JP2006352372A - Image sensor unit, and hologram reproducing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イメージセンサユニット及びそれを有したホログラム再生装置に関する。 The present invention relates to an image sensor unit and a hologram reproducing apparatus having the image sensor unit.
デジタルデータがホログラムとして記録されるホログラム媒体としては、例えばガラス基板で光感受性樹脂(例えば、フォトポリマー)を封止して設けられたものがある。このホログラム媒体にデジタルデータをホログラムとして記録させる場合、まず、レーザー装置からの可干渉性のレーザービームをPBS(Polarization Beam Splitter)にて2つのレーザービームに分離する。そして、一方のレーザービーム(以下、『参照ビーム』と称する。)と、デジタルデータが二次元配列の二値画像パターン(1:明点、0:暗点)として設定されたSLM(Spatial Light Modulator;空間光変調器)に対して、他方のレーザービームを照射させることで当該二値画像パターンの情報が反映されたレーザービーム(以下、『データビーム』と称する。)と、をホログラム媒体に対して所定角度で入射させる。この結果、記録すべきデジタルデータがホログラム媒体に記録される。 As a hologram medium on which digital data is recorded as a hologram, for example, there is one provided by sealing a photosensitive resin (for example, photopolymer) with a glass substrate. When digital data is recorded on the hologram medium as a hologram, first, a coherent laser beam from the laser device is separated into two laser beams by a PBS (Polarization Beam Splitter). An SLM (Spatial Light Modulator) in which one laser beam (hereinafter referred to as “reference beam”) and digital data are set as a two-dimensional array binary image pattern (1: bright point, 0: dark point). A laser beam (hereinafter referred to as “data beam”) in which the information of the binary image pattern is reflected by irradiating the other laser beam to the spatial light modulator) on the hologram medium. To enter at a predetermined angle. As a result, digital data to be recorded is recorded on the hologram medium.
なお、ホログラム媒体を構成する光感受性樹脂は、有限数のモノマー(Monomer)を有しており、レーザービームのパワーと照射時間の積に応じたエネルギーに基づき、内部の分子構造が化学的に変化する。このとき、モノマーは、単純に、化学的に変化するだけではなく、エネルギー密度の低い領域から高い領域への移動が同時に行われることで、干渉縞としてのホログラムが形成される。すなわち、ホログラム媒体に、デジタルデータに対応したホログラムが記録される。なお、このエネルギー密度の高い領域は、ポリマー(Polymer)と呼ばれ、媒体内部に分子として存在する。また、モノマーの移動量は、エネルギー密度に密接に関係する。図6は、ホログラム媒体中において、モノマーがポリマーへと変化するときの様子を模式的に示す。 The photosensitive resin that constitutes the hologram medium has a finite number of monomers, and the internal molecular structure changes chemically based on the energy corresponding to the product of the laser beam power and irradiation time. To do. At this time, the monomer not only simply changes chemically, but also moves from a low energy density region to a high region at the same time, thereby forming a hologram as an interference fringe. That is, a hologram corresponding to digital data is recorded on the hologram medium. This region having a high energy density is called a polymer and exists as a molecule inside the medium. In addition, the amount of monomer transfer is closely related to the energy density. FIG. 6 schematically shows how the monomer changes into a polymer in the hologram medium.
また、ホログラム記録させるデジタルデータが大量の場合、媒体への参照ビームの入射角を変えることによって多数のホログラムを形成する、所謂、ホログラム多重記録を行うことが可能である。なお、ホログラム多重記録の場合、一般的に、1多重数分のホログラムはページと称され、所定数のページで構成される複多重数分のホログラムはブックと称される。図7は、ホログラム多重記録の場合におけるブックとページの例を模式的に示した図である。 When a large amount of digital data is recorded on the hologram, so-called hologram multiplex recording can be performed in which a large number of holograms are formed by changing the incident angle of the reference beam to the medium. In the case of holographic multiplex recording, one multiplex number of holograms is generally called a page, and a multiplex number of holograms composed of a predetermined number of pages is called a book. FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of a book and a page in the case of hologram multiplex recording.
ホログラム媒体からデジタルデータを再生する場合、当該デジタルデータを示す干渉縞に、当該干渉縞が形成されたときと同じ入射角で参照ビームを入射し、当該干渉縞にて回折された参照ビーム(以下、再生ビームという)を、イメージセンサ等で受光する。なお、イメージセンサ等で受光した再生ビームは、前述した記録の際の二値画像パターンに対応した光学画像である。そして、この光学画像中の各単位画素のデータを、デコーダ等で復号化することで、元のデジタルデータを再現することができる。 When reproducing digital data from a hologram medium, a reference beam is incident on an interference fringe indicating the digital data at the same incident angle as when the interference fringe is formed, and is diffracted by the interference fringe (hereinafter referred to as a reference beam). , A reproduction beam) is received by an image sensor or the like. The reproduction beam received by the image sensor or the like is an optical image corresponding to the binary image pattern at the time of recording described above. The original digital data can be reproduced by decoding the data of each unit pixel in the optical image with a decoder or the like.
なお、このように、ホログラム媒体に対してホログラムの記録再生を行うホログラム記録再生装置としては、例えば、以下の特許文献1の図1に開示される。 In addition, as a hologram recording / reproducing apparatus for recording / reproducing holograms on / from a hologram medium as described above, for example, it is disclosed in FIG.
ところで、ホログラム再生の場合、イメージセンサにおいて読み出された画像パターン(以下、キャプチャ画像パターン)中の各単位画素は、図8(a)に示すように、明点(1)と暗点(0)に完全に分離した2階調の分布にはならない。実際には、キャプチャ画像パターン中の各単位画素は、明点と暗点に限らず、明点と暗点の間の中間濃度を含んだ多階調となるので、図8(b)に示すように、明点(1)と暗点(0)がオーバーラップした分布となる。 By the way, in the case of hologram reproduction, each unit pixel in an image pattern (hereinafter referred to as a capture image pattern) read out by an image sensor has a bright point (1) and a dark point (0) as shown in FIG. ) Is not a two-tone distribution completely separated. Actually, each unit pixel in the captured image pattern is not limited to a bright point and a dark point, but has a multi-gradation including an intermediate density between the bright point and the dark point. Thus, the light spot (1) and the dark spot (0) are overlapped.
このため、一定のスライスレベルを用いて明点(1)と暗点(0)に分離させた場合、オーバーラップした範囲では、明点(1)と暗点(0)を誤判定する恐れがある。そこで、多諧調の光学画像をそのまま取り込み、その多階調の光学画像の各単位画素をイメージプロセス的な手法を用いてデジタル画像処理を施した後に、明点(1)と暗点(0)の分離、すなわち二値化を行う必要がある。図9は、この場合における、従来の画像処理システムの構成を示したものである。なお、図9と同様な従来構成としては、例えば、以下に示す特許文献2の図5に開示される。 For this reason, when the light spot (1) and the dark spot (0) are separated using a constant slice level, there is a risk that the light point (1) and the dark spot (0) are erroneously determined in the overlapping range. is there. Therefore, after taking a multi-tone optical image as it is and performing digital image processing on each unit pixel of the multi-tone optical image using an image process method, a bright point (1) and a dark point (0) Need to be separated, that is, binarized. FIG. 9 shows the configuration of a conventional image processing system in this case. A conventional configuration similar to that shown in FIG. 9 is disclosed, for example, in FIG. 5 of Patent Document 2 shown below.
イメージセンサ101から例えば1ライン毎に読み出されたアナログ画像信号Aは、多階調の情報を持ちつつ、ADC102へと供給される。ADC102は、アナログ画像信号Aの多諧調の情報を残しておくために、アナログ画像信号Aをその多階調に応じた複数ビットのデジタル信号へと変換した後、イメージプロセッサ103へと供給する。なお、この変換されたデジタル信号の各データは、一旦、バッファメモリ104に格納される。 The analog image signal A read out from the image sensor 101 for every line, for example, is supplied to the ADC 102 while having multi-gradation information. The ADC 102 converts the analog image signal A into a multi-bit digital signal corresponding to the multi-gradation and supplies the analog image signal A to the image processor 103 in order to leave the multi-tone information of the analog image signal A. Each data of the converted digital signal is temporarily stored in the buffer memory 104.
イメージプロセッサ103は、バッファメモリ104に格納された多階調の情報を有したデジタル信号に対して、ノイズ除去やピクセルマッチング等の所定のデジタル画像処理を施した後、二値化回路105へと供給する。二値化回路105は、所定の画像処理後のデジタル信号を、レジスタ106等より供給されるスライスレベルをもとに、明点(1)と暗点(0)に二値化されたデジタル画像信号Dへと変換出力する。
イメージセンサで読み出された多階調データをそのまま取り扱う従来の画像処理システムでは、例えば、図9に示す例において、イメージセンサ101の解像度を“1280ビット×1280ビット”とし、ADC102の量子化数を“8ビット”としたとき、イメージプロセッサ103が取り扱うビット数は、“13,107,200(=1280×1280×8)ビット”であり、膨大なデータ量となる。
このため、イメージセンサ101は、自身の処理のために大容量のバッファメモリ104を設けておく必要がある。さらに、スループットの向上化を図るべく、パイプライン処理やインタリーブ処理の仕組みを採用する場合、さらに、大容量のバッファメモリ104が必要となる。
In the conventional image processing system that handles the multi-gradation data read by the image sensor as it is, for example, in the example shown in FIG. 9, the resolution of the image sensor 101 is “1280 bits × 1280 bits”, and the quantization number of the ADC 102 Is “8 bits”, the number of bits handled by the image processor 103 is “13, 107, 200 (= 1280 × 1280 × 8) bits”, which is an enormous amount of data.
For this reason, the image sensor 101 needs to have a large-capacity buffer memory 104 for its own processing. Furthermore, when adopting a pipeline processing or interleave processing mechanism in order to improve the throughput, a large-capacity buffer memory 104 is further required.
しかしながら、ADC102の量子化数“8ビット”のうち、現実的に必要とするデータは、明点(1)と暗点(0)の“1ビット”分のデータのみであり、残りの“7ビット”は冗長なデータである。このように、バッファメモリ104としては大容量なものが必要となるが、最終的に必要なビット数は“1ビット”であるため、バッファメモリ104の使用効率は非常に低いものとなり無駄が多かった。
このように、イメージセンサで読み出された多階調データをそのまま取り扱う従来の画像処理システムでは、例えば、図9に示すイメージセンサ101と二値化回路105の間で処理すべきデータ量が膨大となり、それに伴って、無駄の多い回路規模の増大化や高速化困難等といった問題が生じていた。
However, of the quantization number “8 bits” of the ADC 102, the data that is actually required is only “1 bit” data of the bright point (1) and the dark point (0), and the remaining “7”. "Bit" is redundant data. As described above, a large capacity is required as the buffer memory 104. However, since the number of bits finally required is "1 bit", the use efficiency of the buffer memory 104 is very low and wasteful. It was.
Thus, in the conventional image processing system that handles the multi-gradation data read by the image sensor as it is, for example, the amount of data to be processed between the image sensor 101 and the binarization circuit 105 shown in FIG. As a result, there have been problems such as a wasteful increase in circuit scale and difficulty in speeding up.
前述した課題を解決するための主たる本発明は、複数の受光素子で光学画像のサンプリングを行うイメージセンサユニットであって、1つの前記受光素子において、前記光学画像の単位画素のサンプリングを1周期毎に行うための画素クロックの周波数を、第1の周波数としたとき、1つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第1の周波数の当該所定数倍となる第2の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行うこと、とする。 The main present invention for solving the above-described problem is an image sensor unit that performs sampling of an optical image with a plurality of light receiving elements. In one light receiving element, sampling of unit pixels of the optical image is performed every cycle. When the frequency of the pixel clock for performing the above operation is the first frequency, in each of the predetermined number of light receiving elements exceeding one, each unit pixel of the optical image is set to the predetermined number times the first frequency. Sampling is performed by the pixel clock having the second frequency.
本発明によれば、光学画像の処理を適切に行うことが可能なイメージセンサユニット及びそれを有したホログラム再生装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image sensor unit capable of appropriately processing an optical image and a hologram reproducing apparatus having the image sensor unit.
<ホログラム再生装置の全体構成>
図1をもとに、本発明の一実施形態に係るホログラム再生装置の構成について説明する。
レーザー装置10は、時間的コヒーレンス、空間的コヒーレンスに優れた可干渉性のレーザービームを出射する。例えば、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンネオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、半導体レーザー、色素レーザー、ルビーレーザー等が採用される。
CPU1は、ホログラム再生装置全体を統括制御するものである。例えば、CPU1は、ホログラム再生開始の際、ガルボミラー制御部17、イメージセンサ制御部28、デコーダ30等を起動させるための各種指示信号を送信する。
<Overall configuration of hologram reproducing apparatus>
Based on FIG. 1, a configuration of a hologram reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
The laser device 10 emits a coherent laser beam excellent in temporal coherence and spatial coherence. For example, helium neon laser, argon neon laser, helium cadmium laser, semiconductor laser, dye laser, ruby laser and the like are employed.
The CPU 1 performs overall control of the entire hologram reproducing apparatus. For example, the CPU 1 transmits various instruction signals for starting the galvo mirror control unit 17, the image sensor control unit 28, the decoder 30, and the like when starting hologram reproduction.
ガルボミラー16は、レーザー装置10から出射されたレーザービームを反射する。ガルボミラー制御部17は、CPU1からの指示信号に基づいて、ガルボミラー16にて反射されたレーザービーム(以下、参照ビーム)がスキャナレンズ20を介してホログラム媒体22へと入射される角度を調整すべく、ガルボミラー16の傾き角を調整する。なお、ホログラム再生時のガルボミラー16の傾き角は、ホログラム記録時の参照ビームと同一入射角で当該参照ビームをホログラムに入射させるべく調整される。
スキャナレンズ20は、ガルボミラー16からの参照ビームを、ホログラム媒体22に確実に照射させるべく当該参照ビームを屈折させる。
The galvo mirror 16 reflects the laser beam emitted from the laser device 10. The galvo mirror control unit 17 adjusts the angle at which a laser beam (hereinafter referred to as a reference beam) reflected by the galvo mirror 16 is incident on the hologram medium 22 via the scanner lens 20 based on an instruction signal from the CPU 1. Therefore, the inclination angle of the galvo mirror 16 is adjusted. The tilt angle of the galvo mirror 16 at the time of hologram reproduction is adjusted so that the reference beam is incident on the hologram at the same incident angle as the reference beam at the time of hologram recording.
The scanner lens 20 refracts the reference beam so as to reliably irradiate the hologram medium 22 with the reference beam from the galvo mirror 16.
ホログラム媒体22は、デジタルデータをホログラムとして記憶可能な光感受性樹脂(例えば、フォトポリマー・銀塩乳剤・重クロム酸ゼラチン・フォトレジスト等)が用いられ、当該光感受性樹脂をガラス基板で封止して構成される。このようなホログラム媒体22に対して、SLM等によって設定された二次元配列の二値画像パターン(1:明点、0:暗点)の情報が反映された可干渉性のデータビームと、同じく可干渉性の参照ビームとを、所定の入射角で入射/干渉させることで、前述の二値画像パターンに応じたホログラムがホログラム媒体22中に記録される。 The hologram medium 22 is made of a photosensitive resin (for example, photopolymer, silver salt emulsion, dichromated gelatin, photoresist, etc.) that can store digital data as a hologram, and the photosensitive resin is sealed with a glass substrate. Configured. Similarly to the coherent data beam reflecting the information of the binary image pattern (1: bright point, 0: dark point) of the two-dimensional array set by the SLM or the like on such a hologram medium 22. By making a coherent reference beam enter / interfere at a predetermined incident angle, a hologram corresponding to the binary image pattern is recorded in the hologram medium 22.
フーリエ変換レンズ26は、ホログラム再生時において、ホログラム媒体22に参照ビームが入射された際に、ホログラム媒体22に記録されたホログラムによって回折されたビーム(以下、再生ビームという)が入射される。なお、ホログラム再生時の参照ビームの入射角は、その再生対象となるホログラム記録時の参照ビームの入射角と同一であることが要求される。そして、フーリエ変換レンズ26は、逆フーリエ変換が施された再生ビームを、イメージセンサユニット27へと出射する。 The Fourier transform lens 26 receives a beam diffracted by a hologram recorded on the hologram medium 22 (hereinafter referred to as a reproduction beam) when a reference beam is incident on the hologram medium 22 during hologram reproduction. The incident angle of the reference beam at the time of reproducing the hologram is required to be the same as the incident angle of the reference beam at the time of recording the hologram to be reproduced. The Fourier transform lens 26 emits the reproduction beam subjected to the inverse Fourier transform to the image sensor unit 27.
イメージセンサユニット27は、本発明に係る『イメージセンサユニット』に該当する。イメージセンサユニット27は、フーリエ変換レンズ26において逆フーリエ変換された再生ビームを、後述のイメージセンサアレイ271において、多階調の明暗(濃淡)レベル情報を含んだアナログ量の多値画像パターンとして受光する。イメージセンサ27は、イメージセンサ制御部28を介したCPU1からの適宜なタイミングでのキャプチャ指令に基づき、その受光した多値画像パターンの明暗(濃淡)レベルを、電気信号の強弱レベルへ変換して読み込みを行う。以下では、この読み込まれたアナログ量の画像パターンのことを「キャプチャ画像パターン」と称する。更に、イメージセンサユニット27は、このキャプチャ画像パターンを、明点(1)と暗点(0)に二値化した二値画像パターンへと変換する。この二値画像パターンは、ホログラム記録の際の二値画像パターンを再現したものである。 The image sensor unit 27 corresponds to an “image sensor unit” according to the present invention. The image sensor unit 27 receives the reproduction beam subjected to inverse Fourier transform in the Fourier transform lens 26 as an analog multi-value image pattern including multi-tone light / dark (light / dark) level information in an image sensor array 271 described later. To do. The image sensor 27 converts the light / dark (light / dark) level of the received multi-value image pattern into the strength level of the electric signal based on a capture command at an appropriate timing from the CPU 1 via the image sensor control unit 28. Read. Hereinafter, the read analog amount of the image pattern is referred to as a “capture image pattern”. Further, the image sensor unit 27 converts the captured image pattern into a binary image pattern binarized into a bright point (1) and a dark point (0). This binary image pattern is a reproduction of the binary image pattern at the time of hologram recording.
デコーダ30は、イメージセンサユニット27から最終的な二値画像パターンに応じたデジタル画像信号Dが供給される。デコーダ30は、このデジタル画像信号Dに対して誤り訂正等の復号化処理を行う。この復号化処理後のデジタル画像信号Dである再生信号Rが、外部のホストコンピュータ等へ出力される。 The decoder 30 is supplied with a digital image signal D corresponding to the final binary image pattern from the image sensor unit 27. The decoder 30 performs a decoding process such as error correction on the digital image signal D. A reproduction signal R which is the digital image signal D after the decoding process is output to an external host computer or the like.
<イメージセンサユニットの構成ならびに動作>
本発明に係るイメージセンサユニット27の構成ならびに動作を、図3、図4、図5を適宜参照しつつ、図2をもとに説明する。
<Configuration and operation of image sensor unit>
The configuration and operation of the image sensor unit 27 according to the present invention will be described with reference to FIG. 2, with reference to FIGS. 3, 4, and 5 as appropriate.
イメージセンサアレイ271は、例えば、CCDセンサやCMOSセンサ等であり、複数の受光素子を二次元配置して構成される。図3は、CCDセンサの場合のイメージセンサアレイ271の一般的な構成を示すものである。
図3において、イメージセンサアレイ271の所定解像度に応じた複数の受光素子2711が二次元配置されており、各受光素子2711に入射された光は、信号電荷に変換される。そして、各受光素子2711の信号電荷が、画素クロックPCの周波数に応じたタイミングで、垂直レジスタ2712、水平レジスタ2713の順に転送(サンプリング)される。また、水平レジスタ2713の出力の後段部に接続された電荷電圧変換回路2714において転送された信号電荷が電圧信号に変換された後、アンプ2715を介して増幅された当該電圧信号(以下、アナログ画像信号Aと称する)が出力される。
The image sensor array 271 is, for example, a CCD sensor or a CMOS sensor, and is configured by two-dimensionally arranging a plurality of light receiving elements. FIG. 3 shows a general configuration of the image sensor array 271 in the case of a CCD sensor.
In FIG. 3, a plurality of light receiving elements 2711 corresponding to a predetermined resolution of the image sensor array 271 are two-dimensionally arranged, and light incident on each light receiving element 2711 is converted into signal charges. Then, the signal charge of each light receiving element 2711 is transferred (sampled) in the order of the vertical register 2712 and the horizontal register 2713 at a timing corresponding to the frequency of the pixel clock PC. Further, after the signal charge transferred in the charge-voltage conversion circuit 2714 connected to the subsequent stage of the output of the horizontal register 2713 is converted into a voltage signal, the voltage signal (hereinafter referred to as an analog image) amplified through the amplifier 2715. (Referred to as signal A).
ところで、従来の場合、1つの受光素子2711では、画素クロックPCの一周期毎に、1つの受光素子2711において光学画像の各単位画素のサンプリングが行われる。すなわち、従来の場合、光学画像の単位画素に対して、画素クロックPCの一周期が対応づけられる。ここで、この場合の画素クロックPCの周波数のことを『第1の周波数』と称する。 By the way, in the conventional case, one light receiving element 2711 samples each unit pixel of the optical image in one light receiving element 2711 for each period of the pixel clock PC. That is, in the conventional case, one period of the pixel clock PC is associated with a unit pixel of the optical image. Here, the frequency of the pixel clock PC in this case is referred to as a “first frequency”.
一方、本実施形態の場合、イメージセンサアレイ271において読み出されたアナログ画像信号Aに対して、高精度なアナログフィルタ処理ならびに速やかな二値化を実施すべく、光学画像の各単位画素を、1つを越える所定数の受光素子2711において、前述の第1の周波数の当該所定数倍となる周波数(以下、『第2の周波数』と称する)の画素クロックPCによってサンプリングを行う。なお、第2の周波数の画素クロックPCは、タイミング発生回路276において生成され、イメージセンサアレイ271へと供給される。すなわち、本実施形態の場合、光学画像の単位画素に対して、第2の周波数に応じた画素クロックPCの複数周期が対応づけられる。 On the other hand, in the case of this embodiment, in order to perform high-precision analog filter processing and rapid binarization on the analog image signal A read by the image sensor array 271, each unit pixel of the optical image is In a predetermined number of light receiving elements 2711 exceeding one, sampling is performed with a pixel clock PC having a frequency (hereinafter referred to as “second frequency”) that is a predetermined number times the first frequency. Note that the pixel clock PC having the second frequency is generated in the timing generation circuit 276 and supplied to the image sensor array 271. That is, in the present embodiment, a plurality of periods of the pixel clock PC corresponding to the second frequency are associated with the unit pixel of the optical image.
図3に示した例では、光学画像の単位画素A〜Dは、“2×2”の合計4つの受光素子2711でサンプリングされるため、第2の周波数は第1の周波数の“2倍”に設定することになる。なお、第2の周波数は第1の周波数の“2倍”に限定する必要はなく、例えば、イメージセンサアレイ271の所定解像度の約2倍の解像度を得ることが可能な“7/5倍”を採用できる。 In the example shown in FIG. 3, since the unit pixels A to D of the optical image are sampled by a total of four light receiving elements 2711 of “2 × 2”, the second frequency is “twice” the first frequency. Will be set to. The second frequency need not be limited to “twice” of the first frequency. For example, “7/5 times” that can obtain a resolution that is approximately twice the predetermined resolution of the image sensor array 271. Can be adopted.
このように、光学画像の各単位画素を第2の周波数の画素クロックPCによってサンプリングすることで、例えば、各単位画素の境界データの影響が低減され、また、量子化歪みの影響を抑制でき、この結果、明点(1)と暗点(0)の分離、すなわちアナログ画像信号Aの二値化を適切に行うことが可能となる。 Thus, by sampling each unit pixel of the optical image with the pixel clock PC of the second frequency, for example, the influence of the boundary data of each unit pixel can be reduced, and the influence of the quantization distortion can be suppressed, As a result, it is possible to appropriately separate the bright point (1) and the dark point (0), that is, binarization of the analog image signal A.
BPF(Band Pass Filter)272は、アナログ画像信号Aが供給される二値化回路273の前段部に設けられ、アナログ画像信号Aの所定周波数帯域をフィルタリングするアナログフィルタ回路である。詳述すると、BPF272は、アナログ画像信号Aから、第2の周波数の以外のノイズ成分をフィルタリングするノイズフィルタとして機能する。さらに、BPF272は、第2の周波数が所謂ナイキスト周波数を超える場合、その高域成分をカットオフするアンチエイリアスフィルタとしても機能する。このように、BPF272のようなアナログフィルタ回路を設けることによって、アナログ画像信号Aの二値化をより適切に行うことが可能となる。 A BPF (Band Pass Filter) 272 is an analog filter circuit that is provided in a preceding stage of the binarization circuit 273 to which the analog image signal A is supplied and filters a predetermined frequency band of the analog image signal A. More specifically, the BPF 272 functions as a noise filter that filters noise components other than the second frequency from the analog image signal A. Further, the BPF 272 also functions as an anti-aliasing filter that cuts off the high-frequency component when the second frequency exceeds the so-called Nyquist frequency. Thus, by providing an analog filter circuit such as BPF272, the analog image signal A can be binarized more appropriately.
二値化回路273は、光学画像の各単位画素を第2の周波数の画素クロックPCによってサンプリングを行うことで読み出されるアナログ画像信号AをスライスレベルSで二値化するものである。
LPF(Low Pass Filter)274は、二値化回路273の二値化出力Cを積分し、その積分結果をスライスレベルSとして二値化回路273へと供給する積分回路に相当するものである。
The binarization circuit 273 binarizes the analog image signal A read out by sampling each unit pixel of the optical image with the pixel clock PC of the second frequency at the slice level S.
An LPF (Low Pass Filter) 274 corresponds to an integration circuit that integrates the binarized output C of the binarization circuit 273 and supplies the integration result as a slice level S to the binarization circuit 273.
すなわち、隣接した複数の受光素子2711で光学画像のサンプリングが行われた結果として生成されるアナログ画像信号Aのレベルは、現実的に、時定数の大きい、緩やかなAC的な変化を示すと見なせるので、アナログ画像信号Aの中間レベルをスライスレベルSとして採用すべく、当該中間レベルに相当する二値化出力Cの積分結果を、二値化回路273のスライスレベルSとして採用した。この結果、スライスレベルSを常時一定とした場合や複数のスライスレベルを段階的に切り替える場合と比較して、アナログ画像信号AのAC的な変化に追従することができ、適切な二値化が行われる可能性が高くなる。また、二値化出力Cの積分結果をスライスレベルSとして採用することで、明点(1)と暗点(0)をその適正な境界で分離させる可能性が高くなる。 That is, the level of the analog image signal A generated as a result of optical image sampling performed by a plurality of adjacent light receiving elements 2711 can be regarded as actually showing a gradual AC change with a large time constant. Therefore, in order to employ the intermediate level of the analog image signal A as the slice level S, the integration result of the binarized output C corresponding to the intermediate level is employed as the slice level S of the binarization circuit 273. As a result, it is possible to follow an AC change in the analog image signal A compared to the case where the slice level S is always constant or the case where a plurality of slice levels are switched in stages, and appropriate binarization is achieved. It is more likely to be done. Further, by adopting the integration result of the binarized output C as the slice level S, there is a high possibility that the bright point (1) and the dark point (0) are separated at the appropriate boundary.
リサンプリング回路275は、分周回路2751を有する。分周回路2751は、タイミング生成回路276から供給された第2の周波数の画素クロックPCを、第1の周波数の画素クロックPCへと変換する。そして、リサンプリング回路275は、二値化回路273の二値化出力Cを、分周回路2751で生成された第1の周波数の画素クロックPCでリサンプリングして、このリサンプリング結果をデジタル画像信号Dとして出力する。すなわち、リサンプリング回路275は、第2の周波数分のデータを、第1の周波数分のデータへと圧縮するとともに、第1の画素クロックPCのエッジに同期させることでパルス整形を行う。なお、タイミング生成回路276において第1の周波数の画素クロックPCを生成してリサンプリング回路275へと供給してもよい。この場合、リサンプリング回路275に分周回路2751を設ける必要はない。 The resampling circuit 275 has a frequency dividing circuit 2751. The frequency dividing circuit 2751 converts the pixel clock PC having the second frequency supplied from the timing generation circuit 276 into the pixel clock PC having the first frequency. The resampling circuit 275 resamples the binarized output C of the binarizing circuit 273 with the pixel clock PC having the first frequency generated by the frequency dividing circuit 2751, and the resampling result is converted into a digital image. Output as signal D. That is, the resampling circuit 275 performs pulse shaping by compressing the data for the second frequency into data for the first frequency and synchronizing with the edge of the first pixel clock PC. Note that the pixel clock PC having the first frequency may be generated in the timing generation circuit 276 and supplied to the resampling circuit 275. In this case, it is not necessary to provide the frequency dividing circuit 2751 in the resampling circuit 275.
図4は、本発明に係るイメージセンサユニット27の主要信号の波形例を示す図である。なお、図4に示す例は、光学画像の単位画素に対して2周期分の画素クロックPCが対応づけられた場合である。(a)は、第2の周波数の画素クロックの波形を示し、(b)は二値化回路273へと入力されるBPF272の出力B及びスライスレベルSの波形を示し、(c)は二値化回路273の二値化出力Cの波形を示し、(d)はリサンプリング回路275において生成される第1の周波数の画素クロックに相当したリサンプリングクロックRSCの波形を示し、(d)はリサンプリング回路275から出力されるデジタル画像信号Dの波形を示す。 FIG. 4 is a diagram showing a waveform example of main signals of the image sensor unit 27 according to the present invention. The example shown in FIG. 4 is a case where the pixel clocks PC for two cycles are associated with the unit pixel of the optical image. (A) shows the waveform of the pixel clock of the second frequency, (b) shows the waveform of the output B and slice level S of the BPF 272 input to the binarization circuit 273, and (c) shows the binary value. 7 shows the waveform of the binarized output C of the digitizing circuit 273, (d) shows the waveform of the resampling clock RSC corresponding to the pixel clock of the first frequency generated in the resampling circuit 275, and (d) shows the resampling clock RSC. The waveform of the digital image signal D output from the sampling circuit 275 is shown.
BPF272の出力BはAC的な振る舞いを示し、スライスレベルSは、このBPF272の出力Bの中間レベルに略追従する(図4(b)参照)。よって、二値化出力CはBPF272の出力Bの現実的な変化に即して明点(1)と暗点(0)に二値化される(図4(c)参照)。そして、リサンプリングクロックRSCの第1の周波数は、画素クロックPCの第2の周波数の“1/2倍”であり(図4(a)、(d)参照)、二値化出力Cの明点(1)と暗点(0)の状態変化を取りこぼす恐れはない(図4(c)、(d)参照)。この結果、二値化出力Cは、適正なデジタル画像信号Dへと補正される(図4(c)、(e)参照)。 The output B of the BPF 272 exhibits an AC behavior, and the slice level S substantially follows the intermediate level of the output B of the BPF 272 (see FIG. 4B). Therefore, the binarized output C is binarized into a bright point (1) and a dark point (0) in accordance with a realistic change in the output B of the BPF 272 (see FIG. 4C). The first frequency of the resampling clock RSC is “½ times” the second frequency of the pixel clock PC (see FIGS. 4A and 4D). There is no fear of losing the state change between the point (1) and the dark point (0) (see FIGS. 4C and 4D). As a result, the binarized output C is corrected to an appropriate digital image signal D (see FIGS. 4C and 4E).
図5は、本発明に係るイメージセンサユニット27が取り扱う各種画像パターンを示す図である。
イメージセンサアレイ271は、ホログラム媒体22からの再生ビームを、夫々多階調の情報を有した、“mピクセル×mピクセル”の多値画像パターンとして受光する。なお、イメージセンサアレイ271は、当該多値画像パターンに対して、例えば、“2mピクセル×2mピクセル”の受光素子2711が二次元配置される。すなわち、イメージセンサアレイ271で読み込まれるキャプチャ画像パターンは、多値画像パターンの各単位画素を、4つの受光素子2711で受光生成される。
イメージセンサユニット27は、前述した処理によって、キャプチャ画像パターン中の各単位画素を明点(1)と暗点(0)に分離させる。この結果、イメージセンサユニット27は、“mピクセル×mピクセル”の多値画像パターンに対応した、“mピクセル×mピクセル”の二値画像パターンを最終的に生成する。
FIG. 5 is a diagram showing various image patterns handled by the image sensor unit 27 according to the present invention.
The image sensor array 271 receives the reproduction beam from the hologram medium 22 as a multi-value image pattern of “m pixels × m pixels” having multi-gradation information. In the image sensor array 271, for example, “2 m pixels × 2 m pixels” light receiving elements 2711 are two-dimensionally arranged with respect to the multi-value image pattern. That is, the captured image pattern read by the image sensor array 271 is generated by receiving the unit pixels of the multi-value image pattern by the four light receiving elements 2711.
The image sensor unit 27 separates each unit pixel in the captured image pattern into a bright point (1) and a dark point (0) by the process described above. As a result, the image sensor unit 27 finally generates a binary image pattern of “m pixels × m pixels” corresponding to the multi-value image pattern of “m pixels × m pixels”.
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更/改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed / improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
1 CPU
10 レーザー装置 16 ガルボミラー
17 ガルボミラー制御部 20 スキャナレンズ
22 ホログラム媒体 26 フーリエ変換レンズ
27 イメージセンサユニット
271 イメージセンサアレイ 2711 受光素子
2712 垂直レジスタ 2713 水平レジスタ
2714 電荷電圧変換回路 2715 アンプ
272 BPF 273 二値化回路
274 LPF 275 リサンプリング回路
2751 分周回路 276 タイミング生成回路
28 イメージセンサ制御部 30 デコーダ
101 イメージセンサ 102 ADC
103 イメージプロセッサ 104 バッファメモリ
105 二値化回路 106 レジスタ
1 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser apparatus 16 Galvo mirror 17 Galvo mirror control part 20 Scanner lens 22 Hologram medium 26 Fourier transform lens 27 Image sensor unit 271 Image sensor array 2711 Light receiving element 2712 Vertical register 2713 Horizontal register 2714 Charge voltage conversion circuit 2715 Amplifier 272 BPF 273 Binary Circuit 274 LPF 275 resampling circuit 2751 frequency dividing circuit 276 timing generation circuit 28 image sensor control unit 30 decoder 101 image sensor 102 ADC
103 Image processor 104 Buffer memory 105 Binary circuit 106 Register
Claims (5)
1つの前記受光素子において前記光学画像の単位画素のサンプリングを1周期毎に行うための画素クロックの周波数を第1の周波数としたとき、
1つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第1の周波数の当該所定数倍となる第2の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行うこと、を特徴とするイメージセンサユニット。 An image sensor unit for sampling an optical image with a plurality of light receiving elements,
When the frequency of the pixel clock for performing sampling of the unit pixel of the optical image in one light receiving element for each cycle is the first frequency,
In the predetermined number of light receiving elements exceeding one, each unit pixel of the optical image is sampled by the pixel clock having a second frequency which is the predetermined number times the first frequency. Image sensor unit to be used.
前記二値化回路の二値化出力を積分して前記スライスレベルとして前記二値化回路へと供給する積分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサユニット。 A binarization circuit that binarizes an analog image signal read out by sampling a unit pixel of the optical image with a pixel clock of the second frequency at a slice level;
An integration circuit that integrates the binarization output of the binarization circuit and supplies the binarization circuit to the binarization circuit as the slice level;
The image sensor unit according to claim 1, further comprising:
複数の受光素子で構成され、
1つの前記受光素子において前記光学画像の単位画素のサンプリングを1周期毎に行うための画素クロックの周波数を第1の周波数としたとき、
1つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第1の周波数の当該所定数倍となる第2の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行うイメージセンサユニットを有すること、を特徴とするホログラム再生装置。
A hologram recorded by causing a coherent data beam reflecting data to be recorded and a coherent recording reference beam to interfere with each other by a hologram medium can be used at the same incident angle as the recording reference beam. A hologram reproducing apparatus for performing reproduction based on an optical image obtained by making a coherent reproduction reference beam incident on the hologram medium,
Consists of multiple light receiving elements,
When the frequency of the pixel clock for performing sampling of the unit pixel of the optical image in one light receiving element for each cycle is the first frequency,
An image sensor unit that samples each unit pixel of the optical image with the pixel clock having a second frequency that is the predetermined number times the first frequency in the predetermined number of light receiving elements exceeding one. A hologram reproducing apparatus.
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JP2005174183A JP2006352372A (en) | 2005-06-14 | 2005-06-14 | Image sensor unit, and hologram reproducing apparatus |
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JP2008276864A (en) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Toshiba Corp | Two-dimensional digital data obtaining element, and holographic storage device |
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- 2005-06-14 JP JP2005174183A patent/JP2006352372A/en active Pending
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