区；基于有关检测出的边界的信息来从再现图像帧中提取过取样的再现数据图像；以及把提取的过取样再现数据图像传送给过取样部件914。例如，如果用把一个像素变换成3×3像素而从具有240×240大小的分辨率和3个像素大小的上、下、左、右边界的再现数据图像中获得具有例如1024×1024大小的再现图像帧，则边界检测部件912提取具有720×720大小的分辨率的过取样再现数据图像并把它传送给过取样部件914。

以及，过取样部件914通过使用3×3掩码的取样而从该过取样再现数据图像中提取原始再现数据图像。也就是说，例如，过取样部件914按照这样的方式提取具有240×240大小的分辨率的原始数据图像(即，编码数据图像)，即提取一个像素，然后从具有720×720大小的分辨率的过取样数据图像跳过两个像素(即，从每个3×3掩码提取中心像素的方法)，如图10所示。把如上所述提取出的原始数据图像提供给解码器(未示出)解码。在图10中，n1至n4表示沿水平方向的3×3掩码区域。

在此情形中，当过取样数据图像的大小例如由于可归因于各种外部因素的失真而增大时，例如在应当具有720×720大小的分辨率的数据图像具有722×722大小的分辨率时，过取样部件914把整个数据段(例如一条数据线)沿着每个水平和垂直方向分成三个相等的部分，并按照这样的方式执行取样，即在第二个和第三个相等部分的开始位置，取代两像素而跳过三个像素(即，等分补偿方法)。

然而，采用过取样技术以便防止由于光学系统中的误差、存储介质的表面状况以及用来聚焦再现数据图像的物镜的聚焦误差而出现的再现数据图像变形(失真)的常规方法存在这样的问题，即CCD必须设计成比需要的要大。这一问题成为阻止重量小、小型和低价格的全息再现系统的因素。

此外，采用过取样技术的常规方法必须处理不必要的大规模的再现数据图像，从而引起数据再现速率方面的问题。

而且，在常规方法中，当再现数据图像的分辨率大小变为比实际数据的分辨率大小要大时，按这样的方式来补偿像素失真，即把数据线分成相等的部分，其数目等于(增加的像素数+1)，并且在这些相等部分的每个起点上另外废弃一个像素。在此情形中，考虑到数据图像的边界坐标完全落在整数值上的概率非常低，因此会出现失真不能够得到正确补偿的问题，以致此问题使得难于实现高质量的再现图像。

同时，全息图数据，即从存储介质再现的再现数据图像会显示出一种现象，其中由于光学系统的透镜误差(即由透镜的水平和垂直方向上的折射率的差异所造成的误差)、全息图数据的栅格误差、可归因于存储介质盘等等的水平故障的误差而引起整个图像线性/非线性失真。然而，采用过取样技术的常规方法不考虑由上述各种因素引起的整个图像的线性/非线性失真。在该常规方法中，执行过取样，这时将左上部，即数据图像的第一行的第一个像素视为基准位置，并把其它每行的第一个像素假定为与该基准位置对准。因此，当图像的线性/非线性失真严重时，产生这样的问题，即通过过取样提取的目标像素的位置会被偏移，并且该问题成为降低再现图像质量的因素。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种补偿全息图数据的再现像素失真的装置及方法，其能够使用1∶1像素匹配补偿方法来补偿基于像素的放大失真，该1∶1像素匹配补偿方法是在将图像失真简化为像素失配后补偿像素的失配。

本发明的另一目的是提供一种补偿全息图数据的再现像素失真的装置及方法，其使用被插入到图像帧的若干预定位置内的多个对准标记来把数据图像分成多个子图像块，使用1∶1像素匹配补偿方法按像素单元来补偿整个图像的放大失真和线性/非线性失真，该1∶1像素匹配补偿方法是在将图像失真简化为像素失配后补偿所划分的子图像块的像素失配。

按照本发明一个方面的优选实施例，提供了一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该装置包括：用于从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像的单元；用于确定提取出的再现数据图像各边缘的位置值，并由其起点和终点像素的位置值计算出行数据内像素的平均放大误差值的单元，起点和终点像素的位置值是基于所确定的各边缘的位置值；用于存储行数据内各像素的未对准补偿值的表格，其中所述未对准补偿值对应于平均放大误差值的若干个预定基准；以及用于使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置的单元。

按照本发明该方面的另一个优选实施例，提供了一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该装置包括：用于从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置内的若干个对准标记的单元；用于使用提取出的对准标记来检测再现数据图像内像素的未对准程度、并根据检测结果计算未对准校正值的单元；用于根据计算出的未对准校正值校正该再现数据图像的像素位置、并确定其像素位置被校正的该再现数据图像的各边缘的位置值的单元；用于根据所确定的各边缘的位置值而确定行数据的起点和终点像素的位置值的单元；用于根据所确定的起点和终点像素的位置值来计算像素的平均放大误差值的单元；用于存储行数据内各像素的未对准补偿值的表格，其中所述未对准补偿值对应于平均放大误差值的若干个预定基准；以及用于使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置的单元。

按照本发明该方面的又一个优选实施例，提供了一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该装置包括：用于从含有再现数据图像、若干个边界和多个对准标记的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置内的多个对准标记的单元；用于根据该多个提取出的对准标记来把所提取的再现数据图像分成多个子图像块的单元；用于确定每个子图像块各边缘的位置值，并由行数据的起点和终点像素的位置值计算出相应的子图像块内像素的平均放大误差值的单元，所述起点和终点像素的位置值是基于所确定的各边缘的位置值；用于存储行数据内各像素的未对准补偿值的表格，其中所述未对准补偿值对应于平均放大误差值的若干个预定基准；以及用于使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿相应的子图像块内相应的像素位置的单元。

按照本发明另一个方面的一优选实施例，提供了一种在再现全息图数据时补偿像素失真的方法，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该方法包括步骤：从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像；确定提取出的再现数据图像各边的位置值；根据所确定的各边缘的位置值来确定行数据的起点和终点像素的位置值；根据所确定的起点和终点像素的位置值计算行数据内像素的平均放大误差值；使用对应于计算出的平均放大误差值的像素的预定未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置。

按照本发明所述另一个方面的另一优选实施例，提供了一种在再现全息图数据时补偿像素失真的方法，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该方法包括步骤：从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置内的若干个对准标记；使用提取出的对准标记来检测再现数据图像内像素的未对准程度，并根据检测结果计算未对准校正值；根据计算出的未对准校正值校正该再现数据图像的像素位置，确定其像素位置被校正的该再现数据图像的各边缘的位置值，以及根据所确定的各边缘的位置值而确定行数据的起点和终点像素的位置值；根据所确定的起点和终点像素的位置值来计算像素的平均放大误差值；使用对应于计算出的平均放大误差值的像素的预定未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置。

按照本发明所述另一个方面的又一优选实施例，提供了一种在再现全息图数据时补偿像素失真的方法，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该方法包括步骤：从含有再现数据图像、若干个边界和多个对准标记的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置内的多个对准标记；根据该多个提取出的对准标记来把所提取的再现数据图像分成多个子图像块；确定每个子图像块各边缘的位置值；根据所确定的各边缘的位置值而确定行数据的起点和终点像素的位置值；根据所确定的起点和终点像素的位置值来计算相应的子图像块内像素的平均放大误差值；以及使用对应于计算出的平均放大误差值的像素的预定未对准补偿值来补偿所述子图像块内的像素位置。

附图的简要说明

由下面结合附图给出的优选实施例的说明中，将更易于理解本发明的上述以及其它的目的和特点，其中：

图1提供了采用按照本发明第一优选实施例的补偿全息图数据再现中的像素失真的装置的全息再现系统的方框图；

图2说明具有数据图像区和边界区的再现图像帧的例子；

图3表示对准标记像素与CCD像素未对准的一个示例性情形；

图4给出从再现图像帧提取出的再现数据图像的例子；

图5A提供发生像素放大误差的例子，其中当在再现图像中出现扩大误差时未对准累积增大；

图5B描述了当像素放大误差值累积增大时，其中将若干个数据区分割并相对于像素的起始位置和中心位置确定补偿方向的情形示意图；

图6提供了采用按照本发明第二优选实施例的补偿全息图数据再现中的像素失真的装置的全息再现系统的方框图；

图7说明含有数据图像区、边界区以及多个对准标记的理想图像帧；

图8表示在再现图像帧中出现非线性失真的一个示例性例子；

图9给出采用常规过取样技术的全息再现系统的方框图；以及

图10描述了过取样的再现数据图像，用以解释按照常规方法通过3×3过取样提取原始再现数据图像的处理。

具体实施方式

以下将参照附图，结合优选实施例详细描述本发明。

常规方法把一数据图像分成若干个相等的部分，其数目等于失真像素的数目，并按像素单元执行失真补偿。与此相反，本发明的核心技术精神在于找到再现数据图像的四边边缘的位置值(相对于行数据和行间数据的像素起点和终点位置)，使用四边边缘的位置值来计算相应像素的平均放大误差值，以及补偿再现数据图像的相应像素位置，这些位置是利用对应于计算出的平均值的相应像素的未对准补偿值而提取的。

本发明的另一个核心技术精神在于使用多个对准标记来把再现数据图像分成多个子图像块，在进行记录时把这些对准标记插入并记录在再现图像帧的若干个预定区域内，找到所划分的子图像块的四边边缘的位置值(相对于行数据和行间数据的像素起点和终点位置)，使用四边边缘的位置值来计算子图像块内的相应像素的平均放大误差值，以及使用对应于计算出的平均值的相应像素的未对准补偿值来补偿子图像块(再现子图像块)的相应像素位置。

此外，本发明进一步包括补偿再现数据图像或子图像块的像素位置的技术精神，其方式使得根据计算出的平均放大误差值，把再现数据图像区域或每个划分的子图像块区域分成一定数目的区域，并在其上应用补偿方向。

此外，本发明进一步包括这样的技术精神，即使用从再现图像帧提取的若干个对准标记来检测再现数据图像内像素的未对准程度，根据检测结果计算未对准校正值，根据计算出的未对准校正值补偿再现数据图像的像素位置，以及确定相对于再现数据图像的行数据的起点和终点像素的位置值，该再现数据图像的像素位置已被校正。

下面将参照附图详细描述本发明的第一优选实施例。

图1是采用按照本发明第一优选实施例的补偿全息图数据再现中的像素失真的装置的典型全息再现系统的方框图。

参照图1，该全息再现系统包括主轴马达102、存储介质104、读取光通路106、再现光通路108、图像检测部件110以及再现像素补偿部件112。在此例子中，再现像素补偿部件112指的是按照本优选实施例的再现像素补偿装置。也就是说，本优选实施例的再现像素补偿装置包括边界/对准标记检测部件1121、未对准校正值计算部件1122、像素位置确定部件1123、像素放大误差值计算部件1124、像素补偿方向确定部件1125、像素补偿部件1126以及查找表1127。

也就是说，采用按照本优选实施例的再现像素补偿装置的全息再现系统包括由主轴马达102旋转的存储介质104。存储介质104设有读取光通路106和再现光通路108，再现记录的全息图数据所需的读取光沿着该读取光通路被照射到存储介质104上，通过读取光的照射而再现的数据图像光(即，二进制数据的方格形图案)沿着该再现光通路108输出。

此外，在再现光通路108上设置诸如CCD摄像机的图像检测部件110。CCD摄像机生成用1∶1像素匹配方法进行光电变换的再现图像帧，并把生成的图像帧传送给再现像素补偿部件112内的边界/对准标记检测部件1121，而该常规全息再现系统把构成该再现图像光的每个像素表示成n×n像素(例如3×3像素)并输出所表示的数据。例如，如果数据图像光具有240×240大小的分辨率以及3比特的上、下、左、右边界，则图像检测部件110生成一再现图像帧，该再现图像帧包括一个240×240大小的再现数据图像和3像素的上、下、左、右边界。

同时，边界/对准标记检测部件1121使用例如相对于该再现图像帧的每行的像素总亮度，检测再现数据图像的边界；根据有关所检测出的边界的信息从再现图像帧提取再现数据图像；然后把提取的再现数据图像通过线路L11提供给像素位置确定部件1123和像素补偿部件1126。此外，边界/对准标记检测部件1121提取在再现图像帧内若干个预定位置上(例如，在边界区与再现数据图像区之间的边缘区域内的若干个预定位置，或是边界区内的若干个预定位置，等等)形成的若干个对准标记，然后把提取的对准标记提供给未对准校正值计算部件1122。

换言之，例如，如图2所示，如果假设再现图像帧包括边界区202、边界区202与再现数据图像区之间的边缘区204、再现数据图像区206、以及若干个对准标记204a，则边界/对准标记检测部件1121从再现数据图像区206提取再现数据图像，并把提取的数据图像提供到线路L11上。例如，边界/对准标记检测部件1121提取插入到边缘区204内的对准标记204a的像素，并把提取的像素提供给未对准校正值计算部件1122。在此情形下，每个对准标记204a都能够具有例如4×4的块大小形状，其中2×2个开/闭子块交替布置，如图3所示。

未对准校正值计算部件1122通过将4×4对准标记像素与CCD像素相匹配来确定是否存在失配。例如，如图3所示，如果在对准标记像素与CCD像素之间存在失配，则未对准校正值计算部件1122使用关于闭像素或开像素的像素附近的光量的信息来计算x方向和y方向的未对准校正值。图3中，参考数字302指示CCD像素。

例如，如果假设4×4对准标记像素与CCD像素失配，如图3所示，则能够使用位于对准标记204a内对角线方向上的两个2×2闭像素子块或两个2×2开像素子块来计算x方向和y方向的未对准校正值。例如，能够使用两个2×2闭像素子块来计算x方向和y方向的未对准校正值。

也就是说，位于图3左上部分的中心上的闭像素的光量值与在像素x1L(位于该闭像素的左侧)和像素x1R(位于该闭像素的右侧)上检测的光量总和相等，并且还与在像素y1L(位于该闭像素的下方)和像素y1U(位于该闭像素的上方)上检测的光量总和相等。因此，通过分别使用下述等式1和2获得X1，x1L与x1R的比率，以及Y1，y1L与y1U比率，就能够使用位于左上部分的2×2闭像素子块计算出x方向和y方向的未对准。

$X1=(\frac{x1L}{x1L+x1R},\frac{x1R}{x1L+x1R})$

                          等式1

$Y1=(\frac{y1L}{y1L+y1U},\frac{y1U}{y1L+y1U})$

                          等式2

这里，比率x1L表示在假设右边未对准时的x方向上的未对准程度，而比率x1R表示在假设左边未对准时的x方向上的未对准程度。此外，比率y1L表示在假设上方未对准时的y方向上的未对准程度，而比率y1U表示在假设下方未对准时的y方向上的未对准程度。因此，可以根据例如，选择具有较小未对准的比率的规则来确定每个X1和Y1。

按照类似的方式，位于图3右下部分的中心上的闭像素的光量值与在像素x2L(位于该闭像素的左侧)和像素x2R(位于该闭像素的右侧)上检测的光量总和相等，并且还与在像素y2L(位于该闭像素的下方)和像素y2U(位于该闭像素的上方)上检测的光量总和相等。因此，通过使用下述等式3和4获得X2，x2L与x2R比率，以及Y2，y2L与y2U比率，就能够使用位于右下部分的2×2闭像素子块计算出x方向和y方向的未对准。

$X2=(\frac{x2L}{x2L+x2R},\frac{x2R}{x2L+x2R})$

                          等式3

$Y2=(\frac{y2L}{y2L+y2U},\frac{y2U}{y2L+y2U})$

                          等式4

这里，比率x2L表示在假设右边未对准时的x方向上的未对准程度，而比率x2R表示在假设左边未对准时的x方向上的未对准程度。此外，比率y2L表示在假设上方未对准时的y方向上的未对准程度，而比率y2U表示在假设下方未对准时的y方向上的未对准程度。

此后，通过获得X1与X2的平均值以及Y1与Y2的平均值，可以检测x方向和y方向的未对准(失配)。根据这些检测结果可以计算未对准校正值。计算出的未对准校正值通过线路L12被传送给像素位置确定部件1123。

与此同时，尽管在本优选实施例中已将像素的未对准描述为使用4×4对准标记像素内的2×2闭像素子块来进行检测，但是本发明并不限于此。例如，也能够使用4×4对准标记像素内的2×2开像素子块。在此情形下，能够获得与闭像素情形下所获得结果相同的结果。

此后，根据通过线路L12而提供的未对准校正值(即x方向和y方向未对准校正值)，像素位置确定部件1123校正通过线路L11而提供的再现数据图像的像素位置(即，在左/右方向和/或上/下方向上移动像素)；确定相对于其像素位置被校正的再现数据图像的行数据的起点像素的位置值和终点像素的位置值；然后把确定的位置值传送给像素放大误差值计算部件1124。例如，如图4所示，确定该再现数据图像的边缘的位置值。也就是，确定x_1和x_3是x方向行数据上的起点像素的位置值，x_2和x_4是x方向行数据上的终点像素的位置值；以及确定y_1和y_2是y方向行数据上的起点像素的位置值，y_3和y_4是y方向行数据上的终点像素的位置值。在此情形下，如果在再现数据图像内尚未出现失真，则满足x_1＝x_3和x_2＝x_4的条件，并满足y_1＝y_2和y_3＝y_4的条件。

根据边缘的位置值，即从像素位置确定部件1123接收的起点和终点像素的位置值，即起点和终点像素位置值，像素放大误差值计算部件1124计算x方向放大误差值X_mag_error和y方向放大误差值Y_mag_error，如分别以下的等式5和6所示。

X_mag_error＝(x_2-x_1)-X_data_size               等式5

Y_mag_error＝(y_3-y_1)-Y_data_size               等式6

此后，通过分别使用下述等式7和8计算每个像素x方向的未对准程度Δx以及每个像素y方向的未对准程度Δy，计算每个像素的平均放大误差值。把计算出的每个像素平均放大误差值通过线路L13传送给像素补偿部件1126。

Δx＝X_mag_error/X_data_size                     等式7

Δy＝Y_mag_error/Y_data_size                     等式8

在等式5至8中，X_data_size是x方向上的实际数据大小，x_1是x方向上的起点像素的位置值，x_2是x方向上的终点像素的位置值，Y_data_size是y方向上的实际数据大小，y_1是y方向上的起点像素的位置值，y_3是y方向上的终点像素的位置值。

例如，如果x_1为0.4像素，x_2为101.3像素，X_data_size为100像素，则Δx为0.9像素/100＝0.009像素。也就是说，x方向上的每个像素平均放大误差值(即未对准值)为0.009像素。

此后，根据从像素放大误差值计算部件1124接收的每像素平均放大误差值(即未对准值)，像素补偿方向确定部件1125把再现数据图像区域分成预定数目的区。详细地说，累积增加未对准值(例如，Δx，2Δx，3Δx，…，如图5A所示)生成补偿方向确定信号，该信号使得补偿方向性按照所划分的区域(数据区)是不相同的，然后把生成的补偿方向确定信号通过线路L14提供给像素补偿部件1126。

也就是说，通过确定其中未对准值累加值的小数部分变为0.5(半像素)或0的点(位置)来划分数据图像区域。例如，如上所述，如果假设x_1为0.4像素，Δx为0.009像素，则未对准值累加值的小数部分变为大于0.5像素的那个点(位置)是满足方程式0.4+n_1*Δx＞0.5的最小整数n_1，因而，n_1变为大于(0.5-0.4)/Δx的最小整数，即12(11.1111)。此外，未对准值累加值的小数部分变为0的那个点(位置)是满足方程式0.4+n_2*Δx＞1.0的最小整数n_2，因而，n_2变为大于1.0-0.4/Δx的最小整数，即67(66.6666)。此外，未对准值累加值的小数部分再次变为大于0.5的那个点(位置)是满足方程式0.4+n_3*Δx＞1.5的最小整数n_3，因而，n_3变为大于1.5-0.4/Δx的最小整数，即123(123.2222)。不过，由于数据图像的大小为100像素，因此n_3被忽略不计。

因此，考虑到上述假设值，像素补偿方向确定部件1125把图像区分成从第1个像素点到第11个像素点的一个数据区、从第12个像素点到第66个像素点的一个数据区、以及从第67个像素点到第100个像素点的一个数据区。划分出的数据区具有分别有着不同补偿方向的选择性的补偿方向性，如图5B所示。也就是说，从第1个像素点到第11个像素点的数据区具有用箭头A表示的补偿方向，从第12个像素点到第66个像素点的数据区具有用箭头B表示的补偿方向，从第67个像素点到第100个像素点的数据区具有用箭头C表示的补偿方向，该方向与用箭头A表示的方向相同。

此后，当通过线路L13接收每像素的平均放大误差值时，像素补偿部件1126搜索查找表1127，从而为平均放大误差值确定多个预定基准之中的对应基准；以及使用对应于平均放大误差值的基准的像素的未对准补偿值，对通过线路L11而提供的再现数据图像的像素执行位置补偿。为此，查找表1127存储平均放大误差值的多个预定基准，以及对应于平均放大误差值的各个基准的像素的未对准补偿值。

因此，按照本发明，可以实现全息图数据的再现，该再现能够使用1∶1像素匹配方法通过每像素的位置补偿来抑制画面质量的降低，甚至不需使用过取样技术。

下文将参照附图详细描述本发明的第二优选实施例。在本优选实施例中，用相同的参考数字来标明那些与第一优选实施例相同的元件，并略去其说明。

图6是全息再现系统的方框图，该系统采用按照本发明第二优选实施例的补偿全息图数据再现中的像素失真的装置。

参照图6，该全息再现系统包括主轴马达102、存储介质104、读取光通路106、再现光通路108、图像检测部件110以及再现像素补偿部件612。在此例子中，再现像素补偿部件612指的是按照本优选实施例的再现像素补偿装置。本优选实施例的再现像素补偿装置包括边界/对准标记检测部件6121、子块生成部件6122、未对准校正值计算部件1122、像素位置确定部件1123、像素放大误差值计算部件1124、像素补偿方向确定部件1125、像素补偿部件1126以及查找表1127。

也就是说，采用本优选实施例的再现像素补偿装置的全息再现系统设有由主轴马达102旋转的存储介质104。以及，存储介质104配置有读取光通路106和再现光通路108，再现记录的全息图数据所需的读取光沿着该读取光通路照射到存储介质104上，通过读取光的照射而再现的数据图像光(即，二进制数据的方格形图案)沿着该再现光通路输出。

此外，在再现光通路108上设置诸如CCD摄像机的图像检测部件110。CCD摄像机生成用1∶1像素匹配方法进行光电变换的再现图像帧，并把生成的图像帧传送给再现像素补偿部件612内的边界/对准标记检测部件6121，而该常规全息再现系统把该再现图像光的每个像素表示成n×n像素(例如3×3像素)，并输出该数据。例如，当数据图像光具有240×240大小的分辨率以及3比特的上、下、左、右边界时，再现光通路108生成一再现图像帧，该再现图像帧包括一个240×240大小的再现数据图像和3像素的上、下、左、右边界。

此后，边界/对准标记检测部件6121使用例如相对于该再现图像帧的每行的像素总亮度，检测再现数据图像的边界；检测插入到例如边界区与图像之间的边缘区内的多个对准标记；以及根据有关所检测出的边界的信息，从再现图像帧提取再现数据图像。在此例子中，对准标记沿着数据图像区的四个边以预定间隔设置。这样做的原因是为了根据对准标记而把再现数据图像分成具有预定大小的多个子图像块，以使得有可能不仅补偿可归因于像素的放大误差和整个图像的线性失真的未对准，而且还通过把非线性失真近似为子图像块的线性失真来补偿整个图像的非线性失真。

也就是说，如图7所示，当把全息图数据记录到存储介质上时，按预定间隔设置的多个对准标记AM1至AM12能够被插入边界区702与数据图像区706之间的边缘区域704内。边界/对准标记检测部件6121提取多个对准标记AM1至AM12以及再现数据图像，并把它们提供给子块生成部件6122。图7中，参考标记SB1至SB9指的是子图像块，根据对准标记AM1至AM12而将它们分别构成为具有统一的大小(或不同大小)。稍后将详细描述这些子图像块SB1至SB9。

此后，子块生成部件6122根据从边界与图像之间的边缘区域704提取出的多个对准标记AM1至AM12，把数据图像划分成若干个预定大小的子图像块。例如，如图7所示，如果假设把12个对准标记AM1至AM12按预定间隔插入边界与图像之间的边缘区域704，则把从再现帧提取出的数据图像划分成9个子图像块SB1至SB9。例如，如果假设每个对准标记都具有4×4的大小，则通过相对于每个对准标记的中心点来分割数据图像，可以把该数据图像划分成若干个子图像块。尽管作为例子已经描述了把数据图像划分成9个子图像块的情形，但是本发明并不限于此。也就是说，通过在记录对准标记时按规则的间隔(或不规则间隔)把大量对准标记插入到一帧内，就能够把数据图像划分成大量的子图像块。

如果假设在再现帧内尚未出现整个图像的线性/非线性失真，则该再现帧可具有如图7所示的形状。然而，由于以上在本发明的背景技术部分描述的因素，可能会出现线性/非线性失真。作为例子，在整个图像内可能会出现非线性失真，如图8所示，其中例如，连接顶点的各边被非线性地弯曲成一个再现帧(用参考字符“a”和“b”表示的)，同时该再现帧的各顶点位置保持原样。

因此，如果出现线性/非线性失真，则“b”区将变成为数据图像应当存在，但实际上不存在的一个区。如果在已经出现线性/非线性失真后使用常规的过取样技术来提取数据图像，那么可能会出现这样的现象，即像素是从不存在实际数据图像的区域(即“b”区)提取的。

在本发明中，鉴于像素已被移动而补偿线性失真中的像素失真。同时，当在整个图像内出现线性/非线性失真时，对准标记遭受与数据图像几乎相同的线性/非线性失真。此外，在本发明中，能够把非线性失真近似成子图像块的线性失真，并使用1∶1匹配方法来从根据对准标记而形成的子图像块中提取数据像素。因此，能够防止从数据图像不存在的那个区(即“b”区)提取数据像素的非线性失真情况以及线性失真情况。

此后，子块生成部件6122把使用多个对准标记AM1至AM12而得到的子图像块SB1至SB9通过线路L11按连续方式(即从SB1至SB9)提供给像素位置确定部件1123和像素补偿部件1126。此外，子块生成部件6122把在再现图像帧的预定位置上(例如，边界区与再现数据图像区之间的边缘区内的若干个预定位置，或是边界区内的若干个预定位置)提取的对准标记提供给未对准校正值计算部件1122。例如，按照这样的方式来提供对准标记，即当子图像块SB1被放到线路L11上时，把对准标记AM1、AM2和AM12选择性地提供给未对准校正值计算部件1122，并在当子图像块SB2被放到线路L11上时，把对准标记AM1、AM2、AM3和AM12选择性地提供给未对准校正值计算部件1122。

然后，未对准校正值计算部件1122、像素位置确定部件1123、像素放大误差值计算部件1124、像素补偿方向确定部件1125、像素补偿部件1126以及查找表1127分别对子图像块和与其对应的对准标记执行与第一优选实施例中对于对准标记和再现数据图像所执行的操作相同的操作，从而对相应的子图像块内相应的像素执行位置补偿。

因此，按照本发明，可以实现能够有效防止由于整个图像的线性/非线性失真而引起的再现画面质量降低的全息图数据的再现，其实现方式使得使用多个对准标记而把数据图像划分成多个子图像块，并对相应子图像块的像素执行位置补偿。

如上所述，常规方法是把数据图像分成相等的部分，其数目等于失真像素的数目，并按像素单元执行失真补偿。与此相反，本发明是找到再现数据图像的四边边缘的位置值，使用四边边缘的位置值来计算相应像素的平均放大误差值，以及使用对应于计算出的平均值的相应像素的未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像的相应像素位置。可选的是，本发明使用多个对准标记而把再现数据图像分成多个子图像块，该多个对准标记在进行记录时被插入并记录到再现图像帧内的若干个预定区域，找到所划分的子图像块的的四边边缘的位置值，使用四边边缘的位置值来计算子图像块内相应像素的平均放大误差值，以及使用对应于计算出的平均值的相应像素的未对准补偿值来补偿所划分的子图像块的像素位置。因此，与使用过取样技术的常规方法相比，本发明的优点在于，它不仅能够实现体积小、成本低的全息再现系统，而且还能够有效地防止再现速率降低的问题。

虽然已经根据优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，可以作出各种改变和更改而不脱离如下述权利要求书所定义的本发明的精神和范围。

Claims (36)

1.一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该装置包括：

用于从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像的单元；

用于确定提取出的再现数据图像之各边缘的位置值、并由行数据的起点和终点像素的位置值计算出行数据内像素的平均放大误差值的单元，所述起点和终点像素的位置值是基于所确定的各边缘的位置值；

用于存储行数据内各像素的未对准补偿值的表格，其中所述未对准补偿值对应于平均放大误差值的预定基准；以及

用于使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置的单元。

2.根据权利要求1的装置，进一步包括用于根据所述起点或终点像素的位置值以及计算出的平均放大误差值来区分若干数据区的单元，这些数据区确定其中像素的补偿方向，

其中该补偿单元按照所区分的数据区的补偿方向来补偿像素位置。

3.根据权利要求1或2的装置，其中，所述计算出的平均放大误差值包括x方向的平均放大误差值和y方向的平均放大误差值。

4.一种在再现全息图数据时补偿像素失真的方法，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该方法包括步骤：

从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像；

确定提取出的再现数据图像之各边缘的位置值；

根据所确定的各边缘的位置值来确定行数据的起点和终点像素的位置值；

根据所确定的起点和终点像素的位置值，计算行数据内像素的平均放大误差值；以及

使用对应于计算出的平均放大误差值的像素的预定未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置。

5.根据权利要求4的方法，进一步包括根据起点或终点像素的位置值以及计算出的平均放大误差值来区分若干数据区的步骤，这些数据区确定像素位置的补偿方向，

其中，按照所区分的数据区的补偿方向来补偿相应的像素位置。

6.根据权利要求4或5的方法，其中，所述计算出的平均放大误差值包括x方向的平均放大误差值和y方向的平均放大误差值。

7.根据权利要求6的方法，其中计算平均放大误差值的步骤包括以下步骤：

使用下述等式计算x方向的放大误差值X_mag_error和y方向的放大误差值Y_mag_error；

X_mag_error＝(x_2-x_1)-X_data_size

Y_mag_error＝(y_3-y_1)-Y_data_size

使用下述等式计算每个像素x方向的未对准程度Δx以及每个像素y方向的未对准程度Δy，

Δx＝X_mag_error/X_data_size

Δy＝Y_mag_error/Y_data_size

其中，X_data_size是x方向上的实际数据大小，x_1是x方向上的起点像素的位置值，x_2是x方向上的终点像素的位置值，Y_data_size是y方向上的实际数据大小，y_1是y方向上的起点像素的位置值，y_3是y方向上的终点像素的位置值。

8.根据权利要求4或5的方法，其中，像素的预定未对准补偿值是被设置成对应于平均放大误差值的各个预定基准、并存储在一表格内的若干值。

9.一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该装置包括：

用于从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到预定位置内的若干个对准标记的单元；

用于使用提取出的对准标记来检测再现数据图像内的像素未对准程度、并根据检测结果计算未对准校正值的单元；

用于根据计算出的未对准校正值校正该再现数据图像的像素位置、并确定其像素位置被校正的该再现数据图像的各边缘的位置值的单元；

用于根据所确定的各边缘的位置值而确定行数据的起点和终点像素的位置值的单元；

用于根据所确定的起点和终点像素的位置值来计算像素的平均放大误差值的单元；

用于存储行数据内各像素的未对准补偿值的表格，其中所述未对准补偿值对应于若干个平均放大误差值的预定基准；以及

用于使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置的单元。

10.根据权利要求9的装置，进一步包括用于根据计算出的平均放大误差值区分若干个数据区的单元，这些单元确定其中像素的补偿方向，

其中，该补偿单元按照所区分的数据区的补偿方向来补偿像素位置。

11.根据权利要求10的装置，其中，所述计算出的平均放大误差值包括x方向的平均放大误差值和y方向的平均放大误差值。

12.根据权利要求9至11中任一权利要求的装置，其中在各边界与再现数据图像之间的一个边缘区域内的若干个预定位置上形成所述对准标记。

13.根据权利要求9至11中任一权利要求的装置，其中在各边界内的若干个预定位置上形成所述对准标记。

14.根据权利要求9至11中任一权利要求的装置，其中每个对准标记都具有4×4的块大小和其中2×2开/闭子块被交替布置的形状。

15.一种在再现全息图数据时补偿像素失真的方法，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该方法包括步骤：

从含有再现数据图像和边界的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置的若干个对准标记；

使用提取出的对准标记来检测再现数据图像内的像素的未对准程度，并根据检测结果计算未对准校正值；

根据计算出的未对准校正值校正该再现数据图像的像素位置，确定其像素位置被校正的该再现数据图像的各边缘的位置值，以及根据所确定的各边缘的位置值来确定行数据的起点和终点像素的位置值；

根据所确定的起点和终点像素的位置值来计算像素的平均放大误差值；及

使用对应于计算出的平均放大误差值的像素的预定未对准补偿值来补偿所提取的再现数据图像内的像素位置。

16.根据权利要求15的方法，进一步包括根据计算出的平均放大误差值区分若干个数据区的步骤，这些数据区确定像素位置的补偿方向，

其中，按照所区分的数据区的补偿方向来补偿各像素位置。

17.根据权利要求15的方法，其中，所述计算出的平均放大误差值包括x方向的平均放大误差值和y方向的平均放大误差值。

18.根据权利要求15至17中任一权利要求的方法，其中，在各边界与再现数据图像之间的边缘区域内的预定位置上形成所述对准标记。

19.根据权利要求15至17中任一权利要求的方法，其中在各边界内的预定位置上形成所述对准标记。

20.根据权利要求15至17中任一权利要求的方法，其中每个对准标记都具有4×4的块大小和其中2×2开/闭子块被交替布置的形状。

21.一种在再现全息图数据时补偿像素失真的装置，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该装置包括：

用于从含有再现数据图像、边界和多个对准标记的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置内的多个对准标记的单元；

用于根据该多个提取出的对准标记来把所提取的再现数据图像分成多个子图像块的单元；

用于确定每个子图像块的各边缘的位置值、并由行数据的起点和终点像素的位置值计算出相应的子图像块内像素的平均放大误差值的单元，所述行数据的起点和终点像素的位置值是基于所确定的各边缘的位置值；

用于存储行数据内各像素的未对准补偿值的表格，其中所述未对准补偿值对应于平均放大误差值的若干个预定基准；以及

用于使用对应于计算出的平均放大误差值的未对准补偿值来补偿相应的子图像块内相应的像素位置的单元。

22.根据权利要求21的装置，进一步包括用于根据起点或终点像素的位置值以及计算出的平均放大误差值来区分若干个数据区的单元，这些数据区确定相应的子图像块内像素的补偿方向，

其中，该补偿单元按照所区分的数据区的补偿方向来补偿相应的子图像块内的像素位置。

23.根据权利要求22的装置，其中，每当通过累加所计算出的在起点或终点像素的位置值上的平均放大误差值而得到的值达到0.5×n时，就改变相对于每个数据区的每个补偿方向，其中n为整数。

24.根据权利要求21至23中任一权利要求的装置，其中，所述计算出的平均放大误差值包括x方向的平均放大误差值和y方向的平均放大误差值。

25.根据权利要求21至23中任一权利要求的装置，其中在各边界与再现数据图像之间的边缘区域内的若干个预定位置上按预定间隔形成所述对准标记。

26.根据权利要求21至23中任一权利要求的装置，其中在各边界内的预定位置上按预定间隔形成所述对准标记。

27.根据权利要求21至23中任一权利要求的装置，其中每个对准标记都具有4×4的块大小和其中2×2开/闭子块被交替布置的形状。

28.一种在再现全息图数据时补偿像素失真的方法，该全息图数据被记录在存储介质内，作为通过参考光与按照该数据进行调制的信号光相干涉而得到的干涉图案，该方法包括步骤：

从含有再现数据图像、若干个边界和多个对准标记的再现图像帧提取再现数据图像以及插入到若干个预定位置内的多个对准标记；

根据该多个提取出的对准标记，将所提取的再现数据图像分成多个子图像块；

确定每个子图像块的各边缘的位置值；

根据所确定的各边缘的位置值，确定行数据的起点和终点像素的位置值；

根据所确定的起点和终点像素的位置值，计算相应的子图像块内像素的平均放大误差值；以及

使用对应于计算出的平均放大误差值的像素的预定未对准补偿值来补偿所述子图像块内的像素位置。

29.根据权利要求28的方法，进一步包括根据起点或终点像素的位置值以及计算出的平均放大误差值来区分若干个数据区的步骤，这些数据区确定相应的子图像块内的像素位置的补偿方向，

其中，按照所区分的数据区的补偿方向来补偿像素位置。

30.根据权利要求29的方法，其中，每当通过累加所计算出的在起点或终点像素的位置值上的平均放大误差值而得到的值达到0.5×n时，就改变相对于每个数据区的每个补偿方向，其中n为整数。

31.根据权利要求28的方法，其中，所述计算出的平均放大误差值包括x方向的平均放大误差值和y方向的平均放大误差值。

32.根据权利要求31的方法，其中，计算平均放大误差值的步骤包括以下步骤：

使用下述等式计算x方向的放大误差值X_mag_error和y方向的放大误差值Y_mag_error；

X_mag_error＝(x_2-x_1)-X_data_size

Y_mag_error＝(y_3-y_1)-Y_data_size

使用下述等式计算每个像素的x方向的未对准程度Δx以及每个像素的y方向的未对准程度Δy，

Δx＝X_mag_error/X_data_size

Δy＝Y_mag_error/Y_data_size

其中，X_data_size是x方向上的实际数据大小，x_1是x方向上的起点像素的位置值，x_2是x方向上的终点像素的位置值，Y_data_size是y方向上的实际数据大小，y_1是y方向上的起点像素的位置值，y_3是y方向上的终点像素的位置值。

33.根据权利要求29的方法，其中，所述像素的预定未对准补偿值是被设置成对应于平均放大误差值的每个预定基准、并存储在一表格内的值。

34.根据权利要求28至33中任一权利要求的方法，其中，在各边界与再现数据图像之间的边缘区域内的若干个预定位置上按预定间隔形成所述对准标记。

35.根据权利要求28至33中任一权利要求的方法，其中在各边界内的预定位置上按预定间隔形成所述对准标记。

36.根据权利要求28至33中任一权利要求的方法，其中每个对准标记都具有4×4的块大小和其中2×2开/闭子块被交替布置的形状。

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