JP2008159200A - Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method - Google Patents

Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method Download PDF

Info

Publication number
JP2008159200A
JP2008159200A JP2006348968A JP2006348968A JP2008159200A JP 2008159200 A JP2008159200 A JP 2008159200A JP 2006348968 A JP2006348968 A JP 2006348968A JP 2006348968 A JP2006348968 A JP 2006348968A JP 2008159200 A JP2008159200 A JP 2008159200A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dimensional image
processing
pixel
dimensional
clock information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006348968A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008159200A5 (en
Inventor
Kazuyuki Hirooka
和幸 広岡
Masaaki Hara
雅明 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006348968A priority Critical patent/JP2008159200A/en
Publication of JP2008159200A publication Critical patent/JP2008159200A/en
Publication of JP2008159200A5 publication Critical patent/JP2008159200A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve robust reproduction in a hologram reproducing apparatus. <P>SOLUTION: Two-dimensional FFT based on the output image of an image sensor is performed, and respective clock signals in an X direction and a Y direction included in the images are extracted from the analyzed result. Since cycle lines corresponding to a data pixel cycle in the X direction and the Y direction in reproducing images respectively appear in the clock signals, a resembling position is specified by obtaining the intersection. Since the resembling position can be specified using the whole including not only sync in the image but also user data, more robust reproduction is realized. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、参照光と、記録データに応じて2次元の空間光変調器による変調を受けて生成された信号光との干渉縞によってホログラムページ単位ごとにデータが記録されたホログラム記録媒体について再生を行うホログラム再生装置とその方法に関する。
また、所要のピクセル単位でデータビット値が格納された2次元画像によりデータが記録された媒体について、上記2次元画像中の各ピクセルの値を読み出すための読出装置とその方法とに関する。
The present invention reproduces a hologram recording medium in which data is recorded for each hologram page by interference fringes between reference light and signal light generated by modulation by a two-dimensional spatial light modulator according to recording data. The present invention relates to a hologram reproducing apparatus and a method thereof.
The present invention also relates to a reading apparatus and method for reading the value of each pixel in the two-dimensional image on a medium on which data is recorded by a two-dimensional image in which data bit values are stored in units of required pixels.

ホログラム記録再生方式において、特に光ストレージ系の分野におけるホログラム記録再生方式では、光強度変調として例えば透過型液晶パネルやDMD(Digital Micro mirror Device)などのSLM(空間光変調器)が使用され、信号光にbit1(例えば光強度=強)、bit0(例えば光強度=弱)のパターン配列が得られるような強度変調をかけるようにされる。
このとき、SLMにおいては、例えば図2に示されるようにしてその中心部において記録データに応じて光強度変調を与えて信号光を生成すると共に、その周りに輪状に光を透過させることで参照光を生成するようにされている。そして、記録データに応じて変調された信号光は、上記参照光と共にホログラム記録媒体に対して照射され、これにより、これら信号光と参照光との干渉縞がデータとしてホログラム記録媒体に記録される。
In the hologram recording / reproducing system, particularly in the hologram recording / reproducing system in the field of optical storage systems, for example, an SLM (spatial light modulator) such as a transmissive liquid crystal panel or DMD (Digital Micromirror Device) is used as the light intensity modulation. The intensity modulation is performed so that a pattern arrangement of bit 1 (for example, light intensity = strong) and bit 0 (for example, light intensity = weak) is obtained.
At this time, in the SLM, for example, as shown in FIG. 2, a signal light is generated at the central portion according to the recording data according to the recording data to generate signal light, and the light is transmitted in a ring shape around the reference light. It is designed to produce light. Then, the signal light modulated in accordance with the recording data is irradiated onto the hologram recording medium together with the reference light, whereby the interference fringes between the signal light and the reference light are recorded as data on the hologram recording medium. .

また、データの再生時においては、SLMにおいて上記参照光のみを生成してこれをホログラム記録媒体に対して照射することで、上記干渉縞に応じた回折光を得るようにされる。この回折光に応じた像を例えばCCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどのイメージセンサ上に結像させ、各データピクセル(つまりSLMの各画素)の振幅値を得る。そして、それら各データピクセルの振幅値に基づき再生データを得るようにされる。   When reproducing data, the SLM generates only the reference light and irradiates the hologram recording medium with the reference light to obtain diffracted light corresponding to the interference fringes. An image corresponding to this diffracted light is imaged on an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, and the amplitude value of each data pixel (that is, each pixel of the SLM) is obtained. . Then, reproduction data is obtained based on the amplitude value of each data pixel.

このようにして信号光と参照光とを同一光軸上で照射するホログラム記録再生方式は、コアキシャル方式として知られているが、例えばこのようなコアキシャル方式を始めとして、一般的にホログラム記録再生では、光学的な歪みや倍率などの問題から、SLMの各画素とイメージセンサの各画素とを厳密に1対1に合わせることが実用的には困難とされている。すなわち、SLMの各画素に対応する再生光を、イメージセンサ上の想定する各画素に厳密に入射させることは実用上難しい。   The hologram recording / reproducing method for irradiating the signal light and the reference light on the same optical axis in this way is known as a coaxial method. For example, such a coaxial method is generally used in hologram recording / reproducing. Due to problems such as optical distortion and magnification, it is practically difficult to match each pixel of the SLM and each pixel of the image sensor exactly one to one. That is, it is practically difficult to make the reproduction light corresponding to each pixel of the SLM strictly enter each assumed pixel on the image sensor.

そこで、記録時には、信号光内へのデータ配列を行う際に、シンクと呼ばれる所定パターンデータを所定間隔で挿入しておき、再生時にはこのシンクの位置に基づく位置合わせを行ってから各ピクセルの振幅値の計算を行うようにされている。
このようにシンクを挿入しておき、再生時にはその位置と実際にシンクのパターンが検出された位置とをあわせるようにすることで、光学的な歪み等による再生光の理想的な入射位置からのずれを補正して適切な読み出し動作が行われるように図ることができる。
Therefore, at the time of recording, when arranging data in the signal light, predetermined pattern data called a sync is inserted at predetermined intervals, and at the time of reproduction, alignment based on the position of the sync is performed, and then the amplitude of each pixel is set. The value is calculated.
By inserting the sink in this way and matching the position where the sync pattern was actually detected during playback, the position from the ideal incident position of the playback light due to optical distortion, etc. It is possible to correct the deviation so that an appropriate read operation is performed.

但し、上記のような入射位置のずれは常に1画素単位で生じるものではなく、画素未満の単位でずれが生じることも予想される。このように画素未満単位のずれが生じると、上記のような位置合わせを行うためのシンクについてもそれを適正に検出することができなくなり、データ読み出しはおろか、位置合わせさえままならなくなってしまう。   However, the above-described shift in the incident position does not always occur in units of one pixel, and it is expected that the shift occurs in units of less than pixels. When a shift of less than a pixel unit occurs as described above, it is impossible to properly detect the sync for performing the alignment as described above, and not only the data reading but also the alignment remains.

そこで、このような画素未満単位でのずれにも対応できるように、例えばイメージセンサの画素数をSLMの画素数のn倍(例えば2×2=4倍、但し整数倍とは限らない)として、SLMの1画素分の再生光に対するイメージセンサ側の解像度を高めるようにしている。
例えば、従来の一般的な手法では、2×2のオーバーサンプリングとして、SLMの1画素分の再生光をイメージセンサ上の2×2=4画素分で受光するものとしている。これにより、先ずはSLMの1画素分に対して4倍の解像度を得ることができる。
Therefore, for example, the number of pixels of the image sensor is set to n times the number of pixels of the SLM (for example, 2 × 2 = 4 times, but not necessarily an integral multiple) so as to cope with such a shift in units of less than pixels. The resolution on the image sensor side with respect to the reproduction light for one pixel of the SLM is increased.
For example, in the conventional general method, as 2 × 2 oversampling, reproduction light for one pixel of the SLM is received by 2 × 2 = 4 pixels on the image sensor. As a result, it is possible to obtain a resolution four times that of one pixel of the SLM.

また、従来では、さらに精度を高めるために、このように2×2のオーバーサンプリングにより得られたそれぞれの値を補間するなどして、さらに2×2のアップコンバートを行うようにされている(4×4へのアップコンバート)。つまり、この4×4へのアップコンバートを行うことで、SLMの1画素に対する解像度は16倍とすることができる。   Further, conventionally, in order to further improve the accuracy, the respective values obtained by the 2 × 2 oversampling are interpolated in this way, and further 2 × 2 up-conversion is performed ( Up-conversion to 4x4). That is, by performing up-conversion to 4 × 4, the resolution of one pixel of the SLM can be increased 16 times.

例えばこのような手法によって各画素の読み出し位置の補正を画素未満単位で行うことができ、ピクセルの振幅値の計算を適切に行うことが可能となる。   For example, the readout position of each pixel can be corrected in units of less than one pixel by such a method, and the pixel amplitude value can be appropriately calculated.

ここで、以上でその概要について述べた、従来のホログラム記録再生手法の具体例について説明しておく。
なお、説明にあたり、次の用語を定義しておく。
・シンボル・・・・記録符号化の最小単位:具体例としては、記録データの1バイト(=8ビット)が4ビット×4ビットの正方形状のデータ単位に変換されたもの
・サブページ・・・6シンボル×6シンボル(24ビット×24ビット)のデータ単位
・ページ・・・・・最終的に信号光エリア内に敷き詰められる総データ量の単位
Here, a specific example of the conventional hologram recording / reproducing method, which has been outlined above, will be described.
In the explanation, the following terms are defined.
・ Symbol ・ ・ ・ ・ Recording encoding minimum unit: As a specific example, one byte (= 8 bits) of recording data is converted into a square data unit of 4 bits × 4 bits.・ Data unit of 6 symbols × 6 symbols (24 bits × 24 bits) ・ Page: Unit of the total amount of data finally spread in the signal light area

先ず、従来の記録データフォーマットについて、図47、図48を参照して説明しておく。
図47は、SLMでの変調パターンを模式的に示している。また図48は、記録データ中に挿入されるシンクのパターン例について示している。
先ず、図47において、従来では、1ページとしてのデータを形成するにあたり、図示するようにして1サブページを最小単位として、円形の信号光エリア内へのデータの敷き詰めを行うようにされている。
First, a conventional recording data format will be described with reference to FIGS.
FIG. 47 schematically shows a modulation pattern in the SLM. FIG. 48 shows an example of a sync pattern inserted in the recording data.
First, in FIG. 47, conventionally, when forming data as one page, data is laid in a circular signal light area with one subpage as a minimum unit as shown in the figure. .

そして、データ敷き詰めを行う際には、所定間隔でシンクを挿入するものとされている。従来では、各ページの先頭(この場合は最上段の左端となる位置)に図のようなページシンクを挿入するものとされる。   When data is laid down, syncs are inserted at predetermined intervals. Conventionally, a page sync as shown in the figure is inserted at the top of each page (in this case, the position at the left end of the top row).

ページシンクについては、図48(a)に示されるようにして、1サブページ分の領域を割り当てるものとしている。そして、そのデータパターンとしては、図示するように1サブページ内の中心に位置する2×2=4シンボルの、さらにその中心部の4ビット×4ビット(つまり1シンボル分)の全ビットを「1」とした上で、それ以外の全ビットは「0」としたパターンを定義するものとしている。つまりこの場合、上記中心の4シンボルのデータパターンとしては、
「00000000
00000000
00111100
00111100
00111100
00111100
00000000
00000000」
となる。そして、これら中心の4シンボル以外の他ビットが全て「0」となるものである。
For page sync, an area for one subpage is allocated as shown in FIG. As the data pattern, as shown in the figure, all the bits of 2 × 2 = 4 symbols located in the center of one subpage and 4 bits × 4 bits (that is, one symbol) at the center are expressed as “ It is assumed that a pattern in which all other bits are set to “0” is defined as “1”. In other words, in this case, the data pattern of the central four symbols is as follows:
"00000000
00000000
00111100
00111100
00111100
00111100
00000000
00000000 "
It becomes. All bits other than the central four symbols are “0”.

さらに、1ページ内において、上述のようにデータ敷き詰めの最小単位となる各サブページごとに対しては、図48(b)に示すようなサブページシンクが付される。
このサブページシンクとしては、1サブページ内の中心4シンボル分の位置に対し、上記したページシンクの中心4シンボルと同様のパターンを挿入するものとされる。
Further, in each page, a subpage sync as shown in FIG. 48B is attached to each subpage which is the minimum unit of data padding as described above.
As this sub-page sync, the same pattern as that of the above-mentioned center 4 symbols of the page sync is inserted into the position of the center 4 symbols in one sub-page.

このようにして従来のフォーマットでは、信号光エリア内に対して1サブページを最小敷き詰め単位としてデータの敷き詰めを行い、またシンクについては、1ページごとのページシンク(1サブページ分)と、さらに1ページ内の各サブページごとにサブページシンク(4シンボル分)を挿入するものとしている。
このようなフォーマットにより、従来においては、図47に示されているように半径=154ピクセル(ピクセル=SLMの1画素)の信号光エリア中に、有効シンボル数として3552シンボル分のユーザデータ(シンク以外のデータ)を詰め込むことができる。すなわち、1ページ分の有効容量は3552シンボルとなる。
In this way, in the conventional format, data is laid out in the signal light area with the minimum laying unit as one subpage, and for sync, a page sync for each page (for one subpage), and A subpage sync (for 4 symbols) is inserted for each subpage in one page.
According to such a format, conventionally, as shown in FIG. 47, user data (sink) corresponding to 3552 symbols as the number of effective symbols in the signal light area of radius = 154 pixels (pixel = one pixel of SLM). Other data) can be packed. That is, the effective capacity for one page is 3552 symbols.

図49は、このような従来の記録データフォーマットに基づき行われる、従来のホログラム記録再生手法の例を模式的に示している。なお、図49では、従来手法による記録・再生の処理手順をブロック化して示している。
先ず、記録時においては、<1>と示すようにして、記録データについての記録変調符号化を行う。この場合、記録変調符号としては、例えばスパース符号と呼ばれるものを用いる。具体的にこのスパース符号では、記録データの1バイト(=8ビット)が4ビット×4ビットの正方形状のデータ配列(つまり上述した1シンボル)に変換されると共に、変換後の16ビットのうち3ビットだけが「1」で残り13ビットが「0」となるようにされている。
FIG. 49 schematically shows an example of a conventional hologram recording / reproducing method performed based on such a conventional recording data format. In FIG. 49, the recording / playback processing procedure according to the conventional method is shown in blocks.
First, at the time of recording, recording modulation encoding is performed on the recording data as shown in <1>. In this case, for example, a so-called sparse code is used as the recording modulation code. Specifically, in this sparse code, 1 byte (= 8 bits) of the recording data is converted into a 4 × 4 bit square data array (that is, the above-described 1 symbol), and among the 16 bits after conversion, Only 3 bits are “1” and the remaining 13 bits are “0”.

そして、このようなスパース符号化などの記録符号化により、記録データをシンボル単位で分ける処理を行った後、<2>と示すようにしてサブページへのマッピングを行う。すなわち、符号化により得られた各シンボルをサブページ内にマッピングするものである。
このとき、先の図47に示したように各サブページにはその中心部の4シンボルにサブページシンクを挿入するものとされる。従ってこの<2>のマッピング処理では、生成された1ページ分のシンボル(この場合は3552シンボル)を32個ずつにまとめて、それら各32個のシンボルを順に並べ且つ中心の4シンボルには図48に示したような所定のデータパターンによるサブページシンクが配置されるように各サブページをマッピングし、計111個のサブページを生成する。
Then, after recording data is divided into symbols by recording encoding such as sparse encoding, mapping to subpages is performed as shown in <2>. That is, each symbol obtained by encoding is mapped in a subpage.
At this time, as shown in FIG. 47, a subpage sync is inserted into each subpage at the 4 symbols in the center. Therefore, in this <2> mapping process, the generated symbols for one page (in this case, 3552 symbols) are grouped into 32 symbols, and each of these 32 symbols is arranged in order, and the four symbols at the center are shown in FIG. Each subpage is mapped so that subpage syncs according to a predetermined data pattern as shown in FIG. 48 are arranged, and a total of 111 subpages are generated.

各サブページを生成すると、<3>と示すようにしてページ全体へのマッピングを行う。すなわち、図48(a)に示したような1個のページシンクと、生成された111個のサブページとを、フォーマットに従って信号光エリア内にマッピングする(敷き詰める)。
また、このとき、SLMでは参照光も生成するので、SLMの全有効画素分のデータパターンとしては、このように生成した1ページ分のデータパターンと共に、参照光エリアのパターン(予め定められた画素のみを「1」)と、ギャップエリア(信号光エリアと参照光エリアとの間隙エリア)のパターン(全て「0」)と、さらに参照光エリアよりも外周のパターン(これも全て「0」)と合わせたデータパターンを生成する。
このデータパターンに基づきSLMが駆動制御されることで、信号光と参照光との干渉縞によるホログラム記録媒体へのデータ記録が行われる。
When each subpage is generated, mapping to the entire page is performed as shown by <3>. That is, one page sync as shown in FIG. 48A and 111 generated subpages are mapped (spread) in the signal light area according to the format.
At this time, since the SLM also generates reference light, the data pattern for all effective pixels of the SLM includes the pattern of the reference light area (predetermined pixels) together with the data pattern for one page thus generated. Only “1”), a gap area (a gap area between the signal light area and the reference light area) (all “0”), and a pattern outside the reference light area (all also “0”). A data pattern combined with is generated.
By driving and controlling the SLM based on this data pattern, data is recorded on the hologram recording medium by interference fringes between the signal light and the reference light.

なお、上記<2>のシンボルのサブページへのマッピングや、<3>のサブページのページ全体へのマッピングの順番はどのようなものであってもよいが、最上段の左端から始めて右端に行き、一段下がって左端に戻る、ということを最下段の右端まで繰り返すのが一般的とされている。   Note that the mapping order of the symbols <2> to the sub-pages and the mapping order of the sub-pages <3> to the entire page may be any order. It is common practice to go and go down one step and return to the left end until the right end of the bottom step.

そして、このようにしてホログラム記録媒体に記録されたデータについての再生は、以下のようにして行われる。
先ず、<4>と示すようにして、2×2のオーバーサンプリングが行われる。すなわち、先に述べたようにして予めSLMの画素数に対するイメージセンサの画素数が例えば2×2=4倍となるように設定しておき、SLMの1画素分の像を、イメージセンサ上の2×2=4つの画素で受光するというものである。
また、この<4>の2×2のオーバーサンプリングでは、オーバーサンプリングで得られた読み出し信号の周波数特性を改善するために、実際にはローパスフィルタ(LPF)などの何らかのフィルタを通すようにされている。
And the reproduction | regeneration about the data recorded on the hologram recording medium in this way is performed as follows.
First, as shown by <4>, 2 × 2 oversampling is performed. That is, as described above, the number of pixels of the image sensor with respect to the number of pixels of the SLM is set to be, for example, 2 × 2 = 4 times, and an image for one pixel of the SLM is displayed on the image sensor. 2 × 2 = light is received by four pixels.
In addition, in this <4> 2 × 2 oversampling, in order to improve the frequency characteristics of the read signal obtained by oversampling, some filter such as a low-pass filter (LPF) is actually passed. Yes.

そして、<5>では、上記のように2×2でオーバーサンプリングされた読み出し信号について、さらに4×4へのアップコンバートを行う。
つまり、上記2×2のオーバーサンプリング(及びフィルタ処理)により得られたそれぞれの値を補間するなどして、さらに2×2のアップコンバートを行う(4×4へのアップコンバート)。
In <5>, the readout signal oversampled at 2 × 2 as described above is further up-converted to 4 × 4.
In other words, 2 × 2 up-conversion is performed by interpolating the respective values obtained by the above 2 × 2 oversampling (and filtering) (up-conversion to 4 × 4).

これらオーバーサンプリング・アップコンバートを経た上で、上述したような光学的な歪みなどを考慮した、各ピクセルの振幅値計算を適正に行うための処理が行われる。
先ずは、<6>と示すようにして、ページシンクの検出を行う。すなわち、先の図48にて説明したようにして予め規定されているページシンクのデータパターンに基づき、オーバーサンプリング・アップコンバートで得られた読み出し信号中にあるべきページシンクの位置を検出するものである。
After these oversampling and up-conversion, a process for appropriately calculating the amplitude value of each pixel is performed in consideration of the optical distortion as described above.
First, page sync detection is performed as shown in <6>. That is, the position of the page sync that should be in the read signal obtained by the oversampling / up-conversion is detected based on the data pattern of the page sync defined in advance as described in FIG. is there.

ここで、イメージセンサの各画素では、例えば0〜255の256階調でその振幅値が得られる。すなわち、上述のようなオーバーサンプリング・アップコンバートを経て得られる各値としても、このような0〜255で表現される値となっている。
ページシンクの具体的な検出手法としては、予め分かっているページシンクのデータパターン(0、1のパターン)にある一定の値(負の数)を加えることによりデータパターンの平均値を0としたシンク基準パターンを生成しておき、オーバーサンプリング・アップコンバートにより得られた信号中におけるページシンクがあるべき位置(これもフォーマットから推定できる)の周辺について、上記シンク基準パターンとの相関計算を行い、その結果最も相関値の大きくなる位置をシンク位置として特定する手法を採る(このような位置決定方式を相関演算によるテンプレートマッチングと呼ぶ)。
このようにページシンクの位置が特定されることで、先ずはページ全体のおおまかな位置合わせを行うことができる。
Here, in each pixel of the image sensor, for example, the amplitude value is obtained with 256 gradations of 0 to 255. That is, each value obtained through the oversampling / up-conversion as described above is a value represented by 0 to 255.
As a specific method for detecting a page sync, the average value of the data pattern is set to 0 by adding a certain value (negative number) to the data pattern (0, 1 pattern) of the page sync known in advance. Generate a sync reference pattern, perform correlation calculation with the sync reference pattern around the position where the page sync should be in the signal obtained by oversampling / up-conversion (this can also be estimated from the format), As a result, a method of specifying the position where the correlation value becomes the largest as the sync position is adopted (such a position determination method is called template matching by correlation calculation).
By specifying the position of the page sync in this way, first, it is possible to roughly align the entire page.

その上で、<7>と示すように、サブページシンクの検出を行う。すなわち、ページ内の各サブページシンクの位置を特定するものである。
上記のようにしてページシンクとしての、ページ内の或る1つの基準点が定まれば、対象とするサブページシンクのあるべき位置は、記録フォーマットに基づいてその定まった基準点から何画素離れた場所にあるかを特定できる。そこで、検出されたページシンクの位置を基準として、フォーマットに従って推定される対象とするサブページのあるべき位置周辺について、先のページシンク検出の場合と同様に相関演算によるテンプレートマッチングによりサブページシンクの位置を特定する。
After that, as shown in <7>, sub-page sync is detected. That is, the position of each subpage sync in the page is specified.
If a certain reference point in the page as a page sync is determined as described above, the position where the target sub-page sync should be located is how many pixels away from the determined reference point based on the recording format. Can be identified. Therefore, with the detected page sync position as a reference, the sub-page sync is detected by template matching by correlation calculation in the same way as in the previous page sync detection, around the position where the target sub-page should be estimated according to the format. Identify the location.

そして、各サブページシンクを検出すると、<8>と示すようにして1×1にリサンプリングする処理を行う。つまり、検出された各サブページシンクの位置に基づき、オーバーサンプリング・アップコンバートされた信号中からSLMの各データピクセルに対応した読み出し信号の位置(単にピクセルの位置とも言う)を特定し、その振幅値を取得するものである。
具体的には、検出された各サプページシンクの位置に基づいて、各サブページごとに、各ピクセルの位置を特定し、それら各ピクセルの振幅値を取得する。このとき、次に説明するスパース符号化方式に対応したシンボル単位でのデータ識別を行うために、ここでは取得した各ピクセルの値をシンボル単位にまとめておくようにされる。
When each subpage sync is detected, a process of resampling to 1 × 1 is performed as shown in <8>. That is, based on the detected position of each subpage sync, the position of the readout signal corresponding to each data pixel of the SLM (also simply referred to as the pixel position) is identified from the oversampled and upconverted signals, and the amplitude thereof Get the value.
Specifically, the position of each pixel is specified for each subpage based on the detected position of each subpage sync, and the amplitude value of each pixel is acquired. At this time, in order to identify data in symbol units corresponding to the sparse encoding method described below, the acquired pixel values are collected in symbol units here.

次の<9>では、シンボル単位でのデータ識別を行う。すなわち、上記のようにしてシンボル単位にまとめられた値から、データ識別を行って各画素のビット値を検出する。
ここで、この場合において採用される、1シンボル=16ビットのうち3ビットが「1」となるスパース符号の場合には、値の大きい3つのピクセルをビット「1」にする「ソート検出」と呼ばれるデータ識別方式を適用することができる。そこで、各シンボルについて、このようなソート検出によるデータ識別を行って、最終的な記録ビットの値を検出する。
In the next <9>, data identification is performed in symbol units. That is, data identification is performed on the basis of the values collected in symbol units as described above to detect the bit value of each pixel.
Here, in the case of a sparse code in which 3 bits out of 1 symbol = 16 bits employed in this case are “1”, “sort detection” in which three pixels having a large value are set to bit “1”. A so-called data identification method can be applied. Therefore, for each symbol, data identification is performed by such sort detection, and the final value of the recording bit is detected.

そして、最後に、<10>と示すようにして、記録符号(スパース符号)のデコード処理を行う。
つまり、上記シンボル単位でのデータ識別によってシンボルごとに得られた各ビット値を、記録時にマッピングした順番に従って並べ替え、さらに並び替えたビット値をデコード(スパース符号の復調)していくことで1シンボル=16ビット→1バイト=8ビットに戻し、記録データと同内容の再生データを得る。
Finally, the recording code (sparse code) is decoded as shown in <10>.
That is, each bit value obtained for each symbol by data identification in the symbol unit is rearranged according to the order mapped at the time of recording, and further, the rearranged bit value is decoded (demodulation of sparse code). Returning the symbol = 16 bits → 1 byte = 8 bits, reproduction data having the same content as the recording data is obtained.

以上のようにしてホログラム記録媒体へのデータ記録、及び記録データの再生が行われている。   As described above, data recording to the hologram recording medium and reproduction of the recorded data are performed.

なお、関連する従来技術については下記特許文献を挙げることができる。
特開2006−196044号公報 特開2001−14418号公報
In addition, about the related prior art, the following patent documents can be mentioned.
JP 2006-196044 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-14418

しかしながら、上記のような従来のホログラム記録再生手法は、次の点で問題を有している。
先ず、従来のホログラム記録再生手法では、シンク数の増加やシンクサイズの大型化を助長するものとなっており、その分ユーザデータの容量を低下させてしまっているという問題がある。
すなわち、上述した従来手法では、各データピクセルの位置を特定するためにシンク(サブページシンク)を用いているので、検出精度向上のため多くのシンクを要し、またシンクサイズとしても大型化する必要がある。その意味でシンク数の増加やシンクサイズの大型化を招き、これによって1ページ内に記録できるユーザデータの容量を低下せざるを得ない点で問題がある。
However, the conventional hologram recording / reproducing method as described above has the following problems.
First, the conventional hologram recording / reproducing method promotes an increase in the number of syncs and an increase in the sync size, and there is a problem that the capacity of user data is reduced correspondingly.
That is, in the above-described conventional method, since a sync (subpage sync) is used to specify the position of each data pixel, many syncs are required to improve detection accuracy, and the sync size is increased. There is a need. In this sense, there is a problem in that the number of syncs increases and the sync size increases, and the capacity of user data that can be recorded in one page must be reduced.

また、上述した従来手法では、各データピクセルの位置を検出するにあたりシンクしか利用しておらず、シンク以外のユーザーデータを有効に利用していないという点でも問題がある。
すなわち、このように各データピクセル位置の特定のためにシンクしか利用していないことによって、シンクがダメージを受けた場合の影響が大きく、もし仮にサブページのシンクがダメージを受けて検出できない場合には、そのサブページ内のデータを直ちに失ってしまうといったことも生じ得る。
また、仮にページシンクがダメージを受けて検出できない場合、ページ全体のデータを失ってしまうといった事態も生じ得る。
Further, the above-described conventional method has a problem in that only the sync is used to detect the position of each data pixel, and user data other than the sync is not used effectively.
In other words, since only the sync is used to specify the position of each data pixel in this way, the influence when the sync is damaged is large, and if the sub-page sync is damaged and cannot be detected. May immediately lose data in the subpage.
In addition, if the page sync is damaged and cannot be detected, the entire page data may be lost.

これらの点から従来手法は、検出画像のSNR(S/N比)低下に対してロバストではない。また、シンク数の削減・シンクサイズの小型化による記録密度向上を図ることが困難とされている。   From these points, the conventional method is not robust against a decrease in SNR (S / N ratio) of the detected image. Further, it is difficult to improve the recording density by reducing the number of syncs and reducing the sync size.

また、そもそもの問題として上記従来手法では、シンクを本来の使用法とは異なるかたちで使用している点でも難点がある。
すなわち、従来のストレージ装置や通信装置において、「シンク」とは、ビット同期をとった後のフレーム同期をとるためのものであって、ビット同期のためのものではない。つまり、上述した従来手法のように、ビット同期に相当する各データピクセルの位置特定のためにシンクを使用するという概念は、シンクの使用法が誤っていると言うことができる。
In the first place, the above-mentioned conventional method also has a drawback in that the sink is used in a form different from the original usage.
That is, in the conventional storage apparatus and communication apparatus, the “synchronization” is for frame synchronization after bit synchronization is taken, and not for bit synchronization. That is, it can be said that the concept of using the sync for specifying the position of each data pixel corresponding to the bit synchronization as in the conventional method described above is incorrect in the usage of the sync.

また、画像の種々の変動・歪み・劣化に対してロバストではないという点も挙げられる。
例えば、再生画像の歪みの形態として、平面方向の移動には対応できるが、像の拡大・縮小が生じた場合にはロバストではない。
また、再生画像の回転に対してもロバストではない。
Another point is that the image is not robust against various fluctuations, distortions, and deterioration of the image.
For example, as a form of distortion of the reproduced image, it can cope with movement in the plane direction, but is not robust when the image is enlarged or reduced.
Also, it is not robust against the rotation of the playback image.

ところで、上記による説明では、従来手法はビット同期のためにシンクを使用する点で、本来とは異なるシンクの使用法としている点が問題であることを指摘したが、例えば1次元画像を扱うホログラム記録再生の分野では、ビット同期のためのシンクは使用せず、各データピクセルの位置はユーザデータに基づくクロック信号抽出を行った上で行うという考え方が提案されている。
例えば、先に挙げた特許文献1がこれに該当する。
By the way, in the above description, it has been pointed out that the conventional method uses a sync for bit synchronization, and the use of a sync different from the original is problematic. In the field of recording and reproduction, a concept has been proposed in which a sync for bit synchronization is not used and the position of each data pixel is performed after extracting a clock signal based on user data.
For example, Patent Document 1 mentioned above corresponds to this.

図50は、特許文献1に記載の発明に基づくホログラム記録再生手法について模式的に示している。
この手法では、1次元の画像データについて、1次元のイメージセンサで読み出した値(この場合もオーバーサンプリングやアップコンバートを行ってもよい)に対し、FFTなどのフーリエ変換処理を施し、画像を構成する各周波数要素を分解する。
このようにフーリエ変換を施した結果としては、記録側の空間光変調器のピクセル周期に対応する周波数の成分が比較的強くなるので、その周波数近傍での信号を抽出し、これをクロック信号とすることができる。すなわち、図50(b)に示すような、各記録ピクセルの位置を特定するためのクロック信号を抽出することができる。
FIG. 50 schematically shows a hologram recording / reproducing method based on the invention described in Patent Document 1.
In this method, one-dimensional image data is subjected to Fourier transform processing such as FFT on a value read by a one-dimensional image sensor (in this case, oversampling or up-conversion may be performed) to construct an image. Decompose each frequency element.
As a result of performing the Fourier transform in this way, the frequency component corresponding to the pixel period of the spatial light modulator on the recording side becomes relatively strong, so a signal in the vicinity of that frequency is extracted, and this is referred to as a clock signal. can do. That is, a clock signal for specifying the position of each recording pixel as shown in FIG. 50B can be extracted.

但し、これは1次元画像を前提とした手法であって、これをそのまま現状のような2次元画像によるホログラム記録再生に適用することはできない。
例えば仮に、2次元画像に適用するのであれば、横方向(X方向)にライン順次で同様のフーリエ変換・クロック信号成分の抽出を行うということが考えられるが、例えば次の図51に示すようにして、再生像の回転によってイメージセンサに対し再生像が傾いて得られた場合には、或るラインでは図のように■部分(つまりビット「0」)が多くなってしまうなど、データピクセル数に応じた周期によるクロック信号の抽出をうまく行うことができなくなってしまう場合がある。
或いは、再生像が回転しない場合であっても、横方向(X方向)のラインによっては、空間光変調器のY方向における境界付近に合致してしまい、イメージセンサにおいて濃淡値を適正に捉えることができず、この点でもクロック信号の抽出をうまく行うことができなくなってしまう場合がある。
また、そもそもこのような一次元画像でのクロック信号は、1つの方向における周期性を表すに過ぎないため、これをそのまま2次元画像の場合に適用したとしても、適正なサンプル位置の特定を行うことができないのは明らかである。
このようにして特許文献1に記載のような1次元の概念のみによっては、2次元画像について適正にビット同期をとる(すなわちデータピクセル単位での位置を特定する)ことができないものとなる。
However, this is a technique based on a one-dimensional image, and cannot be applied to hologram recording / reproduction using a two-dimensional image as it is.
For example, if it is applied to a two-dimensional image, it is conceivable that the same Fourier transform and clock signal component are extracted in line order in the horizontal direction (X direction). For example, as shown in FIG. Thus, when the reconstructed image is tilted with respect to the image sensor by rotation of the reconstructed image, the data pixel such as a portion ■ (that is, bit “0”) increases in a certain line as shown in the figure. In some cases, it may become impossible to extract a clock signal with a period corresponding to the number.
Alternatively, even if the reproduced image does not rotate, depending on the line in the horizontal direction (X direction), it matches the vicinity of the boundary in the Y direction of the spatial light modulator, and the gray scale value is properly captured by the image sensor. In this case, the clock signal may not be extracted successfully.
In the first place, since the clock signal in such a one-dimensional image only represents periodicity in one direction, even if this is applied to a two-dimensional image as it is, an appropriate sample position is specified. Obviously you can't.
Thus, only by the one-dimensional concept as described in Patent Document 1, it is impossible to properly perform bit synchronization (that is, specify the position in units of data pixels) for a two-dimensional image.

以上のような課題に鑑み、本発明ではホログラム再生装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明のホログラム再生装置は、参照光と、記録データに応じて2次元の空間光変調器による変調を受けて生成された信号光との干渉縞によってホログラムページ単位ごとにデータが記録されたホログラム記録媒体について再生を行うホログラム再生装置であって、先ず、上記ホログラム記録媒体に対して上記参照光を照射する参照光照射手段を備える。
また、上記参照光が上記ホログラム記録媒体に対して照射されることで得られる上記ホログラムページ単位のデータに応じた回折光を受光した結果に基づき、2次元画像データを得る画像取得手段を備える。
また、上記2次元画像データに基づく2次元的なフーリエ変換処理を行い、上記2次元画像データ中に含まれる平面波要素について周波数解析を行う解析手段を備える。
また、上記解析手段による解析結果に対して、第1の所定範囲内と第2の所定範囲内でそれぞれパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第1方向クロック情報と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第2方向クロック情報とを取得するクロック情報取得手段を備える。
また、上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記2次元画像データ中における上記空間光変調器のピクセル単位での位置を特定するピクセル位置特定手段を備える。
さらに、上記ピクセル位置特定手段により特定された位置情報に基づき、各ピクセルの振幅値を取得する振幅値取得手段を備えるものである。
In view of the above problems, in the present invention, the hologram reproducing apparatus is configured as follows.
That is, the hologram reproducing apparatus of the present invention records data for each hologram page unit by interference fringes between the reference light and the signal light generated by being modulated by the two-dimensional spatial light modulator according to the recording data. A hologram reproducing apparatus that reproduces the hologram recording medium is provided with reference light irradiation means for irradiating the hologram recording medium with the reference light.
Further, an image acquisition unit is provided for obtaining two-dimensional image data based on a result of receiving diffracted light corresponding to the hologram page unit data obtained by irradiating the hologram recording medium with the reference light.
Moreover, an analysis unit is provided that performs two-dimensional Fourier transform processing based on the two-dimensional image data and performs frequency analysis on the plane wave element included in the two-dimensional image data.
Further, a peak portion of the power spectrum is searched for within the first predetermined range and the second predetermined range for the analysis result by the analyzing means, and the peak portion detected within the first predetermined range is detected. The first direction clock information indicating the period, phase and normal direction of the plane wave specified based on the first phase, and the period, phase and normal of the plane wave specified based on the peak portion detected within the second predetermined range. Clock information acquisition means for acquiring second direction clock information indicating the direction is provided.
In addition, pixel position specifying means for specifying the position of the spatial light modulator in units of pixels in the two-dimensional image data based on the first direction clock information and the second direction clock information.
Furthermore, an amplitude value acquisition unit that acquires an amplitude value of each pixel based on the position information specified by the pixel position specifying unit is provided.

また、本発明では読出装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の読出装置は、所要のピクセル単位でデータビット値が格納された2次元画像によりデータが記録された媒体について、上記2次元画像中の各ピクセルの値を読み出すための読出装置であって、先ず、上記媒体上の上記画像に対して光照射を行う光照射手段を備える。
また、上記媒体への光照射に応じて得られた光を検出した結果に基づき、上記媒体上の上記2次元画像に応じた2次元画像データを得る画像取得手段を備える。
また、上記画像取得手段で得られた上記2次元画像データに非線形処理を施す非線形処理手段を備える。
また、上記非線形処理手段により処理された上記2次元画像データについて2次元的なフーリエ変換処理を施し、上記2次元画像データ中に含まれる平面波要素について周波数解析を行う解析手段を備える。
また、上記解析手段による解析結果に対して、第1の所定範囲内と第2の所定範囲内とでそれぞれパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第1方向クロック情報と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第2方向クロック情報とを取得するクロック情報取得手段を備える。
また、上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記2次元画像データにおける上記媒体に記録された2次元画像中のピクセル単位での位置を特定するピクセル位置特定手段を備える。
さらに、上記ピクセル位置特定手段により特定された位置情報に基づき、各ピクセルの振幅値を取得する振幅値取得手段を備えるものである。
In the present invention, the reading apparatus is configured as follows.
That is, the reading device of the present invention is a reading device for reading the value of each pixel in the two-dimensional image with respect to a medium on which data is recorded by a two-dimensional image in which data bit values are stored in units of required pixels. First, light irradiation means for performing light irradiation on the image on the medium is provided.
Moreover, the image acquisition means which acquires the two-dimensional image data according to the said two-dimensional image on the said medium based on the result of having detected the light obtained according to the light irradiation to the said medium is provided.
In addition, a non-linear processing unit that performs non-linear processing on the two-dimensional image data obtained by the image acquisition unit is provided.
Further, an analysis unit is provided that performs a two-dimensional Fourier transform process on the two-dimensional image data processed by the nonlinear processing unit and performs a frequency analysis on a plane wave element included in the two-dimensional image data.
Further, a peak portion of the power spectrum is searched for within the first predetermined range and the second predetermined range with respect to the analysis result by the analyzing means, and the peak detected within the first predetermined range is detected. First direction clock information indicating the period, phase and normal direction of the plane wave specified based on the portion; and the period, phase and phase of the plane wave specified based on the peak portion detected within the second predetermined range. Clock information acquisition means for acquiring second direction clock information representing the line direction is provided.
In addition, a pixel position specifying unit is provided for specifying a position in units of pixels in the two-dimensional image recorded on the medium in the two-dimensional image data based on the first direction clock information and the second direction clock information. .
Furthermore, an amplitude value acquisition unit that acquires an amplitude value of each pixel based on the position information specified by the pixel position specifying unit is provided.

上記のようにして媒体上に記録された画像に応じて得られた2次元画像データに基づく2次元的なフーリエ変換処理を行うことで、上記2次元画像データを構成する各平面波要素を解析することができる。
この2次元的なフーリエ変換による解析結果では、上記2次元画像データ中に含まれる第1方向(例えばX方向)のクロック信号としての平面波(波の周期と位相と方向とで特定される)と、第2方向(例えばY方向)のクロック信号としての平面波の成分が、それぞれ上記第1の所定範囲内と上記第2の所定範囲内でパワースペクトルのピーク部分として現れる。そこで、上記のようにして第1の所定範囲内と第2の所定範囲内とでそれぞれパワースペクトルのピーク部分を探索すれば、その結果検出されるピーク部分の成分に基づきそれぞれX方向クロック情報とY方向クロック情報とを得ることができる。
このようにして、X方向、Y方向のそれぞれのクロック信号の周期と位相と方向についての情報を表すX方向クロック情報とY方向クロック情報とを得ることができれば、それらに基づき媒体上に記録された画像のピクセル単位での位置を特定することができ、その位置情報に基づいて各ピクセルの振幅値を取得することができる。
Each plane wave element constituting the two-dimensional image data is analyzed by performing a two-dimensional Fourier transform process based on the two-dimensional image data obtained according to the image recorded on the medium as described above. be able to.
In the analysis result by the two-dimensional Fourier transform, a plane wave (specified by the period, phase, and direction of the wave) as a clock signal in the first direction (for example, the X direction) included in the two-dimensional image data. A plane wave component as a clock signal in the second direction (for example, the Y direction) appears as a peak portion of the power spectrum in the first predetermined range and the second predetermined range, respectively. Therefore, if the peak portions of the power spectrum are searched for in the first predetermined range and the second predetermined range as described above, the X-direction clock information and the peak information are detected based on the detected peak portion components. Y-direction clock information can be obtained.
In this way, if X-direction clock information and Y-direction clock information representing information about the period, phase, and direction of each clock signal in the X direction and the Y direction can be obtained, they are recorded on the medium based on them. The position of each image in pixel units can be specified, and the amplitude value of each pixel can be obtained based on the position information.

なお、本発明の読出装置・読出方法では、非線形処理を経た2次元画像データについて2次元的なフーリエ変換処理を施すものとしているが、このように非線形処理後の画像について2次元的なフーリエ変換を施した結果は、後の図41に示されるようにクロック信号に応じた部分に強いピークが現れることになる。つまり、このようにすれば、予め受光素子側の何画素分で媒体に記録された画像の1ピクセル分の像を受光するかが定まっておらず、クロック信号のおおまかな周波数を推定できないことで探索範囲を狭い範囲に限定できない場合であっても、例えばX軸近傍・Y軸近傍など所定の範囲にてそれぞれピーク成分の探索を行うことで、それぞれのクロック情報を適正に取得することができる。   In the reading apparatus / reading method of the present invention, two-dimensional Fourier transform processing is performed on the two-dimensional image data that has undergone nonlinear processing. Thus, two-dimensional Fourier transform is performed on the image after nonlinear processing. As a result of applying, a strong peak appears in a portion corresponding to the clock signal as shown in FIG. In other words, if this is done, it is not determined how many pixels on the light receiving element side will receive the image of one pixel of the image recorded on the medium in advance, and the approximate frequency of the clock signal cannot be estimated. Even when the search range cannot be limited to a narrow range, the respective clock information can be appropriately acquired by searching for peak components in a predetermined range such as the vicinity of the X axis or the vicinity of the Y axis, for example. .

上記のようにして本発明では、媒体上に記録された2次元画像に応じて得られた2次元画像データに基づく2次元的なフーリエ変換処理による周波数解析結果から、X方向クロック情報(X方向のクロック成分の波の周期と位相と方向の情報)と、Y方向クロック情報(Y方向のクロック成分の波の周期と位相と方向の情報)とを取得することができる。そして、これらX方向クロック情報とY方向クロック情報とに基づき、媒体上に記録された画像中のピクセル単位での位置を特定することができ、その位置情報に基づき各ピクセルの値を取得することができる。   As described above, in the present invention, the X-direction clock information (X-direction) is obtained from the frequency analysis result by the two-dimensional Fourier transform process based on the two-dimensional image data obtained according to the two-dimensional image recorded on the medium. And the Y-direction clock information (information on the wave period, phase and direction of the clock component in the Y direction). Based on the X-direction clock information and the Y-direction clock information, the position of each pixel in the image recorded on the medium can be specified, and the value of each pixel is acquired based on the position information. Can do.

このとき、解析結果から取得される上記X方向クロック情報と上記Y方向クロック情報には、X方向のクロック成分とY方向のクロック成分について、その波の周期と位相と共に方向の情報も含まれている。このことから、上記のようにしてX方向クロック情報とY方向クロック情報とに基づく各ピクセル位置の特定が行われることで、画像の回転にも対応して適正に各ピクセルの位置の特定を行うことができる。また、もちろん、画像の拡大/縮小にも対応して適正に各ピクセル位置を特定することもできる。さらには、例えばX方向とY方向とでクロックの周波数が異なるような歪みにも適正に対応して各ピクセル位置の特定することができる。   At this time, the X-direction clock information and the Y-direction clock information acquired from the analysis result include direction information for the X-direction clock component and the Y-direction clock component together with the wave period and phase. Yes. From this, by specifying each pixel position based on the X-direction clock information and the Y-direction clock information as described above, the position of each pixel is specified appropriately corresponding to the rotation of the image. be able to. Of course, each pixel position can also be specified appropriately corresponding to the enlargement / reduction of the image. Furthermore, for example, each pixel position can be specified appropriately corresponding to distortion in which the clock frequency is different between the X direction and the Y direction.

また、上記本発明によれば、従来のようにシンクによる位置合わせを行うことなく各ピクセルの位置を特定することができる。これによれば、従来必要であった各ピクセルの位置特定のためのサブページシンクを不要とすることができ、その分、ユーザデータの記録容量を増やすことができる。すなわち、ユーザデータの記録密度向上を図ることができる。   Further, according to the present invention, the position of each pixel can be specified without performing alignment by sync as in the prior art. According to this, it is possible to eliminate the need for a sub-page sync for specifying the position of each pixel, which has been conventionally required, and to increase the recording capacity of user data accordingly. That is, it is possible to improve the recording density of user data.

また、上記本発明によれば、画像中のシンク部分のみでなく、ユーザデータを含む画像全体のデータを利用して各ピクセルの位置特定を行うことができる。すなわち、従来ではサブページシンクがダメージを受けた場合に、その領域では各ピクセルの位置特定が適正に行われず、その領域内のデータが全滅するといった可能性があったが、本発明では取得された2次元画像データ全体を利用して各ピクセルの位置を特定できるので、その意味でよりロバストなデータ読み出しが可能となる。   Further, according to the present invention, the position of each pixel can be specified using not only the sync portion in the image but also the entire image data including user data. That is, conventionally, when the subpage sync is damaged, there is a possibility that the position of each pixel is not properly specified in the area and the data in the area is completely destroyed. In addition, since the position of each pixel can be specified using the entire two-dimensional image data, more robust data reading can be performed in that sense.

また、上記のようにしてサブページシンクを用いた位置特定なしに各ピクセルの振幅値を取得することができれば、ビット同期をとった上で、各ビット値がフォーマット上のどの位置にあたるかを特定するためのシンクによってフレーム同期をとる、という通常のシンク使用法を採用することができる。   Also, if the amplitude value of each pixel can be obtained without specifying the position using the subpage sync as described above, the position where each bit value corresponds to the format is determined after bit synchronization. Therefore, it is possible to adopt a normal sync usage method in which frame synchronization is performed by a sync for performing the sync.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下実施の形態とする)について説明していく。
説明は以下の順で行うものとする。

1.再生装置の構成
2.データ再生部の構成
3.実施の形態としてのリサンプリング位置特定手法
3−1.X方向及びY方向微分
3−2.非線形処理
3−3.2次元のフーリエ変換処理
3−4.クロック信号成分の抽出
3−5.位相シフト処理
3−6.逆フーリエ変換処理
3−7.ゼロクロス線の抽出
3−8.ゼロクロス線の格子点抽出
4.リサンプリング位置特定部の内部構成
5.実施の形態の効果
6.実験結果
7.変形例
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
The description will be given in the following order.

1. 1. Configuration of playback device 2. Configuration of data reproduction unit 3. Re-sampling position specifying method as embodiment 3-1. X-direction and Y-direction differentiation 3-2. Nonlinear processing 3-3. Two-dimensional Fourier transform processing 3-4. Extraction of clock signal component 3-5. Phase shift processing 3-6. Inverse Fourier transform processing 3-7. Extraction of zero-cross line 3-8. Extraction of grid point of zero cross line 4. 4. Internal configuration of resampling position specifying unit Effects of the embodiment 6. Experimental results Modified example

なお、以下の説明においては「クロック信号」という用語を用いるが、この場合における「信号」とは、スカラー量をもつ2次元の信号であって、2次元画像と等価であることを注意しておく。また、画像を表現する場合の座標系は、X方向は図中の右方向、Y方向は図中の下方向としている。
In the following description, the term “clock signal” is used. Note that the “signal” in this case is a two-dimensional signal having a scalar quantity and is equivalent to a two-dimensional image. deep. In the coordinate system for representing an image, the X direction is the right direction in the figure, and the Y direction is the downward direction in the figure.

1.再生装置の構成

図1は、本発明に基づき構成することのできる記録再生装置(記録再生装置1)の内部構成について示したブロック図である。なお、図1では主に記録再生装置1の光学系、記録データの変調系、及び再生系の構成のみを抽出して示しており、他の部分については省略している。
1. Configuration of playback device

FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a recording / reproducing apparatus (recording / reproducing apparatus 1) that can be configured based on the present invention. In FIG. 1, only the configuration of the optical system, the recording data modulation system, and the reproduction system of the recording / reproducing apparatus 1 is mainly extracted and the other parts are omitted.

先ず、本実施の形態では、ホログラム記録再生方式として、いわゆるコアキシャル方式が採用される。すなわち、信号光と参照光とを同一軸上に配置し、それらを共にホログラム記録媒体5に照射して干渉縞によりデータ記録を行い、また再生時には参照光のみをホログラム記録媒体5に対して照射することで干渉縞により記録されたデータの再生を行うものである。
またこの場合、図中のホログラム記録媒体5としては、反射膜を備えたいわゆる反射型のホログラム記録媒体とされ、記録再生装置1はこのような反射型のホログラム記録媒体5に対応した構成が採られる。
First, in this embodiment, a so-called coaxial system is adopted as a hologram recording / reproducing system. That is, the signal light and the reference light are arranged on the same axis, and both of them are applied to the hologram recording medium 5 to record data by interference fringes, and only the reference light is applied to the hologram recording medium 5 during reproduction. By doing so, the data recorded by the interference fringes is reproduced.
Further, in this case, the hologram recording medium 5 in the figure is a so-called reflection type hologram recording medium having a reflection film, and the recording / reproducing apparatus 1 has a configuration corresponding to such a reflection type hologram recording medium 5. It is done.

図1において、先ず記録再生装置1には、図示するレーザダイオードLD、コリメータレンズ2、SLM(空間光変調器)3、ビームスプリッタ4、対物レンズOL、イメージセンサ6を備えた光学系が設けられる。   In FIG. 1, the recording / reproducing apparatus 1 is first provided with an optical system including a laser diode LD, a collimator lens 2, an SLM (spatial light modulator) 3, a beam splitter 4, an objective lens OL, and an image sensor 6. .

レーザダイオードLDは、記録再生のためのレーザ光を得るための光源として設けられる。このレーザダイオードLDからの出射光はコリメータレンズ2を透過して平行光に変換されてSLM3に導かれる。このSLM3としては、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。
そして、このSLM3により空間光変調が施された光は、ビームスプリッタ4を透過し、対物レンズOL側に導かれる。そして、対物レンズOLを透過し、所定位置にセットされたホログラム記録媒体5に照射される。
The laser diode LD is provided as a light source for obtaining laser light for recording and reproduction. Light emitted from the laser diode LD passes through the collimator lens 2 and is converted into parallel light, which is guided to the SLM 3. For example, a transmissive liquid crystal panel is used as the SLM 3.
The light subjected to spatial light modulation by the SLM 3 passes through the beam splitter 4 and is guided to the objective lens OL side. Then, the light passes through the objective lens OL and is irradiated onto the hologram recording medium 5 set at a predetermined position.

記録時においては、後述するようにしてSLM3において記録データに応じた空間光変調が行われ、このように変調を受けた平行光が対物レンズOLを透過することで収束光とされ、上記ホログラム記録媒体5に集光するようにされる。   At the time of recording, spatial light modulation according to the recording data is performed in the SLM 3 as will be described later, and the parallel light thus modulated passes through the objective lens OL to be converged light, and the hologram recording is performed. The light is condensed on the medium 5.

また、再生時においては、上記と同様の経路により、レーザダイオードLDからの光がSLM3にて再生用の変調を受けた後にホログラム記録媒体5に照射されることで、後述するようにして記録データに応じた回折光が得られる。この回折光は、ホログラム記録媒体5からの反射光として、対物レンズOLを介して平行光とされた後、ビームスプリッタ4にて反射されてイメージセンサ6側に導かれる。このイメージセンサ6としては、例えばCCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどとされ、上記のようにして導かれるホログラム記録媒体5からの反射光(回折光)を受光し、電気信号に変換する。   During reproduction, the hologram recording medium 5 is irradiated with light from the laser diode LD after being modulated by the SLM 3 through the same path as described above, thereby recording data as described later. The diffracted light according to is obtained. The diffracted light is converted into parallel light as reflected light from the hologram recording medium 5 through the objective lens OL, and then reflected by the beam splitter 4 and guided to the image sensor 6 side. The image sensor 6 is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, and receives reflected light (diffracted light) from the hologram recording medium 5 guided as described above. , Convert to electrical signal.

なお、本実施の形態の場合においても、従来と同様のオーバーサンプリング・アップコンバートを行うものとして、SLM3の1画素分の像を、イメージセンサ6上のn画素分(n>1:nは整数とは限らない)で受光するようにされている。この場合も、例えばイメージセンサ6上の4画素(2画素×2画素)分でSLM3の1画素分の像を受光するようにされているとする。   Also in the case of the present embodiment, it is assumed that oversampling and up-conversion similar to the conventional one is performed, and an image of one pixel of the SLM 3 is represented by n pixels on the image sensor 6 (n> 1: n is an integer). But not necessarily). Also in this case, for example, it is assumed that an image of one pixel of the SLM 3 is received by four pixels (2 pixels × 2 pixels) on the image sensor 6.

ここで、次の図2、図3を参照して、上記により説明した光学系によるホログラム記録媒体5へのデータの記録再生手法ついて説明する。図2は記録手法について示し、図3は再生手法について示している。
なお、図2では、図1に示す光学系のうちSLM3、対物レンズOLのみを抽出して示している。また図3において、図3(a)は同様にSLM3、対物レンズOLのみを示し、図3(b)では対物レンズOLとイメージセンサ6のみを抽出して示している。
Here, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, a method for recording and reproducing data on the hologram recording medium 5 by the optical system described above will be described. FIG. 2 shows the recording method, and FIG. 3 shows the reproduction method.
In FIG. 2, only the SLM 3 and the objective lens OL are extracted from the optical system shown in FIG. 3A similarly shows only the SLM 3 and the objective lens OL, and FIG. 3B shows only the objective lens OL and the image sensor 6 extracted.

先ず、図2に示される記録時においては、SLM3が、コリメータレンズ2からの入射光に対し、上述した参照光と、記録データに基づき「0」「1」のデータ配列が形成された光(以下信号光と呼ぶ)とが同心円上に配置されるようにするための強度変調を行うようにされる。
この強度変調された光(つまり参照光と信号光)を、対物レンズOLによりホログラム記録媒体5上に集光し、これにより形成される参照光と信号光の干渉縞をデータとしてホログラム記録媒体5に記録するようにされる。
First, at the time of recording shown in FIG. 2, the SLM 3 performs light (in which a data array of “0” and “1” is formed based on the reference light and the recording data with respect to the incident light from the collimator lens 2 ( (Hereinafter referred to as “signal light”) is intensity-modulated so as to be arranged concentrically.
The intensity-modulated light (that is, the reference light and the signal light) is collected on the hologram recording medium 5 by the objective lens OL, and the interference fringes of the reference light and the signal light formed thereby are used as data for the hologram recording medium 5. To be recorded.

そして、再生時においては、先ず図3(a)に示すようにして、コリメータレンズ2からの入射光をSLM3で参照光パターンのみが出力されるように強度変調を行い、ホログラム記録媒体5に集光する。その際、集光した光は、ホログラム記録媒体5に記録されたデータパターンに応じた干渉縞により回折を受け、ホログラム記録媒体5からの反射光として出力される。すなわち、この回折光は、図示するようにして記録データを反映した強度変調パターンを有しており、この回折光の有する強度変調パターンをイメージセンサ6で読み出した結果に基づき、データ再生を行うようにされる。   At the time of reproduction, first, as shown in FIG. 3A, the incident light from the collimator lens 2 is intensity-modulated so that only the reference light pattern is output by the SLM 3 and collected on the hologram recording medium 5. Shine. At this time, the condensed light is diffracted by interference fringes corresponding to the data pattern recorded on the hologram recording medium 5 and output as reflected light from the hologram recording medium 5. That is, the diffracted light has an intensity modulation pattern reflecting recorded data as shown in the figure, and data reproduction is performed based on the result of reading the intensity modulation pattern of the diffracted light with the image sensor 6. To be.

ここで、上記のようにしてSLM3においては、記録/再生時に対応して参照光、信号光を生成するようにされる。このためSLM3においては、次の図4に示すような参照光エリアA1、信号光エリアA2、及びギャップエリアA3とが規定されている。すなわち、図示するようにしてSLM3の中心部分を含む所定の円形のエリアが、信号光エリアA2として定められている。そして、その外周部分に対しては、ギャップエリアA3を隔てて、信号光エリアA2と同心円上となる輪状の参照光エリアA1が定められている。
なお、上記ギャップエリアA3は、読み出し時の参照光が信号光エリアA2に漏れ込んでノイズになることを避けるための領域として定められている。
Here, in the SLM 3, as described above, the reference light and the signal light are generated corresponding to the recording / reproducing time. Therefore, in the SLM 3, a reference light area A1, a signal light area A2, and a gap area A3 as shown in FIG. 4 are defined. That is, as shown in the figure, a predetermined circular area including the central portion of the SLM 3 is defined as the signal light area A2. An annular reference light area A1 that is concentric with the signal light area A2 is defined with respect to the outer peripheral portion with a gap area A3 therebetween.
The gap area A3 is defined as a region for avoiding the reference light at the time of reading leaking into the signal light area A2 and becoming noise.

記録時においては、参照光エリアA1内の予め定められた画素を「1」(光強度=強)、それ以外を「0」(光強度=弱)とし、且つギャップエリアA3と上記参照光エリアA1より外周部分とを全て「0」とした上で、信号光エリアA2内の各画素を記録データに応じた所要の「0」「1」のパターンとすることで、先の図2に示したような参照光と信号光とを生成・出力することができる。
また、再生時には、参照光エリアA1のみを記録時と同じ「0」「1」のパターンとし、他の領域はすべてビット「0」とすることで、図3(a)に示したようにして参照光のみを生成・出力することができる。
At the time of recording, a predetermined pixel in the reference light area A1 is set to “1” (light intensity = high), and other pixels are set to “0” (light intensity = weak), and the gap area A3 and the reference light area By setting all the outer peripheral parts from A1 to “0” and making each pixel in the signal light area A2 a required “0” “1” pattern according to the recording data, as shown in FIG. It is possible to generate and output such reference light and signal light.
Further, at the time of reproduction, only the reference light area A1 is set to the same pattern of “0” and “1” as at the time of recording, and all other areas are set to bit “0”, as shown in FIG. Only reference light can be generated and output.

また、図1に示す記録再生装置1には、これまでで説明した光学系に加え、上述したようなSLM3での変調パターンを実現するためのデータ変調部7が備えられる。
このデータ変調部7は、記録時において供給される記録データを入力し、この記録データを所定のフォーマットに従って信号光エリアA2内に敷き詰めるようにして、信号光エリアA2内のデータパターンを生成する。
さらに、参照光エリアA1を予め定められた所定の「0」「1」のパターンとし、またギャップエリアA3と参照光エリアA1より外周部分とを全てビット「0」としたデータパターンを生成し、このデータパターンと上記信号光エリアA2内のデータパターンとを合わせてSLM3の全有効画素分のデータパターンを生成する。
このデータパターンに基づき、SLM3の各画素を駆動制御することで、先の図2に示したような記録時の変調光(信号光及び参照光)を得ることができる。
In addition to the optical system described so far, the recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a data modulation unit 7 for realizing the modulation pattern in the SLM 3 as described above.
The data modulation unit 7 receives recording data supplied at the time of recording, and generates a data pattern in the signal light area A2 so as to cover the recording data in the signal light area A2 according to a predetermined format.
Further, a data pattern is generated in which the reference light area A1 is a predetermined “0” “1” pattern, and the outer peripheral portion of the gap area A3 and the reference light area A1 is all bits “0”. This data pattern and the data pattern in the signal light area A2 are combined to generate a data pattern for all effective pixels of the SLM 3.
Based on this data pattern, each pixel of the SLM 3 is driven and controlled, whereby modulated light (signal light and reference light) during recording as shown in FIG. 2 can be obtained.

一方、再生時には、参照光エリアA1のみ記録時と同じ「0」「1」のパターンとし、他の領域はすべて「0」としたデータパターンを生成し、このデータパターンに基づきSLM3の各画素を駆動制御することで、先の図3(a)に示したような再生時の変調光を得ることができる。   On the other hand, during reproduction, only the reference light area A1 has a pattern of “0” and “1” that is the same as that during recording, and other areas all generate “0”, and each pixel of the SLM 3 is generated based on this data pattern. By controlling the drive, it is possible to obtain the modulated light during reproduction as shown in FIG.

なお、本実施の形態の場合も、上記データ変調部7では、入力された記録データをスパース符号化して8バイトのデータごとにシンボル単位(4×4=16ビットの正方形状の単位)に変換した上で、それらシンボルを所定のフォーマットに従って信号光エリアA2内に敷き詰めたデータパターンを生成するようにされているとする。
また、この場合もスパース符号化としては、従来と同様に例えば1シンボル=16ビットのうち3ビットが「1」で、残りの13ビットが全て「0」となるような符号化を行うようにされているとする。
Also in the case of the present embodiment, the data modulation section 7 sparsely encodes the input recording data and converts it into symbol units (4 × 4 = 16-bit square units) for each 8-byte data. Then, it is assumed that a data pattern in which these symbols are spread in the signal light area A2 according to a predetermined format is generated.
Also in this case, sparse coding is performed so that, for example, 3 bits out of 1 symbol = 16 bits are “1” and the remaining 13 bits are all “0”, as in the conventional case. Suppose that

また、記録再生装置1には、イメージセンサ6での各画素の検出信号(検出値)に基づき、記録データを再生するためのデータ再生部8が設けられる。
このデータ再生部8では、後述する各処理を行って、イメージセンサ6の検出信号中の各データピクセル(SLMの各画素)の位置を特定し、その位置に基づき各データピクセルの振幅値を検出する(リサンプリングする)。その上で、各データピクセルの振幅値に基づくデータ識別やスパース符号のデコード処理を行って記録データを再生する。
Further, the recording / reproducing apparatus 1 is provided with a data reproducing unit 8 for reproducing recorded data based on a detection signal (detection value) of each pixel in the image sensor 6.
The data reproducing unit 8 performs each process to be described later, specifies the position of each data pixel (each pixel of the SLM) in the detection signal of the image sensor 6, and detects the amplitude value of each data pixel based on the position. Yes (resampling). After that, the recording data is reproduced by performing data identification based on the amplitude value of each data pixel and decoding processing of the sparse code.

2.データ再生部の構成

図5は、図1に示したデータ再生部8の内部構成について示している。
このデータ再生部8内には、図示するようにしてLPF(ローパスフィルタ)20、アップコンバート部21、リサンプリング位置特定部22、リサンプリング部23、ページシンク位置合わせ部24、シンボル抽出部25、データ識別部26、スパース符号デコード部27が備えられている。
図1に示したイメージセンサ6からの検出出力(図中センサ出力)は、データ再生部8内のLPF20に入力され、ここでノイズ除去や周波数特性改善のための所定フィルタリング処理が施された上で、アップコンバート部21に入力される。
2. Data playback unit configuration

FIG. 5 shows an internal configuration of the data reproducing unit 8 shown in FIG.
In the data reproduction unit 8, an LPF (low-pass filter) 20, an up-conversion unit 21, a resampling position specifying unit 22, a resampling unit 23, a page sync alignment unit 24, a symbol extraction unit 25, as shown in FIG. A data identification unit 26 and a sparse code decoding unit 27 are provided.
The detection output (sensor output in the figure) from the image sensor 6 shown in FIG. 1 is input to the LPF 20 in the data reproduction unit 8, where predetermined filtering processing for noise removal and frequency characteristic improvement is performed. Then, the data is input to the up-conversion unit 21.

先にも説明したように、本実施の形態の場合としても例えば2×2のオーバーサンプリングとして、イメージセンサ6上ではSLM3の1画素分の像を2×2=4画素分で受光するようにされている。
アップコンバート部21は、このようにして2×2のオーバーサンプリング後、LPF20によるフィルタ処理後のセンサ出力を入力し、これに対して所定倍率のアップコンバート処理を施す。この場合もアップコンバート処理としては、例えば2倍の倍率が設定され、これによって4×4へのアップコンバートが行われる。すなわち、これによってSLM3に比し縦横それぞれ4倍の解像度が得られることになる。画素数で言えば、SLM3の1画素について4×4=16個の画素信号が得られる。
As described above, even in the case of this embodiment, for example, as 2 × 2 oversampling, the image sensor 6 receives an image of one pixel of the SLM 3 with 2 × 2 = 4 pixels. Has been.
After the 2 × 2 oversampling in this way, the up-conversion unit 21 receives the sensor output after the filter processing by the LPF 20 and performs up-conversion processing at a predetermined magnification. Also in this case, as the up-conversion process, for example, a magnification of 2 is set, and thereby up-conversion to 4 × 4 is performed. That is, as a result, a resolution four times that of the SLM 3 is obtained. In terms of the number of pixels, 4 × 4 = 16 pixel signals are obtained for one pixel of the SLM 3.

リサンプリング位置特定部22は、上記アップコンバート部21によって処理された信号(画像データ)を入力し、この画像データ内におけるSLM3の各画素単位(データピクセル単位)での位置を特定するための処理を実行する。
なお、このリサンプリング位置特定部22によるリサンプリング位置の特定動作、及びそれを実現するための内部構成については後述する。
The resampling position specifying unit 22 receives the signal (image data) processed by the up-conversion unit 21 and performs processing for specifying the position of each pixel (data pixel unit) of the SLM 3 in the image data. Execute.
The resampling position specifying operation by the resampling position specifying unit 22 and the internal configuration for realizing it will be described later.

リサンプリング部23は、上記リサンプリング位置特定部22の処理結果として得られる各ピクセルの位置の情報と、上記アップコンバート部21によるアップコンバート処理後の2次元画像データを入力し、上記2次元画像データ中における上記各ピクセルの位置情報によって特定される位置の振幅値を取得する(これを1×1のリサンプリングと呼ぶ)。
このような各ピクセル位置が求まった後のリサンプリング処理としては、標本化定理に基づいて2次元信号の補間を行えばよい。或いは、従来の画像処理の分野で一般的に行われている補間処理を行ってもよい。例えば、
・最近傍法(Nearest neighbor method)
・双線形補間法(Bi-linear interpolation method)
・3次補間法(Cubic convolution method)
・双3次スプライン法 (Bicubic spline method)
の何れかの補間処理によって行うことができる。
これらのうち、例えば最近傍法は、最もタイミングの近い読み出し信号をそのピクセルの振幅値として選択するもので、オーバーサンプリングレートが大きいときに有効である。この最近傍法は関数などに基づく計算処理が不要であるという点で、処理時間が短くできるというメリットがある。
また、3次補間法は、標本化定理に基づいて補間するときに使用する関数sin(x)/xの区分的3次多項式近似であり、処理負担は上記最近傍法より大であるが、高精度な結果が得られるというメリットがある。本実施の形態の場合、リサンプリング処理にはこの3次補間法(単にCubic補間とも言う)を採用している。
The re-sampling unit 23 receives information on the position of each pixel obtained as a result of the processing by the re-sampling position specifying unit 22 and the two-dimensional image data after the up-conversion processing by the up-conversion unit 21, and the two-dimensional image The amplitude value of the position specified by the position information of each pixel in the data is acquired (this is called 1 × 1 resampling).
As such resampling processing after each pixel position is obtained, two-dimensional signal interpolation may be performed based on the sampling theorem. Alternatively, interpolation processing generally performed in the field of conventional image processing may be performed. For example,
・ Nearest neighbor method
・ Bi-linear interpolation method
・ Cubic convolution method
・ Bicubic spline method
This can be performed by any of the interpolation processes.
Among these methods, for example, the nearest neighbor method selects the readout signal having the closest timing as the amplitude value of the pixel, and is effective when the oversampling rate is large. This nearest neighbor method has an advantage that the processing time can be shortened in that calculation processing based on a function or the like is unnecessary.
The cubic interpolation method is a piecewise cubic polynomial approximation of the function sin (x) / x used when interpolating based on the sampling theorem, and the processing load is larger than the nearest neighbor method. There is an advantage that highly accurate results can be obtained. In the case of the present embodiment, this cubic interpolation method (also simply referred to as Cubic interpolation) is employed for the resampling process.

上記リサンプリング部23のリサンプリング処理により、上記2次元画像データにおけるデータピクセル単位での各位置の振幅値が得られる。すなわち、SLM3のピクセルと同一のレート(1×1のレート)の2次元画像データが得られる。
ページシンク位置合わせ部24は、このような2次元画像データにおける各ピクセルの振幅値の情報と、予めフォーマットで定められたページシンクとしての所定のデータパターンの情報とに基づき、位置合わせ処理を行う。すなわち、特定された各ピクセルの、フォーマット上での位置(つまりフォーマットで規定されたホログラムページ内での位置)を特定する。
By the resampling process of the resampling unit 23, an amplitude value at each position in the data pixel unit in the two-dimensional image data is obtained. That is, two-dimensional image data having the same rate (1 × 1 rate) as the pixels of the SLM 3 is obtained.
The page sync alignment unit 24 performs alignment processing on the basis of information on the amplitude value of each pixel in such two-dimensional image data and information on a predetermined data pattern as a page sync predetermined in the format. . That is, the position of each specified pixel on the format (that is, the position in the hologram page defined by the format) is specified.

このページシンクによる位置合わせ処理としては、従来と同様の手法により行うことができる。すなわち、上記のようなページシンクとしての所定のデータパターンを元に、先に述べた相関演算によるテンプレートマッチングにより行う。具体的には、ページシンクの存在する範囲は、フォーマットに基づきある程度推定することができるので、その推定された範囲内で上記データパターンとの相関値を計算して、最大を与える場所を結果とする。
このように、本実施の形態の場合の位置合わせ処理は、従来方式とは異なり、上記のようにして既にデータピクセル単位での振幅値が求まった(つまり1×1のレートとされた)画像を対象として行うので、シンクを本来の使用法で用いることができる。そして、位置合わせ処理の計算量は、4×4のアップコンバート後の画像を対象として行っていた従来と比較すれば格段に少なくすることができる。
The alignment processing by this page sync can be performed by a method similar to the conventional method. That is, based on the predetermined data pattern as the page sync as described above, the template matching is performed by the correlation calculation described above. Specifically, since the range where the page sync exists can be estimated to some extent based on the format, the correlation value with the data pattern is calculated within the estimated range, and the location giving the maximum To do.
As described above, unlike the conventional method, the alignment processing in the case of the present embodiment is an image whose amplitude value has already been obtained in units of data pixels (that is, a rate of 1 × 1) as described above. Therefore, the sink can be used in its original usage. The calculation amount of the alignment process can be significantly reduced as compared with the conventional case where the image after the 4 × 4 up-conversion is performed.

シンボル抽出部25は、ページシンク位置合わせ部24によって特定された、各ピクセルのフォーマット上での位置の情報を利用して、ホログラムページ内の各シンボルの抽出を行う。そして、抽出したシンボルごとに各ピクセルの振幅値をまとめたかたちでデータ識別部26に供給する。   The symbol extraction unit 25 extracts each symbol in the hologram page by using the position information on the format of each pixel specified by the page sync alignment unit 24. Then, the amplitude values of the respective pixels are collected for each extracted symbol and supplied to the data identification unit 26.

データ識別部26は、上記シンボル抽出部25から供給されるシンボル単位ごとの各ピクセルの振幅値を用いて、シンボルごとにデータ識別を行う。
この場合、記録時のスパース符号化として1シンボル=16ビットのうち3つのビットのみが「1」となるような符号化を行うことから、これに対応したソート検出の手法を取り入れている。つまり、シンボル単位ごとに振幅値の大きい上位3つのピクセル位置のデータビット値を「1」とし、残りの全ピクセル位置のデータビット値は全て「0」としてデータ識別を行って、「0」「1」のデータビット値の識別をシンボル単位で検出する。
The data identification unit 26 performs data identification for each symbol using the amplitude value of each pixel for each symbol unit supplied from the symbol extraction unit 25.
In this case, since sparse encoding at the time of recording is performed such that only 3 bits out of 1 symbol = 16 bits are “1”, a sort detection method corresponding to this is adopted. That is, data identification is performed by setting the data bit values of the top three pixel positions having large amplitude values for each symbol unit to “1”, and the data bit values of all the remaining pixel positions as “0”. The identification of the data bit value of “1” is detected in symbol units.

上記データ識別部26で検出されたシンボル単位ごとの各データビットの値は、スパース符号デコード部27に供給され、ここで各シンボルごとにスパース符号のデコードが行われることで、1シンボル→1バイト=8ビットに戻すように変換が行われる。これにより、記録データの再生が行われる。   The value of each data bit for each symbol unit detected by the data identification unit 26 is supplied to the sparse code decoding unit 27, where the sparse code is decoded for each symbol, thereby 1 symbol → 1 byte. = Conversion is performed so as to return to 8 bits. Thereby, the recorded data is reproduced.

なお、ここでの図示は省略したが、データ再生部8内において、適宜必要な位置に対して画像処理において通常行われる基本的な前処理を行うための構成を追加してもよい。例えば、AGC(Automatic Gain Control)による濃淡ムラ除去、明レベル補正、暗レベル補正などを行う信号処理部を追加するといったものである。
Although illustration is omitted here, a configuration for performing basic preprocessing that is normally performed in image processing may be added to a necessary position in the data reproducing unit 8 as appropriate. For example, a signal processing unit for performing density unevenness removal by AGC (Automatic Gain Control), light level correction, dark level correction, and the like is added.

3.実施の形態としてのリサンプリング位置特定手法

続いて、実施の形態としてのリサンプリング位置特定動作について説明していく。
本実施の形態のリサンプリング位置の特定は以下の手順で行う。

・X方向及びY方向微分(3−1.)
・非線形処理(3−2.)
・2次元のフーリエ変換処理(3−3.)
・クロック信号成分の抽出(3−4.)
・位相シフト処理(3−5.)
・逆フーリエ変換処理(3−6.)
・ゼロクロス線の抽出(3−7.)
・ゼロクロス線の格子点抽出(3−8.)
3. Resampling position identification method as an embodiment

Subsequently, the resampling position specifying operation as an embodiment will be described.
The resampling position of this embodiment is specified by the following procedure.

-X direction and Y direction differentiation (3-1.)
・ Nonlinear processing (3-2.)
・ Two-dimensional Fourier transform processing (3-3.)
Extraction of clock signal component (3-4.)
・ Phase shift processing (3-5.)
・ Inverse Fourier transform processing (3-6.)
・ Zero cross line extraction (3-7.)
・ Lattice point extraction of zero-cross line (3-8.)

3−1.X方向及びY方向の微分

先ずは、次の図6、図7に、イメージセンサ6の検出結果に基づき得られるセンサ出力画像、及びアップコンバート部21によるアップコンバート後の画像を示す。
なお、図6に示すセンサ出力画像は、LPF20による処理後の画像を示している。
また、これら図6、図7を始めとして、以降で画像を扱う図に関しては、全体画像では詳細な様子がつかみずらいため、位置はそれぞれ共通とした上で一部のみを拡大した図を示す。
3-1. X-direction and Y-direction differentiation

First, FIGS. 6 and 7 show a sensor output image obtained based on the detection result of the image sensor 6 and an image after up-conversion by the up-conversion unit 21. FIG.
The sensor output image shown in FIG. 6 shows an image after processing by the LPF 20.
6 and FIG. 7 and the subsequent figures that deal with images, it is difficult to grasp the detailed state of the whole image, so that the positions are common and only a part thereof is enlarged.

先ず、前提として、本実施の形態の場合、図6に示すセンサ出力画像の画像サイズは、1024×1024ピクセルであるとする。先にも述べたように、この場合のオーバーサンプリングレートは2×2であるため、SLM3の画素1個に対し、イメージセンサ6の画素(SLMのデータピクセルに対し「ディテクターピクセル」とも呼ぶ)が2×2個の割合で対応することとなる。すなわち、SLM3の1画素分の像がイメージセンサ6上の4画素分で受光されるものである。
なお、この割合はほぼ一定と考えてよいが、位置合せの状態(位相)はさまざまに変化し、画像内でも変動する。また、ほぼ一定ではあるものの、オーバーサンプリングレートも変化するし、画像内での変動もあると考えるべきである。また、センサ出力画像には種々の変動・歪み・劣化が含まれることになる。
First, as a premise, in the case of the present embodiment, it is assumed that the image size of the sensor output image shown in FIG. 6 is 1024 × 1024 pixels. As described above, since the oversampling rate in this case is 2 × 2, the pixel of the image sensor 6 (also referred to as “detector pixel” for the data pixel of the SLM) has one pixel of the SLM 3. Corresponding at a rate of 2 × 2. That is, an image for one pixel of the SLM 3 is received by four pixels on the image sensor 6.
Although this ratio may be considered to be substantially constant, the alignment state (phase) changes variously and also varies within the image. Although it is almost constant, it should be considered that the oversampling rate also changes and there are fluctuations in the image. In addition, the sensor output image includes various fluctuations, distortions, and deterioration.

また、上記センサ出力画像の画像サイズとオーバーサンプリングレートからわかるように、この場合のSLM3の有効画素数は、512×512ピクセルであることを前提としている。   Further, as can be seen from the image size of the sensor output image and the oversampling rate, it is assumed that the number of effective pixels of the SLM 3 in this case is 512 × 512 pixels.

図6に示すセンサ出力画像と図7に示すアップコンバート後の画像とを比較すると、図7に示す画像の方が、図6に示す画像よりも解像度が増していることがわかる。この場合、アップコンバートのレートは2×2であることから、図7に示す画像の画像サイズは、図6に示す画像の1024×1024ピクセルの縦横それぞれ2倍となる2048×2048ピクセルとなる。
また、この2048×2048ピクセルによる画像サイズは、先に述べたSLM3の512×512ピクセルのサイズに対して縦横それぞれ4倍となっていることがわかる。これは、2×2のオーバーサンプリング後に2×2のアップコンバートが行われたことで、総合的に4×4へのアップコンバートが行われた結果である。
Comparing the sensor output image shown in FIG. 6 with the image after up-conversion shown in FIG. 7, it can be seen that the resolution shown in FIG. 7 is higher than the image shown in FIG. In this case, since the up-conversion rate is 2 × 2, the image size of the image shown in FIG. 7 is 2048 × 2048 pixels, which is twice as long as 1024 × 1024 pixels of the image shown in FIG.
In addition, it can be seen that the image size of 2048 × 2048 pixels is four times as long as the size of 512 × 512 pixels of SLM3 described above. This is a result of the overall up-conversion to 4 × 4 by performing 2 × 2 up-conversion after 2 × 2 oversampling.

本実施の形態では、図7に示すアップコンバート後の2次元信号(画像)を処理して、画像中に含まれるX方向のクロックとY方向のクロックを抽出し、それら抽出したクロックに基づき、リサンプリング位置の特定を行う。すなわち、画像中におけるSLM3の各ピクセル単位での位置を特定する。   In this embodiment, the up-converted two-dimensional signal (image) shown in FIG. 7 is processed to extract the X-direction clock and the Y-direction clock included in the image, and based on these extracted clocks, Specify the resampling position. That is, the position of each pixel of the SLM 3 in the image is specified.

そのために、先ずはアップコンバート後の2次元信号に対し、X方向の微分処理とY方向の微分処理をそれぞれ施す。
図8は、この場合の微分処理で用いる画像処理マスクを示している。図8(a)はX方向微分で用いるX方向微分マスクを、図8(b)はY方向微分で用いるY方向微分マスクを示している。
図示するようにして、これらのマスクとしては、中心位置を原点とする2次元インパルス応答であって、これを画像に対して畳み込むことにより、それぞれX方向およびY方向の微分処理が行われることになる。
なお、画像処理マスクという呼び方のほかに、オペレータと言う場合もあることは周知である。また、これらのマスクとしては、後述もする画像処理におけるSobelのオペレータを構成するX方向微分とY方向微分であって、微分処理においてよく使われるものである。
For this purpose, first, an X-direction differentiation process and a Y-direction differentiation process are performed on the two-dimensional signal after up-conversion.
FIG. 8 shows an image processing mask used in the differentiation process in this case. FIG. 8A shows an X-direction differentiation mask used for X-direction differentiation, and FIG. 8B shows a Y-direction differentiation mask used for Y-direction differentiation.
As shown in the figure, these masks have a two-dimensional impulse response with the center position as the origin, and are subjected to differential processing in the X direction and Y direction by convolution with the image, respectively. Become.
It is well known that an operator may be called in addition to an image processing mask. Further, these masks are X-direction differentiation and Y-direction differentiation constituting a Sobel operator in image processing, which will be described later, and are often used in differentiation processing.

具体的に、これらマスクのサイズとしては、3×3の計9画素分のサイズであり、X方向微分マスクのパターンとしては、X方向へのライン(行)を上段から順に「−1、0、+1」「−2、0、+2」「−1、0、+1」としたパターンとなる。また、Y方向微分マスクのパターンは、Y方向へのライン(列)を左側から順に「−1、0、+1」「−2、0、+2」「−1、0、+1」としたパターンとなる。   Specifically, the size of these masks is a size of a total of 9 pixels of 3 × 3, and the pattern of the X direction differential mask is “−1, 0 in the order of lines (rows) in the X direction from the top. , +1 ”,“ −2, 0, +2 ”,“ −1, 0, +1 ”. The Y-direction differential mask pattern is a pattern in which lines (columns) in the Y direction are set to “−1, 0, +1”, “−2, 0, +2”, “−1, 0, +1” in order from the left side. Become.

これらマスクを用いた微分処理として、本例ではX方向微分マスクを用いたX方向微分と、Y方向微分マスクを用いたY方向微分とをそれぞれ独立して行う。すなわち、アップコンバート後の2次元画像信号を2系統に分配し、一方にはX方向微分マスクによる畳み込みを行い、他方にはY方向微分マスクによる畳み込みを行う。すなわち、この場合の微分処理の結果としては、X方向微分された2次元画像信号とY方向微分された2次元画像信号との2系統が得られることになる。   As differentiation processing using these masks, in this example, X-direction differentiation using an X-direction differentiation mask and Y-direction differentiation using a Y-direction differentiation mask are performed independently. That is, the two-dimensional image signal after up-conversion is distributed to two systems, one of which is convolved with an X-direction differential mask and the other is convolved with a Y-direction differential mask. That is, as a result of the differentiation process in this case, two systems of a two-dimensional image signal differentiated in the X direction and a two-dimensional image signal differentiated in the Y direction are obtained.

微分処理の具体的な内容としては、アップコンバート後の2次元画像信号について、対象とする1画素にマスクの中心を合わせた上で、上記対象とする画素とその周囲の各画素の値に対しマスクの対応する位置の値をそれぞれ乗算する。その結果得られる計9つの値を合算し、その結果を上記対象とする画素での微分処理結果とする。この処理を、アップコンバート後の2次元画像信号の各画素に対して行う。   As specific contents of the differentiation processing, with respect to the two-dimensional image signal after up-conversion, the center of the mask is aligned with the target pixel, and then the value of the target pixel and the surrounding pixels are calculated. Multiply each value by the corresponding position in the mask. A total of nine values obtained as a result are added up, and the result is set as a differential processing result in the target pixel. This process is performed on each pixel of the two-dimensional image signal after up-conversion.

このような微分処理が行われた結果得られる画像としては、アップコンバート後の画像(つまり元の画像)において振幅値の変化(つまり輝度の勾配)が大きい部分ほど振幅の絶対値が大きくなる画像が得られる。換言すれば、このようにして得られる微分処理後の画像としては、その絶対値が大きい部分ほど輝度の勾配が大きいことを示すものとなる。
このように輝度の勾配が大きい部分をエッジという。クロック抽出にはこのエッジの成分が重要な情報源となる。
As an image obtained as a result of such differentiation processing, an image in which the absolute value of the amplitude increases as the change in the amplitude value (that is, the luminance gradient) increases in the image after up-conversion (that is, the original image). Is obtained. In other words, the differential image obtained in this way indicates that the portion having a larger absolute value has a larger luminance gradient.
Such a portion with a large luminance gradient is called an edge. This edge component is an important information source for clock extraction.

なお、図8に示した各マスクは平滑化の効果を含むので、他のフィルタ処理との兼ね合いを考慮しなければならない。また、ここで挙げたものの他に微分の効果をもつマスクは多数あり、適宜選択して使用することができる。
また、ここで挙げたマスクは、3×3サイズの奇数×奇数であり、畳み込んだ後も注目する画素の位置(位相)がずれないものとなっている。この点、別途に位置合せを考慮する必要がなく好ましい。
Since each mask shown in FIG. 8 includes a smoothing effect, it is necessary to consider the balance with other filter processing. In addition to those listed here, there are a number of masks having a differential effect, which can be appropriately selected and used.
Further, the masks mentioned here are odd number × odd number of 3 × 3 size, and the position (phase) of the pixel of interest is not shifted after convolution. This is preferable because it is not necessary to consider alignment separately.

3−2.非線形処理

上記の微分処理により、X方向微分の行われた2次元画像信号とY方向微分の行われた2次元画像信号とが得られる。
これらの2次元画像信号に対しては、さらに非線形処理を施す。この場合、非線形処理としては、絶対値をとる処理(絶対値処理)を行う。
3-2. Non-linear processing

By the above differentiation processing, a two-dimensional image signal subjected to X-direction differentiation and a two-dimensional image signal subjected to Y-direction differentiation are obtained.
These two-dimensional image signals are further subjected to nonlinear processing. In this case, as nonlinear processing, processing for obtaining an absolute value (absolute value processing) is performed.

図9、図10は、このような絶対値処理後に得られるタイミングパルス信号としての画像を示している。図9は、X方向微分後の2次元画像信号を絶対値処理して得られたX方向タイミングパルス信号を、図10はY方向微分後の2次元画像信号を絶対値処理して得られたY方向タイミングパルス信号を示している。
先ず、これらの図から判る通り、X方向タイミングパルス信号、Y方向タイミングパルス信号は2値信号ではなく、多値信号である(さらに言えば濃淡画像である)。なお、もちろん2値化してもよいのではあるが、本実施の形態では多値信号からクロック抽出を行うことにしている。その理由は、サンプリングレートが4×4と比較的少ないので、2値化せずに多値のままとしてエッジ信号の強度と波形を保持させることにより、その位相情報(タイミング情報)を良好に保持させるためである。後の処理でクロック信号がそれらにフィットするものとして適切に抽出される。
9 and 10 show images as timing pulse signals obtained after such absolute value processing. 9 shows an X-direction timing pulse signal obtained by performing absolute value processing on the two-dimensional image signal after X-direction differentiation, and FIG. 10 shows an absolute-value processing on the two-dimensional image signal after Y-direction differentiation. A Y-direction timing pulse signal is shown.
First, as can be seen from these drawings, the X-direction timing pulse signal and the Y-direction timing pulse signal are not binary signals but multi-value signals (more specifically, gray images). Of course, binarization may be used, but in this embodiment, clock extraction is performed from a multilevel signal. The reason is that the sampling rate is relatively low at 4x4, so that the phase information (timing information) is held well by keeping the intensity and waveform of the edge signal as multi-level without binarization. This is to make it happen. In later processing, clock signals are appropriately extracted as fitting them.

そして、図9と、先の図6、図7の画像とを比較して判るように、X方向微分・絶対値処理によっては、元の画像中のX方向に白から黒、黒から白へと輝度変化する箇所が抽出されるものとなる。すなわち、X方向のエッジ部分が抽出されるものである。
同様に、図10と先の図6、図7を比較すると、Y方向微分・絶対値処理によっては、元の画像中のY方向のエッジ部分が抽出されていることがわかる。
Then, as can be seen by comparing FIG. 9 with the previous images of FIG. 6 and FIG. 7, depending on the X-direction differentiation / absolute value processing, white to black and black to white in the X direction in the original image. And the location where the luminance changes is extracted. That is, the edge portion in the X direction is extracted.
Similarly, comparing FIG. 10 with the previous FIGS. 6 and 7, it can be seen that the Y-direction edge portion in the original image is extracted by the Y-direction differential / absolute value processing.

3−3.2次元のフーリエ変換処理

上記のようにしてX方向微分・絶対値処理で得られたX方向タイミングパルス信号と、Y方向微分・絶対値処理で得られたY方向タイミングパルス信号のそれぞれに対しては、個別に2次元のフーリエ変換処理を施してそれぞれの周波数解析を行う。この解析結果から、X方向のクロック成分とY方向のクロック成分とを抽出することができる。
3-3. Two-dimensional Fourier transform processing

For each of the X-direction timing pulse signal obtained by the X-direction differentiation / absolute value processing and the Y-direction timing pulse signal obtained by the Y-direction differentiation / absolute value processing as described above, two-dimensionally Each frequency analysis is performed by performing the Fourier transform processing. From this analysis result, a clock component in the X direction and a clock component in the Y direction can be extracted.

本実施の形態の場合、フーリエ変換としてはFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)を行う。周知のようにFFTは、DFT(Discrete Fourier Transform:離散的フーリエ変換)と同じ結果を高速に得るためのアルゴリズムである。   In the present embodiment, FFT (Fast Fourier Transform) is performed as the Fourier transform. As is well known, FFT is an algorithm for obtaining the same result as DFT (Discrete Fourier Transform) at high speed.

図11、図12は、X方向タイミングパルス信号の2次元FFTによる解析結果、Y方向タイミングパルス信号の2次元FFTによる解析結果を示している。
ここで、X方向タイミングパルス信号、Y方向タイミングパルス信号は、それぞれ画像サイズは2048×2048画素となっている。これを2次元FFTすると、それぞれ2048×2048のサイズの複素数配列になる。
先ず、以下では、この2次元FFTによる解析結果についての説明に先立ち、2次元FFTの概念について説明しておく。
11 and 12 show the analysis result of the X-direction timing pulse signal by the two-dimensional FFT and the analysis result of the Y-direction timing pulse signal by the two-dimensional FFT.
Here, the X-direction timing pulse signal and the Y-direction timing pulse signal each have an image size of 2048 × 2048 pixels. When this is two-dimensionally FFTed, it becomes a complex number array having a size of 2048 × 2048.
First, in the following, the concept of the two-dimensional FFT will be described prior to the description of the analysis result by the two-dimensional FFT.

<定義>
FFTとIFFT(Inverse FFT:逆高速フーリエ変換)の元となる、DFTとIDFT(Inverse DFT:逆離散的フーリエ変換)の定義は次の[式1][式2]に示す通りである。

上式において、MはX方向画像サイズ、NはY方向画像サイズである。ここでは両者とも2048画素である。
また、f(x、y)は2048×2048画素の画像を表す。右方向にx軸、下方向にy軸をとり、
x= 0, 1, …, 2047の整数、
y= 0, 1, …, 2047の整数
であり、各座標に濃淡値をもつ。
F(fx, fy)が2次元FFTの変換結果である。これは複素数となる。
fxとfyは周波数領域の変数であり、fxはX方向周波数、fyはY方向周波数で、
fx= 0, 1, …, 2047の整数、
fy= 0, 1, …, 2047の整数
である。
<Definition>
The definitions of DFT and IDFT (Inverse DFT: Inverse Discrete Fourier Transform), which are the basis of FFT and IFFT (Inverse FFT: Inverse Fast Fourier Transform), are as shown in [Formula 1] and [Formula 2] below.

In the above equation, M is the X direction image size, and N is the Y direction image size. Here, both are 2048 pixels.
F (x, y) represents an image of 2048 × 2048 pixels. Take the x-axis to the right and the y-axis to the bottom,
an integer x = 0, 1,…, 2047,
y is an integer of 0, 1, ..., 2047, and each coordinate has a gray value.
F (fx, fy) is the conversion result of the two-dimensional FFT. This is a complex number.
fx and fy are frequency domain variables, fx is the X direction frequency, fy is the Y direction frequency,
an integer of fx = 0, 1,…, 2047,
It is an integer of fy = 0, 1, ..., 2047.

<周波数>
基本的には、単位長あたりに正弦波が何サイクル入るかを定義とすべきであるが、ここでは、以後の説明を理解しやすくするために、与えられた画像サイズを単位長とする。X方向周波数を例に挙げれば、X方向に画像の横幅(M画素、即ち2048画素)分進んだときに正弦波の1サイクルが何個入っているか、がX方向周波数である。Y方向周波数も同様に、Y方向にN画素(2048画素)進んだときに何サイクル入っているかである。
<Frequency>
Basically, the number of cycles of the sine wave per unit length should be defined. Here, in order to facilitate understanding of the following description, a given image size is assumed to be a unit length. Taking the X direction frequency as an example, the number of one sine wave cycle when the image is advanced in the X direction by the horizontal width (M pixels, that is, 2048 pixels) is the X direction frequency. Similarly, the frequency in the Y direction is the number of cycles when N pixels (2048 pixels) advance in the Y direction.

<正と負の周波数>
fxとfyは、定義では上記の通り負でない整数であるが、その上位半分は、負の周波数成分と一致する。
[証明:式1にて、fx=−kおよびfx=M−k(kは整数)を代入してみれば、xが整数であることから、
F(−k, fy)= F(M−k, fy)
となって等しいことがわかる。]
負の周波数とみることにすると、周波数が原点対称となり理解しやすいし、後でパワースペクトルの俯瞰図をみるときも中央を周波数0とすることと合致するので、以後、上位半分は負の周波数と見なす。
そこで、
fx= 0, 1, …, 1023, 1024, …, 2046, 2047
は、その上位半分を、
fx= 0, 1, …, 1023, -1024, …, -2, -1
というふうに負の周波数とみなし、さらに上位半分を手前に移動して、
fx= -1024, …, -1, 0, +1, …, +1023
なる周波数の順序に変換して理解してもよい。
fyについても同様である。
よって、2048×2048ポイントの周波数解析結果は、実装上適切な配列のインデックス変換を行う等により、いつでも、
fx= -1024, …, -1, 0, +1, …, +1023
fy= -1024, …, -1, 0, +1, …, +1023
なる正と負の周波数の解析結果と理解するものとする。
なお、周波数 +1024は負の-1024とせずに+1024のままでもよいが、ここでは負とする。
<Positive and negative frequencies>
fx and fy are non-negative integers as defined above, but their upper half coincides with the negative frequency component.
[Proof: In Equation 1, if fx = −k and fx = M−k (k is an integer) are substituted, x is an integer.
F (−k, fy) = F (M−k, fy)
It turns out that it is equal. ]
Considering the negative frequency, it is easy to understand because the frequency is symmetrical with the origin, and when the bird's-eye view of the power spectrum is viewed later, it is consistent with the frequency being set to 0 at the center. Is considered.
Therefore,
fx = 0, 1,…, 1023, 1024,…, 2046, 2047
The upper half,
fx = 0, 1,…, 1023, -1024,…, -2, -1
As such, it is considered a negative frequency, and the upper half is moved to the front,
fx = -1024,…, -1, 0, +1,…, +1023
It may be understood by converting to an order of frequencies.
The same applies to fy.
Therefore, the frequency analysis result of 2048 × 2048 points can be obtained at any time by performing index conversion of an array suitable for implementation.
fx = -1024,…, -1, 0, +1,…, +1023
fy = -1024,…, -1, 0, +1,…, +1023
It shall be understood as the analysis result of positive and negative frequencies.
The frequency +1024 may be left as +1024 instead of negative -1024, but here it is assumed to be negative.

<F(fx, fy)の意味>
先の[式2]の通り、画像はさまざまな周波数成分に分解することができ、逆にその和として表される。その周波数成分とは、[式2]のΣ内部の各項であって、次の[式3]で表される。

ここでexponential部分はX方向周波数=fx, Y方向周波数=fyなる平面波である。
F(fx, fy)は上記平面波の強度と位相を与える。
<Meaning of F (fx, fy)>
As in [Formula 2] above, the image can be decomposed into various frequency components, and conversely, it is expressed as the sum thereof. The frequency component is each term in Σ of [Expression 2], and is expressed by the following [Expression 3].

Here, the exponential portion is a plane wave with X-direction frequency = fx and Y-direction frequency = fy.
F (fx, fy) gives the intensity and phase of the plane wave.

<複素共役成分>
先の[式3]は複素数であるが、ここでは実数値である濃淡画像を周波数解析するので、原点対象の負の周波数成分F(−fx, −fy)が必ずF(fx, fy)と複素共役となり、両者の和をとると虚数部分が消えて実数になる。よって、[式3]の複素数をそのまま周波数成分と考えていてよく、周波数も正のものだけに注目していればよい。周波数成分の個別な波形が実際に必要なときに実部をとればよい。
<Complex conjugate component>
The previous [Equation 3] is a complex number, but here, since a grayscale image that is a real value is subjected to frequency analysis, the negative frequency component F (−fx, −fy) of the origin target is always F (fx, fy). It becomes a complex conjugate, and when the sum of the two is taken, the imaginary part disappears and becomes a real number. Therefore, the complex number in [Equation 3] may be considered as a frequency component as it is, and only the positive frequency needs to be noted. The real part may be taken when an individual waveform of the frequency component is actually required.

<平面波>
実際に実数で考えると次の[式4]に表される平面波となる。

ここで A=|F(fx, fy)|であり、θはF(fx,fy) の偏角である。Aは、F(fx, fy)の複素共役成分も含めれば2倍にすべきであるが、本実施の形態では振幅の絶対値は問題にならないので無視する。
<Plane wave>
When actually considered as a real number, a plane wave represented by the following [Expression 4] is obtained.

Here, A = | F (fx, fy) |, and θ is an argument of F (fx, fy). A should be doubled if the complex conjugate component of F (fx, fy) is included, but in this embodiment, the absolute value of the amplitude is not a problem and is ignored.

<周期>
上記平面波の波面は直線でその法線方向はベクトル(fx/M, fy/N)の方向であり、周期Lは次の[式5]となる。

<Cycle>
The wavefront of the plane wave is a straight line, the normal direction of which is the direction of the vector (fx / M, fy / N), and the period L is expressed by the following [Equation 5].

<周波数解析>
このように2次元FFTを用いて周波数解析を行って、[式1]に従い、与えられた濃淡画像をさまざまな周波数(fx, fy)の平面波であるところの成分に分解して、その構成の内訳を知ることができる。そして、[式2]の通り、すべての成分の和をとれば、元の画像が復元する。
<Frequency analysis>
In this way, frequency analysis is performed using a two-dimensional FFT, and a given grayscale image is decomposed into components that are plane waves of various frequencies (fx, fy) according to [Equation 1] You can know the breakdown. Then, as shown in [Formula 2], if the sum of all components is taken, the original image is restored.

説明を図11、図12に戻す。
図11では、図9に示したX方向タイミングパルス信号を2次元FFTして得られる各周波数成分の強度(F(fx, fy)の2乗)を俯瞰図で示している。また、図12では、図10に示したY方向タイミングパルス信号を2次元FFTして得られる各周波数成分の強度を同様に俯瞰図で示している。
これらの図に示されるように、2次元FFTの解析結果では、周波数軸はfxとfyの2軸であり、原点は両軸の交点となる。また、fxとfyはそれぞれ正と負の周波数をもつことになる。
なお、2次元FFTの結果は2048×2048ポイントであるが、そのままでは情報が多すぎて意味不明な図になってしまうため、図11、図12では解像度を1/32に落として示している。当然のことながら、本来の内部処理では解像度は落とす必要はない。
また、ここでは図示の都合上、強度のみをパワースペクトルとして示し、複素数としてのF(fx, fy)のもつ位相情報は示していないが、内部処理としては複素数として扱っていて位相情報も欠落せずに取り扱われていることを注意しておく。
Returning to FIG. 11 and FIG.
FIG. 11 is an overhead view showing the intensity of each frequency component (the square of F (fx, fy)) obtained by two-dimensional FFT of the X direction timing pulse signal shown in FIG. In FIG. 12, the intensity of each frequency component obtained by two-dimensional FFT of the Y direction timing pulse signal shown in FIG. 10 is similarly shown in an overhead view.
As shown in these drawings, in the analysis result of the two-dimensional FFT, the frequency axis is two axes of fx and fy, and the origin is the intersection of both axes. Further, fx and fy have positive and negative frequencies, respectively.
Note that the result of the two-dimensional FFT is 2048 × 2048 points. However, since there is too much information if it is left as it is, it becomes an unclear figure, and in FIGS. 11 and 12, the resolution is reduced to 1/32. . As a matter of course, it is not necessary to reduce the resolution in the original internal processing.
Further, here, for convenience of illustration, only the intensity is shown as a power spectrum, and the phase information of F (fx, fy) as a complex number is not shown, but it is handled as a complex number as internal processing, and the phase information is also missing. Note that it is handled without

図11の場合は、fx=512、fy=0なる周波数とその原点対称の位置に大きなピークが立っている。このfx=512、fy=0なるピーク部分が、X方向におけるクロック信号の成分である。この周波数に相当する平面波の周期は、先の[式5]により求められる。M=N=2048であるので、周期LはL=4となる。これは、この場合のオーバーサンプリング・アップコンバートのレートの4×4に由来するものである。また、この平面波の波面の方線方向は、(512, 0)よりY成分は「0」であることから、X軸に一致する。
これは理にかなうことである。そもそも2次元FFT処理に対する入力画像である図9の画像は、X方向のエッジ成分を多数含む。そして、そのX方向エッジのX方向の基本間隔は4であって、多数の任意のエッジ間距離は短いものから長いものまであるにせよ、この基本間隔4の倍数となっている。なぜなら、オーバーサンプリング・アップコンバートによる総合的な倍率が4倍であり、エッジの発生する位置は、SLM3のデータピクセルの境界(つまりデータピクセル単位の区切り)となるからである。このような際立った特徴が、図11の解析においてfx=512, fy=0でのピークを生み出している。
In the case of FIG. 11, a large peak stands at a frequency of fx = 512, fy = 0 and a position symmetrical to the origin. The peak portions of fx = 512 and fy = 0 are clock signal components in the X direction. The period of the plane wave corresponding to this frequency is obtained by the above [Equation 5]. Since M = N = 2048, the period L is L = 4. This is derived from the oversampling / up-conversion rate 4 × 4 in this case. Also, the direction of the plane of the wave of this plane wave coincides with the X axis because the Y component is “0” from (512, 0).
This makes sense. In the first place, the image of FIG. 9 which is an input image for the two-dimensional FFT processing includes a large number of edge components in the X direction. The basic interval in the X direction of the X direction edge is 4, and the distance between many arbitrary edges is a multiple of the basic interval 4 even if the distance is short to long. This is because the total magnification by oversampling and up-conversion is 4 times, and the position where the edge is generated becomes the boundary of the data pixels of the SLM 3 (that is, the separation in units of data pixels). Such outstanding features produce peaks at fx = 512, fy = 0 in the analysis of FIG.

ここで、解析された全ての周波数成分の和のIFFTをとれば、元の図9のX方向タイミングパルス信号に戻り、成分を限定すればその成分の波形が得られる。
もし仮に、ピーク部分の中心成分のみをIFFTすれば、X方向タイミングパルス信号であるX方向エッジ信号の中心成分の波形に対応したクロック信号としての平面波を得ることができる。つまり、それぞれのエッジは画像内でまばらに発生しているが、その中心成分は、周期が4で、位相もエッジの発生位置に同期した、単一の平面波による波形が抽出されるものである。
また、ピーク部分の中心成分と共にその周辺の周波数成分をIFFTすれば、X方向エッジ信号の主要な成分の波形に応じたクロック信号としての平面波が得られる。このようにピークを与えるひとつの周波数成分だけではなく、その周辺の周波数成分も含めてIFFTした場合は、単一平面波ではなくそれに近い平面波が得られることになる。周辺の周波数成分は側波帯成分であって、単一平面波の振幅と位相にわずかに変動を与えるものであり、その変動はいわば、画像内でのジッターを反映したものとなる。従って、この側波帯を含めてIFFTすることで、画像の各種変動(拡大/縮小、回転、歪み)をより忠実に反映したクロック信号を得ることができる。
Here, if the IFFT of the sum of all the analyzed frequency components is taken, it returns to the original X-direction timing pulse signal of FIG. 9, and if the components are limited, the waveform of that component is obtained.
If only the center component of the peak portion is IFFT, a plane wave as a clock signal corresponding to the waveform of the center component of the X direction edge signal, which is an X direction timing pulse signal, can be obtained. In other words, each edge is sparsely generated in the image, but the center component is a waveform having a period of 4 and the phase is synchronized with the position where the edge is generated. .
Further, if IFFT is performed on the center component of the peak portion and its peripheral frequency components, a plane wave as a clock signal corresponding to the waveform of the main component of the X direction edge signal can be obtained. When IFFT is performed including not only one frequency component giving a peak but also surrounding frequency components, a plane wave close to that is obtained instead of a single plane wave. The peripheral frequency component is a sideband component, and slightly changes the amplitude and phase of a single plane wave, and the change reflects jitter in the image. Therefore, by performing IFFT including this sideband, it is possible to obtain a clock signal that more accurately reflects various fluctuations (enlargement / reduction, rotation, distortion) of the image.

なお、上記説明では、オーバーサンプリング・アップコンバートの総合的な倍率が4倍であり、周期Lが4、X方向クロック信号成分がfx=512, fy=0である、というようにきれいな数値で説明したが、これは設計値であって、現実にはこの値から変動する。すなわち、この変動に追従するクロック信号を生成するのが本来の目的である。   In the above description, the overall magnification of oversampling / up-conversion is 4 times, the period L is 4, the X-direction clock signal component is fx = 512, fy = 0, and so on. However, this is a design value and actually varies from this value. That is, the original purpose is to generate a clock signal that follows this variation.

また、図12のY方向タイミングパルス信号についての解析結果は、図11の場合と比較してX方向がY方向に入れ替わった以外は同様となる。すなわち、パワースペクトルのピーク部分はfx=0, fy=512を中心として生じる。このピークの成分が、Y方向におけるクロック信号の成分となる。
Further, the analysis result for the Y-direction timing pulse signal in FIG. 12 is the same as that in FIG. 11 except that the X direction is replaced with the Y direction. That is, the peak portion of the power spectrum is generated with fx = 0 and fy = 512 as the center. This peak component becomes a clock signal component in the Y direction.

3−4.クロック信号成分の抽出

<クロック信号成分の探索範囲>
上記のようにして2次元FFTによる解析結果からピーク部分を探索する際には、予め所定の探索範囲を定めておくものとしている。
具体的に、このような探索範囲としては、図11に示したX方向の2次元FFTの解析結果ではfx=512,fy=0の点を中心とした所定範囲とし、また図12に示したY方向の2次元FFTの解析結果ではfx=0,fy=512の点を中心とした所定範囲を設定する。
3-4. Extraction of clock signal components

<Search range of clock signal component>
When searching for the peak portion from the analysis result by the two-dimensional FFT as described above, a predetermined search range is determined in advance.
Specifically, such a search range is a predetermined range centered at a point of fx = 512, fy = 0 in the analysis result of the two-dimensional FFT in the X direction shown in FIG. 11, and also shown in FIG. In the analysis result of the two-dimensional FFT in the Y direction, a predetermined range centered on a point of fx = 0 and fy = 512 is set.

ここで、確認のために述べておくと、ホログラム記録再生では、イメージセンサ6上の何画素分でSLM3の1ピクセル分の像を受光するかが定まっており、且つ信号光を生成するSLM3の有効画素数が判明しているので、イメージセンサ6のX方向/Y方向の端から端までにSLM3のピクセルが何個分入るかが予めわかっている。このため、その情報から周波数解析結果においてピーク部分が現れる位置を或る程度推定することができる。具体的に言うと、ホログラム記録再生では、基本的にイメージセンサ6の全有効画素の範囲とSLM3の全有効画素の範囲とが一致するように光学系が設計されていることから、理想的には、イメージセンサ6上のX方向/Y方向でそれぞれデータピクセルが512個分入ることが予め判っている。つまり、X方向の解析結果ではfx=512,fy=0の点が理想的なピーク位置となり、Y方向の解析結果ではfx=0,fy=512が理想的なピーク位置となる。
但し実際には、再生像に拡大/縮小や回転、歪みなどの変動が生じることになるので、これに応じてピーク位置は上記の理想点を基準としてそこからずれた位置に現れることになる。この際、ピーク位置の原点からの距離はクロック信号の周波数であり、また、原点を基準とするピーク位置の方向は、クロック信号としての平面波の法線方向に一致する。例えば典型的な例として、再生画像が拡大/縮小した場合には、クロック信号の周波数は低下/上昇し、原点からピーク位置までの距離は減少/増大する。また、再生画像が回転した場合、クロック信号としての平面波の法線方向もそれと同一の角度だけ回転し、ピーク位置が軸外へずれることになる。
なお、図11、図12で示した結果は、変動のないきれいな画像を前提としたので、それぞれfx=512,fy=0とfx=0,fy=512の理想的な位置にピークが存在していることが示されている。
Here, for confirmation, in hologram recording / reproduction, it is determined how many pixels on the image sensor 6 will receive an image of one pixel of the SLM 3, and the SLM 3 that generates signal light is determined. Since the number of effective pixels is known, it is known in advance how many pixels of the SLM 3 enter from the end of the image sensor 6 in the X direction / Y direction. For this reason, the position where the peak portion appears in the frequency analysis result can be estimated to some extent from the information. Specifically, in the hologram recording / reproduction, the optical system is basically designed so that the range of all effective pixels of the image sensor 6 and the range of all effective pixels of the SLM 3 are matched. Is previously known to contain 512 data pixels in the X direction / Y direction on the image sensor 6. That is, in the analysis result in the X direction, the point of fx = 512, fy = 0 is an ideal peak position, and in the analysis result in the Y direction, fx = 0, fy = 512 is the ideal peak position.
However, in practice, fluctuations such as enlargement / reduction, rotation, and distortion occur in the reproduced image, and accordingly, the peak position appears at a position deviated from the ideal point as a reference. At this time, the distance from the origin of the peak position is the frequency of the clock signal, and the direction of the peak position with respect to the origin coincides with the normal direction of the plane wave as the clock signal. For example, as a typical example, when the reproduced image is enlarged / reduced, the frequency of the clock signal decreases / increases, and the distance from the origin to the peak position decreases / increases. When the reproduced image is rotated, the normal direction of the plane wave as the clock signal is also rotated by the same angle, and the peak position is shifted off-axis.
Note that the results shown in FIGS. 11 and 12 are based on the premise of a clean image with no fluctuations, and therefore there are peaks at ideal positions of fx = 512, fy = 0 and fx = 0, fy = 512, respectively. It is shown that.

これらを勘案して、本例では上述のようにしてX方向タイミングパルス信号の解析結果についてはfx=512,fy=0を基準とした所定範囲内をピークの探索範囲とし、またY方向タイミングパルス信号の解析結果についてはfx=0,fy=512を基準とした所定範囲をピークの探索範囲として、それぞれピーク部分の探索を行うものとしている。   In consideration of these, in this example, as described above, the analysis result of the X-direction timing pulse signal is set to a peak search range based on fx = 512, fy = 0, and the Y-direction timing pulse With regard to the signal analysis results, the peak range is searched for using a predetermined range based on fx = 0 and fy = 512 as a peak search range.

なお、このような探索範囲のサイズの設定にはトレードオフがある。例えば探索範囲が狭過ぎれば、再生像の変動への対応範囲が狭まる傾向となるが、ピーク探索の誤りを少なくする傾向とできる。逆に広過ぎれば、対応範囲は広がる傾向とできるが、誤ったピークを検出してしまう危険性が高まる。
これらに鑑み本例では、各基準点を中心とした再生画像範囲の±10%程度の矩形領域を探索範囲としている。基準点の値はそれぞれfx=512、fy=512であるので、その10%はおよそ50(512×0.1)であり、従ってこの場合は101(50+1+50)×101(50+1+50)の矩形領域を探索範囲として設定している。
なお、探索範囲のサイズは上記サイズに限定されず任意に設定できる。また探索範囲の形状は矩形に限定されるものではなく、例えば円形などの他の形状とすることもできる。
There is a trade-off in setting the search range size. For example, if the search range is too narrow, the range corresponding to fluctuations in the reproduced image tends to be narrowed, but the peak search error can be reduced. On the other hand, if it is too wide, the corresponding range may tend to widen, but the risk of detecting an erroneous peak increases.
In view of these, in this example, a rectangular area of about ± 10% of the reproduction image range centered on each reference point is set as the search range. Since the reference point values are fx = 512 and fy = 512, 10% of them are approximately 50 (512 × 0.1). Therefore, in this case, a rectangular area of 101 (50 + 1 + 50) × 101 (50 + 1 + 50) is defined. It is set as a search range.
The size of the search range is not limited to the above size and can be set arbitrarily. The shape of the search range is not limited to a rectangle, and may be another shape such as a circle.

<Xクロック信号成分、Yクロック信号成分の抽出>
上記の探索の結果、X方向の解析結果とY方向の探索結果とからそれぞれのピーク部分が検出される。続いては、検出されたピーク部分の中心成分とその周囲の成分と合わせて、X方向、Y方向の各クロック信号成分を抽出する。
なお、このように検出されたピーク部分の中心成分とその周囲の成分と合わせたものを、本実施の形態ではそれぞれ「Xクロック信号成分」「Yクロック信号成分」と呼ぶ。
<Extraction of X clock signal component and Y clock signal component>
As a result of the above search, each peak portion is detected from the analysis result in the X direction and the search result in the Y direction. Subsequently, the clock signal components in the X direction and the Y direction are extracted together with the center component of the detected peak portion and the surrounding components.
In this embodiment, the combination of the center component of the peak portion detected in this way and the surrounding components is referred to as an “X clock signal component” and a “Y clock signal component”, respectively.

図13、図14は、それぞれXクロック信号成分の抽出結果、Yクロック信号成分の抽出結果を示している。
これらの図に示されるように、探索により検出されたピーク部分については、その中心を基準として例えば11×11のサイズの矩形領域を抽出する。これは、側波帯サイズを5とし、中心の1点を基準としてプラス側とマイナス側を合わせた2×5+1=11の領域を設定したものである。
13 and 14 show the extraction result of the X clock signal component and the extraction result of the Y clock signal component, respectively.
As shown in these figures, for the peak portion detected by the search, a rectangular region having a size of, for example, 11 × 11 is extracted with the center as a reference. In this case, an area of 2 × 5 + 1 = 11 is set, in which the sideband size is 5, and the plus side and the minus side are combined with one central point as a reference.

なお、このような抽出領域の形状についても矩形でなくて円形などの他の形状とできる。 また、この抽出領域のサイズについてもトレードオフがあり、システム設計に対応して適切に決定すればよい。すなわち、サイズが小であると、画像内での位置ばらつきに対応しにくくなるが、ノイズに乱されない効果が高まる。またサイズが大であれば、位置ばらつきによく対応することになるが、逆にノイズに対しても反応してしまい乱される可能性が高くなる。
Note that the shape of such an extraction region is not rectangular but can be other shapes such as a circle. Further, there is a trade-off with respect to the size of the extraction region, and it may be determined appropriately according to the system design. That is, if the size is small, it becomes difficult to cope with the positional variation in the image, but the effect of not being disturbed by noise is enhanced. Also, if the size is large, it will cope well with positional variations, but conversely it will react to noise and be more likely to be disturbed.

3−5.位相シフト処理

<jωxの乗算、 jωyの乗算>
後述もするが、上記のようにして抽出したXクロック信号成分とYクロック信号成分とについては、それぞれをIFFTして実画像に変換してXクロック信号とYクロック信号を得るという処理を行う。しかしながら、抽出した各クロック信号成分をそのままIFFTした結果得られる各クロック信号では、振幅のピーク部分でエッジタイミングが表されるものとなってしまうので、後に行われるべきエッジタイミングのサンプリング時に扱いにくいものとなってしまう。そのため、より扱い易いゼロクロスのタイミングでエッジタイミングが得られるように、位相シフト処理、具体的には微分処理を行うものとしている。
3-5. Phase shift processing

<Jω x multiplication, jω y multiplication>
As will be described later, the X clock signal component and the Y clock signal component extracted as described above are processed by IFFT to convert them into real images to obtain an X clock signal and a Y clock signal. However, in each clock signal obtained as a result of IFFT of each extracted clock signal component as it is, the edge timing is represented by the peak portion of the amplitude, so that it is difficult to handle when sampling the edge timing to be performed later End up. For this reason, phase shift processing, specifically differential processing is performed so that the edge timing can be obtained at a zero-cross timing that is easier to handle.

図15は、位相シフト処理について説明するための図として、センサ出力画像、X方向タイミングパルス信号、及びX方向微分前のX方向クロック信号、微分後のX方向クロック信号の各波形を示している。なお、2次元そのままの状態ではわかりづらいものとなるので、図15では各信号の波形を切断して1次元信号として示している。すなわち、図中の各信号の波形は、2次元画像(信号)をY軸に垂直な面で切断した断面の波形を示し、横軸はX軸、縦軸は濃淡値(振幅値)を表している。
なお、この図15ではX方向のみについて示しているが、Y方向についても同様に考えればよい。
FIG. 15 is a diagram for explaining the phase shift processing, and shows respective waveforms of the sensor output image, the X-direction timing pulse signal, the X-direction clock signal before the X-direction differentiation, and the X-direction clock signal after the differentiation. . Since it is difficult to understand in the two-dimensional state as it is, in FIG. 15, the waveform of each signal is cut and shown as a one-dimensional signal. That is, the waveform of each signal in the figure shows a waveform of a cross section obtained by cutting a two-dimensional image (signal) along a plane perpendicular to the Y axis, the horizontal axis represents the X axis, and the vertical axis represents the gray value (amplitude value). ing.
Although FIG. 15 shows only the X direction, the same applies to the Y direction.

先ず、先の説明から理解されるように、X方向タイミングパルス信号としては、図示するようにしてセンサ出力画像の輝度勾配が高い部分でそのピークが得られるような波形となる。
そして、このようなX方向タイミングパルス信号を2次元FFTしてクロック信号成分を抽出し、IFFTすると、図中のX方向微分前のXクロック信号として示すようなcosine波が再生されることになる。
First, as understood from the above description, the X-direction timing pulse signal has a waveform such that the peak is obtained at a portion where the luminance gradient of the sensor output image is high as shown in the figure.
Then, when such an X-direction timing pulse signal is subjected to two-dimensional FFT to extract a clock signal component and IFFT, a cosine wave as shown as an X-clock signal before X-direction differentiation in the figure is reproduced. .

このとき、理想サンプル位置は、データピクセルの中心であって、図中の縦の実線の位置となる。図示するようにして、X方向微分前のクロック信号波形では、その位置は負のピーク位置となってしまっている。
以降の処理で、この負のピーク位置が検出できればよいのであるが、検出の容易さからすると、ゼロクロス位置での検出ができた方が好ましい。そこで、このcosine波を微分して位相をシフトさせる。
At this time, the ideal sample position is the center of the data pixel and the position of the vertical solid line in the figure. As shown in the figure, the position of the clock signal waveform before differentiation in the X direction is a negative peak position.
It is only necessary that the negative peak position can be detected in the subsequent processing. However, from the viewpoint of ease of detection, it is preferable that the detection at the zero-cross position is possible. Therefore, the cosine wave is differentiated to shift the phase.

ここで、このような微分処理としては、実画像領域(つまりIFFT後)において行うこともできるが、ここでは演算の容易さを鑑み、周波数領域で微分と等価な処理を行うことにする。
周波数領域での微分は、虚数jωを乗算することと等しい。よって、前段にて求まった、周波数領域でのクロック信号成分にjωを乗算する。抽出したクロック信号成分内の各成分の周波数に応じて、jωを乗算する。
微分する方向はクロック信号成分により変わり、Xクロック信号成分についてはX方向に、Yクロック信号成分についてはY方向に微分する。従って、それぞれX方向角周波数jωx、Y方向角周波数jωyを乗算する。
Here, such differentiation processing can be performed in the real image region (that is, after IFFT), but here, in consideration of the ease of calculation, processing equivalent to differentiation is performed in the frequency region.
Differentiation in the frequency domain is equivalent to multiplying by an imaginary number jω. Therefore, the clock signal component in the frequency domain obtained in the previous stage is multiplied by jω. Multiply jω in accordance with the frequency of each component in the extracted clock signal component.
The direction of differentiation varies depending on the clock signal component. The X clock signal component is differentiated in the X direction, and the Y clock signal component is differentiated in the Y direction. Accordingly, the X-direction angular frequency jω x and the Y-direction angular frequency jω y are multiplied.

このようなjωの乗算を周波数領域にて抽出したクロック信号成分に対して行っておくことで、例えば図15に示す微分後のXクロック信号の波形のように、IFFT後に得られるクロック信号の位相を、ゼロクロス位置(正のゼロクロス位置:負→正)が最適なサンプル位置となるようにシフトさせることができる。
By performing such multiplication of jω on the clock signal component extracted in the frequency domain, the phase of the clock signal obtained after IFFT, for example, the waveform of the differentiated X clock signal shown in FIG. Can be shifted so that the zero cross position (positive zero cross position: negative → positive) is the optimum sample position.

3−6.逆フーリエ変換処理

<Xクロック信号、Yクロック信号>
本実施の形態の場合、上述のようにして2次元フーリエ変換による解析結果からピーク探索して得られた周波数領域でのクロック信号成分を逆フーリエ変換することで、実画像によるクロック信号を得るものとしている。
この場合、周波数解析はFFTにより行ったので、逆フーリエ変換処理としてはIFFTを行う。具体的な処理としては、上述のようにjωが乗算されたXクロック信号成分とYクロック信号成分とをそれぞれIFFTすることになる。
3-6. Inverse Fourier transform processing

<X clock signal, Y clock signal>
In the case of the present embodiment, a clock signal based on an actual image is obtained by performing inverse Fourier transform on the clock signal component in the frequency domain obtained by peak search from the analysis result by two-dimensional Fourier transform as described above. It is said.
In this case, since the frequency analysis is performed by FFT, IFFT is performed as the inverse Fourier transform process. As a specific process, the X clock signal component and the Y clock signal component multiplied by jω are IFFT respectively as described above.

図16、図17は、Xクロック信号成分をIFFTして得られる画像、Yクロック信号成分をIFFTして得られる画像をそれぞれ示している。この場合も信号レベルは濃淡で表し、黒→白にかけて値が大きいことを表す。
先の説明からも理解されるように、これらの画像は、それぞれセンサ出力画像中に含まれるエッジ位置と強度について、X方向とY方向における主要成分としての波の周期と位相と法線方向の情報を含む。本実施の形態では、このようにして2次元フーリエ変換による解析結果から抽出したピーク成分(Xクロック信号成分・Yクロック信号成分)について逆フーリエ変換して得られた画像のことを、それぞれXクロック信号、Yクロック信号と呼ぶ。
FIGS. 16 and 17 show an image obtained by IFFT of the X clock signal component and an image obtained by IFFT of the Y clock signal component, respectively. In this case as well, the signal level is expressed in shades, indicating that the value increases from black to white.
As can be understood from the above description, these images have the wave period, phase, and normal direction as the main components in the X and Y directions for the edge position and intensity included in the sensor output image, respectively. Contains information. In the present embodiment, the images obtained by performing the inverse Fourier transform on the peak components (X clock signal component / Y clock signal component) extracted from the analysis result by the two-dimensional Fourier transform in this way are respectively represented by the X clock. Signal, called Y clock signal.

そして、先の説明のように、周波数領域ではjωの乗算が行われているので、これらの画像における正のゼロクロス位置(黒→白)が、サンプルすべき位置を与えることになる。
すなわち、図16に示されるXクロック信号では、その正のゼロクロス位置がX方向においてのデータピクセル単位の区切り(各データピクセルの中心位置)を表す。同様に図17に示すYクロック信号としても、その正のゼロクロス位置がY方向におけるデータピクセル単位の区切りを表すものとなる。実際、先の図7(及び図6)に対して、これら図16、図17の画像をそれぞれ照らし合わせてみるとこのことが理解できる。
As described above, since multiplication of jω is performed in the frequency domain, a positive zero cross position (black → white) in these images gives a position to be sampled.
That is, in the X clock signal shown in FIG. 16, the positive zero-cross position represents a break (unit position of each data pixel) in units of data pixels in the X direction. Similarly, also in the Y clock signal shown in FIG. 17, the positive zero cross position represents a delimiter in units of data pixels in the Y direction. In fact, this can be understood by comparing the images in FIGS. 16 and 17 with respect to FIG. 7 (and FIG. 6).

このようにXクロック信号、Yクロック信号によれば、それらの正のゼロクロスのラインによって、それぞれ画像中におけるX方向でのデータピクセル単位のサンプル位置とY方向でのデータピクセル単位でのサンプル位置とを特定できる。換言すれば、Xクロック信号における正のゼロクロス線は、元の再生画像中のX方向におけるデータピクセル周期を表すライン(X方向周期ライン)となり、またYクロック信号における正のゼロクロス線は、元の再生画像中のY方向におけるデータピクセル周期を表すライン(Y方向周期ライン)となる。
そこで、後述するようにしてこれらXクロック信号とYクロック信号の正のゼロクロス線を抽出した上で、それらの交点を求めることで、リサンプリング位置の特定を行うことができる。
As described above, according to the X clock signal and the Y clock signal, the positive zero-crossing line indicates that the sample position in the data pixel unit in the X direction and the sample position in the data pixel unit in the Y direction in the image, respectively. Can be identified. In other words, the positive zero cross line in the X clock signal becomes a line (X direction periodic line) representing the data pixel period in the X direction in the original reproduced image, and the positive zero cross line in the Y clock signal is the original It becomes a line (Y direction periodic line) representing a data pixel period in the Y direction in the reproduced image.
Therefore, as described later, the positive sampling point of these X clock signal and Y clock signal is extracted, and the intersection point between them is obtained, whereby the resampling position can be specified.

<クロック信号を復元するときのX方向およびY方向の解像度>
ここで、ゼロクロス線を抽出する処理を行う上で、X方向とY方向の解像度とを異ならせる処理を行うものとしている。すなわち、図16、図17の画像をサーチしてゼロクロス位置を求めるのに先立ち、ゼロクロス位置をサーチする方向の解像度を高め、他の方向の解像度は低める処理を行っている。具体的には、Xクロック信号についてはX方向の解像度を高め、Y方向の解像度を低下させている。また、Yクロック信号についてはY方向の解像度を高め、X方向の解像度を低下させている。
解像度を高める目的は、ゼロクロス位置をサーチして決定する処理を、容易にかつ正確に行えるようにするためである。解像度を高めないとすると、オーバーサンプルレートが4×4であるから、クロック信号の基本周期は画像データ上で、設計標準値の4画素程度になる。つまり、クロック信号の1周期の波形が約4画素の濃淡値で表現されることになる。このような信号波形から正のゼロクロス位置を抽出することは、不可能ではないが、容易ではない。そこで、解像度を数倍にアップして、正確な結果を容易な処理で得られるようにする。
一方、ゼロクロス位置をサーチする方向ではない方向について解像度を低下させる目的は、前記の解像度の拡大に伴う計算量の増加を防止するためである。
このとき、他方の方向について解像度を低下させないとすると、オーバーサンプルレートが4×4であるから、当該方向において、1つのデータピクセルにつきゼロクロス位置情報が約4個の割合で算出されることになる。これは過剰であって、この数分の1としてもよい。当該方向について、データピクセルの周期よりも短い周期でゼロクロス位置を求めておかなければならないほどデータピクセルのサンプル位置が短い周期であるか、或いは急激に変動することは実際には発生せず、従って、ゼロクロス線はそのような変動を表現できる必要はないからである。
このため、本実施の形態では、クロック信号成分をIFFTして画像信号に変換する際には、ゼロクロス位置をサーチする方向の解像度を拡大させ、他の方向については解像度を低下させるものとしている。
具体的に本例の場合、Xクロック信号についてはX方向の解像度を4倍(2048×4=8192)に拡大し、Yクロック信号についてはY方向の解像度を4倍に拡大している。
そして、Xクロック信号については、Y方向の解像度を1/4(2048÷4=512)に低下させ、Yクロック信号についてはX方向の解像度を1/4に低下させる。
なお、このようにしてX方向とY方向とで解像度を異ならせてIFFTすることは非常に容易に実現できる。具体的に言うと、Xクロック信号について、X方向での解像度を上げるとした場合は、周波数領域でfx方向でのポイント数を高域側に伸ばして4倍にして、増えたところはゼロで埋める。また、Y方向での解像度を下げるにあたっては、周波数領域のfy方向でのポイント数を低域側の1/4にする。この結果は8192×512ポイントになるので、これをIFFTすることでXクロック信号を生成できる。
Yクロック信号についても同様の手法でポイント数を512×8192に調整した上で、これをIFFTすればよい。
<Resolution in X direction and Y direction when restoring clock signal>
Here, in performing the process of extracting the zero-cross line, the process of changing the resolution in the X direction and the Y direction is performed. That is, prior to searching the images of FIGS. 16 and 17 to obtain the zero cross position, the resolution in the direction of searching for the zero cross position is increased and the resolution in the other direction is decreased. Specifically, with respect to the X clock signal, the resolution in the X direction is increased and the resolution in the Y direction is decreased. For the Y clock signal, the resolution in the Y direction is increased and the resolution in the X direction is decreased.
The purpose of increasing the resolution is to enable easy and accurate processing for searching and determining the zero-cross position. If the resolution is not increased, since the oversample rate is 4 × 4, the basic period of the clock signal is about 4 pixels which is a design standard value on the image data. That is, the waveform of one cycle of the clock signal is expressed by a gray value of about 4 pixels. Extracting a positive zero-cross position from such a signal waveform is not impossible but not easy. Therefore, the resolution is increased several times so that an accurate result can be obtained by an easy process.
On the other hand, the purpose of reducing the resolution in the direction other than the direction in which the zero cross position is searched is to prevent an increase in the amount of calculation accompanying the increase in the resolution.
At this time, if the resolution is not reduced in the other direction, the oversample rate is 4 × 4. Therefore, in the direction, zero cross position information is calculated at a rate of about four per data pixel. . This is excessive and may be a fraction of this. In this direction, it does not actually occur that the sample position of the data pixel is short or fluctuates so much that the zero-cross position has to be determined with a period shorter than the period of the data pixel. This is because the zero-cross line need not be able to express such fluctuations.
For this reason, in this embodiment, when the clock signal component is converted into an image signal by IFFT, the resolution in the direction in which the zero cross position is searched is enlarged, and the resolution is lowered in the other directions.
Specifically, in the case of this example, the resolution in the X direction is expanded four times (2048 × 4 = 8192) for the X clock signal, and the resolution in the Y direction is expanded four times for the Y clock signal.
For the X clock signal, the resolution in the Y direction is reduced to ¼ (2048 ÷ 4 = 512), and for the Y clock signal, the resolution in the X direction is reduced to ¼.
It should be noted that IFFT with different resolutions in the X direction and the Y direction can be realized very easily. More specifically, when the resolution in the X direction is increased for the X clock signal, the number of points in the fx direction is increased to four times in the frequency domain, and the increase is zero. fill in. Further, when the resolution in the Y direction is lowered, the number of points in the fy direction of the frequency domain is set to 1/4 of the low frequency side. Since this result is 8192 × 512 points, an X clock signal can be generated by IFFT.
The Y clock signal may be IFFT after the number of points is adjusted to 512 × 8192 in the same manner.

このようにXクロック信号についてはX方向の解像度を上げ、Yクロック信号ではY方向の解像度を上げることで、それぞれX方向でのサンプル位置の検出精度、Y方向でのサンプル位置の検出精度を向上させることができる。
また、例えば、上記の具体例のように一方を4倍したことに対応させて他方を1/4に低下させれば、その処理負担は、解像度の拡大を行わない通常のIFFTを行う場合と同等に抑えることができる。
In this way, by increasing the resolution in the X direction for the X clock signal and increasing the resolution in the Y direction for the Y clock signal, the detection accuracy of the sample position in the X direction and the detection accuracy of the sample position in the Y direction are improved. Can be made.
In addition, for example, if one is reduced by a factor of 4 and the other is reduced to ¼ as in the above specific example, the processing burden is that when performing a normal IFFT without increasing the resolution. It can be suppressed equally.

なお、上記の解像度の拡大率から理解されるように、この場合、元の画像(512×512サイズ)に対するオーバーサンプルレートはX方向、Y方向で共に16倍とすることができる。つまり、元の画像におけるデータピクセル単位に対して16倍の解像度によりゼロクロス位置の検出を行うことができる。
In this case, as can be understood from the above-described resolution enlargement ratio, the oversample rate for the original image (512 × 512 size) can be 16 times in both the X direction and the Y direction. In other words, the zero cross position can be detected with a resolution 16 times the data pixel unit in the original image.

3−7.ゼロクロス線の抽出

上記のようなIFFTによってXクロック信号、Yクロック信号を得たうえで、それらから正のゼロクロス線の抽出を行う。
図18は、ゼロクロス線の抽出手法について説明するための図である。
先の解像度拡大処理により、Xクロック信号は、X方向の1行が8192個のサンプル値で形成され、このX方向の1行がY方向に512個で構成されることになる。同様に、Yクロック信号は、Y方向の1列が8192個のサンプル値で形成され、このY方向の1列がX方向に512個で構成されることになる。
図18(a)は、各行、各列のサンプル値を波形化して示している。つまり、Xクロック信号であれば、この図に示す波形の1つ1つがX方向の1行分のサンプル値を含むもとなり、これがY方向に512あることになる。またYクロック信号であれば、図の波形の1つ1つがY方向の1列分のサンプル値を含むものとなり、これがX方向に512あることになる。
3-7. Zero cross line extraction

After obtaining an X clock signal and a Y clock signal by IFFT as described above, a positive zero cross line is extracted from them.
FIG. 18 is a diagram for explaining a zero-cross line extraction method.
By the resolution enlargement process, the X clock signal is formed of 8192 sample values in one row in the X direction, and 512 rows in the Y direction are constituted by one row in the X direction. Similarly, in the Y clock signal, one column in the Y direction is formed by 8192 sample values, and one column in the Y direction is configured by 512 in the X direction.
FIG. 18A shows the sample values of each row and each column as a waveform. That is, in the case of an X clock signal, each of the waveforms shown in this figure includes a sample value for one row in the X direction, and there are 512 in the Y direction. In the case of a Y clock signal, each waveform in the figure includes sample values for one column in the Y direction, and there are 512 in the X direction.

正のゼロクロス線は、Xクロック信号についてはX方向の各行、Yクロック信号についてはY方向の各列の波形についてそれぞれ正のゼロクロス点を抽出した上で、それら各行、各列で得られたゼロクロス点を結んで形成されるものとして理解することができる。   The positive zero-cross line is obtained by extracting a positive zero-cross point for each row in the X direction for the X clock signal, and for each waveform in each column in the Y direction for the Y clock signal, and then obtaining the zero cross obtained in each row and each column. It can be understood as being formed by connecting dots.

図18(b)は、正のゼロクロス点の抽出手法について模式的に示している。
図示するようにして、先の解像度拡大処理により、1データピクセルの周期に対応する波形の1周期内には、16個のサンプル値(サンプリング値)が存在することになる。
正のゼロクロス点の抽出は、具体的には直線補間を利用して行うものとしている。つまり、図中の破線丸印により示すように、各行又は各列の波形から負→正への極性変化点を挟む2点を見つけ、それら2点のサンプリング値を結ぶ直線と0レベルとの交点を正のゼロクロス点として抽出する。
FIG. 18B schematically shows a method for extracting a positive zero-cross point.
As shown in the figure, 16 sample values (sampling values) exist within one period of the waveform corresponding to the period of one data pixel by the resolution enlargement process.
The extraction of the positive zero cross point is specifically performed using linear interpolation. In other words, as shown by the dotted circles in the figure, two points that sandwich the polarity change point from negative to positive are found from the waveform of each row or column, and the intersection of the straight line connecting the sampling values of these two points and the zero level Are extracted as positive zero cross points.

このような正のゼロクロス線の抽出処理を、Xクロック信号については各行で行い、Yクロック信号については各列で行う。そして、Xクロック信号について各行で得られたそれぞれの正のゼロクロス点をそれぞれY方向に向けて結ぶと、次の図19に示すようなXクロック信号についての正のゼロクロス線が得られる。
また、Yクロック信号について各列で得られたそれぞれの正のゼロクロス点をそれぞれX方向に向けて結ぶと、図20に示すようなYクロック信号についての正のゼロクロス線が得られることになる。
なお、図19、図20においては、それぞれの正のゼロクロス線を実線により示し、また背景にはそれぞれ図16、図17に示したものと同様のXクロック信号の画像、Yクロック信号の画像を示している。
Such positive zero-cross line extraction processing is performed for each row for the X clock signal and for each column for the Y clock signal. Then, when the positive zero cross points obtained in each row for the X clock signal are connected in the Y direction, a positive zero cross line for the X clock signal as shown in FIG. 19 is obtained.
Further, when the positive zero cross points obtained in each column for the Y clock signal are connected in the X direction, a positive zero cross line for the Y clock signal as shown in FIG. 20 is obtained.
In FIGS. 19 and 20, each positive zero-cross line is indicated by a solid line, and an image of an X clock signal and an image of a Y clock signal similar to those shown in FIGS. Show.

<クロック信号のゼロクロス線のデータ表現形式>
上記のような処理によってXクロック信号の正のゼロクロス線群、Yクロック信号の正のゼロクロス線群がそれぞれ求まるが、その結果は、次のように配列変数に格納する。
例えば、Xクロック信号については次の通りである。
clkx_timing(i, j):サイズは512×512で、実数変数。
意味:y=iの行の、左からj番目のXクロック信号の正のゼロクロス位置(実数)を示す。
つまり、Y座標は整数座標として、X方向クロックの正のゼロクロス位置を、整数ではない実数として保持する。このようにすることで、前記の解像度のY方向の減少と適合しつつ、精度についても問題なくX方向のタイミング線群を保持することができる。
<Data representation format of clock signal zero-cross line>
By the above processing, the positive zero cross line group of the X clock signal and the positive zero cross line group of the Y clock signal are obtained, and the results are stored in the array variables as follows.
For example, the X clock signal is as follows.
clkx_timing (i, j): The size is 512 × 512 and a real variable.
Meaning: Indicates the positive zero-cross position (real number) of the j-th X clock signal from the left in the row of y = i.
That is, the Y coordinate is an integer coordinate, and the positive zero cross position of the X direction clock is held as a real number that is not an integer. By doing so, it is possible to hold the timing line group in the X direction without any problem in accuracy while adapting to the decrease in the Y direction of the resolution.

Yクロック信号の正のゼロクロス線群に関しても同様である。すなわち、xとyを入れ替えるだけである。具体的には次のように配列変数に格納する。
clky_timing(i, j):サイズは512×512で、実数変数。
意味:x=jの列の、上からi番目の Yクロック信号の正のゼロクロス位置(実数)を示す。
The same applies to the positive zero cross line group of the Y clock signal. That is, only x and y are exchanged. Specifically, it is stored in an array variable as follows.
clky_timing (i, j): The size is 512 × 512 and a real variable.
Meaning: Indicates the positive zero-cross position (real number) of the i-th Y clock signal from the top in the column of x = j.

なお、上記のような表現形式でタイミング線群が保持されれば、各ゼロクロス線が全体の中で何番目かという情報も把握されることになるので、後に説明するようにして、このように格納された各ゼロクロス線の格子点から求まる各リサンプリング位置についても、X方向とY方向の双方でそれぞれ前後の順序関係を正しく把握することができる。すなわち、このことによって、各リサンプリング位置(つまり各データピクセルの位置)から求まるそれぞれの画素振幅値を、その前後の順序関係を保った状態で得ることができる。
これは、従来のストレージ装置でのPLL回路方式によるクロック再生方法で発生していた、サイクルスリップという現象が発生しないということを意味する。
In addition, if the timing line group is held in the above-described expression format, information on what number each zero-cross line is in the whole is also grasped, so as described later, in this way With respect to each resampling position obtained from the stored grid points of each zero-cross line, it is possible to correctly grasp the order relationship before and after in both the X direction and the Y direction. That is, by this, it is possible to obtain the respective pixel amplitude values obtained from the respective resampling positions (that is, the positions of the respective data pixels) while maintaining the order relation before and after that.
This means that the phenomenon called cycle slip, which has occurred in the clock recovery method using the PLL circuit method in the conventional storage apparatus, does not occur.

<ゼロクロス点の抽出処理について>
各クロック信号のゼロクロス点を検出しながら、上記のようなデータ形式に格納する処理は、具体的には以下のようにして行うのが好ましい。
先ず、信号光エリアA2の中央位置と推定される位置付近で、ひとつのゼロクロス位置を見つける。そして、それを頼りに、上下又は左右にゼロクロス位置をたどるという処理を行う。
このようにして、ゼロクロス点の検出を中央付近から周囲に拡大していくようにして行えば、信号光エリアにおいてゼロクロス位置の前後左右の順序関係が一致するような正しいゼロクロス線群を、容易に確実に抽出することができる。これは、イメージセンサ6と信号光との関係を考えれば理解できる。
例えば、図22に示すようにて、イメージセンサ6の形状は正方形状であり、信号光エリアA2としては略円形状となるので、Xクロック信号として得られる画像において、その周囲の部分は信号光としての記録データをあまり反映せず、逆に濃淡値の低いべたの背景を反映したものとなることが予想できる。従って、Xクロック信号、Yクロック信号としての画像の周囲で得られるゼロクロス点としては、その信頼性が低いものとなっている可能性が高い。
そこで、上記のようにしてゼロクロス点の抽出を画像の中央付近から次第に拡大していくようにして行うことで、信号光エリアにおいてゼロクロス位置の前後左右の順序関係が一致するような正しいゼロクロス線群を、容易に確実に抽出することができる。
<About zero cross point extraction processing>
Specifically, the process of storing in the data format as described above while detecting the zero cross point of each clock signal is preferably performed as follows.
First, one zero cross position is found near the position estimated as the center position of the signal light area A2. Based on this, a process of tracing the zero cross position vertically or horizontally is performed.
In this way, if the detection of the zero cross point is expanded from the vicinity of the center to the periphery, a correct zero cross line group in which the order relation of the front, rear, left and right of the zero cross position in the signal light area can be easily obtained. It can be extracted reliably. This can be understood by considering the relationship between the image sensor 6 and the signal light.
For example, as shown in FIG. 22, the shape of the image sensor 6 is a square shape, and the signal light area A2 has a substantially circular shape. Therefore, in the image obtained as the X clock signal, the surrounding portion is signal light. Therefore, it can be expected that the recorded data will reflect the background of the low gray value. Therefore, there is a high possibility that the zero cross point obtained around the image as the X clock signal and the Y clock signal has low reliability.
Therefore, by performing the extraction of the zero-cross points as described above so as to gradually expand from the vicinity of the center of the image, a correct zero-cross line group in which the order relationship of the front, rear, left and right of the zero-cross position in the signal light area matches. Can be easily and reliably extracted.

3−8.ゼロクロス線の格子点抽出

上記の処理により、Xクロック信号とYクロック信号の各ゼロクロス線群と、それらの各ゼロクロス線が画像内のX方向/Y方向の何番目に位置するか(具体的には512本中の何本目の線であるか)の情報が得られる。
あとは、それらXクロック信号の各ゼロクロス線群とYクロック信号の各ゼロクロス線群との交点(格子点)をそれぞれ求めることで、各データピクセルの位置、すなわちリサンプリング位置を特定することができる。
3-8. Zero-cross line grid point extraction

With the above processing, each zero-cross line group of the X clock signal and the Y clock signal and the position of each zero-cross line in the X direction / Y direction in the image (specifically, what in 512 lines) Information on whether it is the main line).
After that, the position of each data pixel, that is, the resampling position, can be specified by obtaining the intersection (grid point) between each zero cross line group of the X clock signal and each zero cross line group of the Y clock signal. .

図21は、両ゼロクロス線群が交わる各格子点を黒丸により示している。この図21では、図19、図20で示したXクロック信号のゼロクロス線、Yクロック信号のゼロクロス線を実線により合わせて示している。   FIG. 21 shows each grid point where both zero cross line groups intersect with a black circle. In FIG. 21, the zero cross line of the X clock signal and the zero cross line of the Y clock signal shown in FIGS.

<1×1にリサンプリング>
上記のようにして各格子点によりリサンプリング位置が特定される。あとは、図7に示したアップコンバート後の画像上における、この格子点から特定されるリサンプリング位置の再生画像の濃淡値(振幅値)を取得すれば、SLM3のデータピクセル単位での振幅値が得られる。すなわち、これによって1×1のリサンプリングが完了する。
なお、このようにして特定されたリサンプリング位置の情報に基づくリサンプリング処理については、既に先の図5でリサンプリング部23の処理として説明したので、ここでの改めての説明は省略する。また、リサンプリング処理後のデータ再生の流れについても既に図5において説明したので改めての説明は省略する。
<Resampling to 1x1>
As described above, the resampling position is specified by each lattice point. After that, if the gray value (amplitude value) of the reproduced image at the resampling position specified from this lattice point on the image after up-conversion shown in FIG. 7 is obtained, the amplitude value in units of data pixels of the SLM 3 Is obtained. That is, 1 × 1 resampling is completed.
Note that the resampling process based on the information on the resampling position specified in this way has already been described as the process of the resampling unit 23 in FIG. 5 described above, and a description thereof is omitted here. Also, the flow of data reproduction after the resampling process has already been described with reference to FIG.

参考として、次の図23にはリサンプリング処理の結果得られる画像を示しておく。
For reference, FIG. 23 shows an image obtained as a result of the resampling process.

4.リサンプリング位置特定部の内部構成

続いては、先の図5に戻り、上記により説明した実施の形態としてのリサンプリング位置特定動作を実現するためのリサンプリング位置特定部22の内部構成について説明する。
図5において、リサンプリング位置特定部22内部には、図示するようにしてX方向微分処理部30x、Y方向微分処理部30y、X絶対値処理部31x、Y絶対値処理部31y、X−FFT処理部32x、Y−FFT処理部32y、Xクロック信号抽出部33x、Yクロック信号抽出部33y、X位相シフト処理部34x、Y位相シフト処理部34y、X−IFFT処理部35x、Y−IFFT処理部35y、Xゼロクロス線抽出部36x、Yゼロクロス線抽出部36y、ゼロクロス線格子点抽出部37が備えられる。
4). Internal structure of resampling position specifying unit

Next, referring back to FIG. 5, the internal configuration of the resampling position specifying unit 22 for realizing the resampling position specifying operation as the embodiment described above will be described.
5, the resampling position specifying unit 22 includes an X direction differentiation processing unit 30x, a Y direction differentiation processing unit 30y, an X absolute value processing unit 31x, a Y absolute value processing unit 31y, and an X-FFT as illustrated. Processing unit 32x, Y-FFT processing unit 32y, X clock signal extraction unit 33x, Y clock signal extraction unit 33y, X phase shift processing unit 34x, Y phase shift processing unit 34y, X-IFFT processing unit 35x, Y-IFFT processing A unit 35y, an X zero cross line extraction unit 36x, a Y zero cross line extraction unit 36y, and a zero cross line grid point extraction unit 37 are provided.

先ず、X方向微分処理部30x、Y方向微分処理部30yは、それぞれアップコンバート部21からの画像を入力し、先に説明したX方向微分処理、Y方向微分処理をそれぞれ実行する。つまり、X方向微分処理部30xでは、先の図8(a)に示したようなX方向微分マスクを用いたX方向微分処理を行い、Y方向微分処理部30yでは図8(b)に示したようなY方向微分マスクを用いたY方向微分処理を行う。   First, the X-direction differentiation processing unit 30x and the Y-direction differentiation processing unit 30y each input an image from the up-conversion unit 21, and execute the X-direction differentiation processing and the Y-direction differentiation processing described above, respectively. That is, the X-direction differentiation processing unit 30x performs the X-direction differentiation processing using the X-direction differentiation mask as shown in FIG. 8A, and the Y-direction differentiation processing unit 30y shown in FIG. 8B. A Y-direction differentiation process using a Y-direction differentiation mask is performed.

X絶対値処理部31xは、上記X方向微分処理部30xによるX方向微分処理後の画像中の各値を絶対値化する処理を行って、その結果をX−FFT処理部32xに対して供給する。
また、Y絶対値処理部31yは、上記Y方向微分処理部30yによるY方向微分処理後の画像中の各値を絶対値化する処理を行って、その結果をY−FFT処理部32yに対して供給する。
The X absolute value processing unit 31x performs processing for converting each value in the image after the X direction differentiation processing by the X direction differentiation processing unit 30x into an absolute value, and supplies the result to the X-FFT processing unit 32x. To do.
The Y absolute value processing unit 31y performs a process of converting each value in the image after the Y direction differentiation processing by the Y direction differentiation processing unit 30y into an absolute value, and outputs the result to the Y-FFT processing unit 32y. Supply.

X−FFT処理部32x、Y−FFT処理部32yは、それぞれ上記X絶対値処理部31x、上記Y絶対値処理部31yから供給される絶対値処理後の画像(つまりX方向タイミングパルス信号、Y方向タイミングパルス信号)に対して2次元FFT処理を実行する。
この結果として、先の図11、図12に示したような解析結果が得られる。
The X-FFT processing unit 32x and the Y-FFT processing unit 32y are images after absolute value processing (that is, X-direction timing pulse signals, Y, respectively) supplied from the X absolute value processing unit 31x and the Y absolute value processing unit 31y, respectively. A two-dimensional FFT process is performed on the direction timing pulse signal.
As a result, the analysis results as shown in FIGS. 11 and 12 are obtained.

Xクロック信号成分抽出部33xは、上記X−FFT処理部32xによる2次元FFTよって得られる解析結果について、先に説明したような基準点fx=512,fy=0を中心とした所定の探索範囲内(101×101の矩形領域)においてパワースペクトルのピーク部分の探索を行う。そして、この結果検出されたピーク部分の中心成分とその周辺成分とをXクロック信号成分として抽出する。つまり、先に述べたようにして、検出されたピーク部分の中心を基準とした11×11の矩形領域をXクロック信号成分として抽出する。   The X clock signal component extraction unit 33x has a predetermined search range centered on the reference points fx = 512 and fy = 0 as described above for the analysis result obtained by the two-dimensional FFT by the X-FFT processing unit 32x. The peak portion of the power spectrum is searched for within (101 × 101 rectangular region). Then, the central component of the peak portion detected as a result and the peripheral components thereof are extracted as X clock signal components. That is, as described above, an 11 × 11 rectangular region with the center of the detected peak portion as a reference is extracted as an X clock signal component.

Yクロック信号成分抽出部33yとしても同様に、上記Y−FFT処理部32yによる2次元FFTの結果得られる解析結果について、基準点fx=0,fy=512を中心とした所定の探索範囲内(101×101の矩形領域)においてパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、この結果検出されたピーク部分の中心を基準とした11×11の矩形領域をYクロック信号成分として抽出する。   Similarly, the Y-clock signal component extraction unit 33y has an analysis result obtained as a result of the two-dimensional FFT by the Y-FFT processing unit 32y within a predetermined search range centered on reference points fx = 0 and fy = 512 ( The peak portion of the power spectrum is searched in the (101 × 101 rectangular region), and an 11 × 11 rectangular region based on the center of the detected peak portion is extracted as a Y clock signal component.

X位相シフト処理部34xは、上記Xクロック信号成分抽出部33xで抽出されたXクロック信号成分に対してjωを乗算する。すなわち、上記Xクロック信号成分がIFFTされて得られるXクロック信号の位相が先の図15にて説明したようにしてシフトされるように、上記Xクロック信号成分に対し、その各成分の周波数に応じたX方向角周波数jωxを乗算する。 The X phase shift processing unit 34x multiplies the X clock signal component extracted by the X clock signal component extraction unit 33x by jω. That is, with respect to the X clock signal component, the frequency of each component is set so that the phase of the X clock signal obtained by IFFT of the X clock signal component is shifted as described in FIG. The corresponding X direction angular frequency jω x is multiplied.

また、同様にY位相シフト処理部34yは、上記Yクロック信号成分抽出部33yで抽出されたYクロック信号成分がIFFTされて得られるYクロック信号の位相が図15にて説明したようにしてシフトされるように、上記Yクロック信号成分に対しその各成分の周波数に応じたY方向角周波数jωyを乗算する。 Similarly, the Y phase shift processing unit 34y shifts the phase of the Y clock signal obtained by IFFT of the Y clock signal component extracted by the Y clock signal component extraction unit 33y as described with reference to FIG. As described above, the Y clock signal component is multiplied by the Y-direction angular frequency jω y corresponding to the frequency of each component.

X−IFFT処理部35xは、上記X位相シフト処理部34xによって処理されたXクロック信号成分をIFFTすることで、実画像としてのXクロック信号に変換する。
またY−IFFT処理部35yも同様に、上記Y位相シフト処理部34yによって処理されたYクロック信号成分をIFFTすることで、Yクロック信号を得る。
なお、先の説明からも理解されるように、この場合のX−IFFT処理部35xでは、X方向の解像度が4倍、Y方向の解像度が1/4となるようにしてIFFTを行う。また、Y−IFFT処理部35yでは、Y方向の解像度が4倍、X方向の解像度が1/4となるようにしてIFFTを行う。
The X-IFFT processing unit 35x converts the X clock signal component processed by the X phase shift processing unit 34x into an X clock signal as an actual image by IFFT.
Similarly, the Y-IFFT processing unit 35y obtains a Y clock signal by performing IFFT on the Y clock signal component processed by the Y phase shift processing unit 34y.
As can be understood from the above description, the X-IFFT processing unit 35x in this case performs IFFT so that the resolution in the X direction is four times and the resolution in the Y direction is ¼. The Y-IFFT processing unit 35y performs IFFT so that the resolution in the Y direction is quadrupled and the resolution in the X direction is 1/4.

Xゼロクロス線抽出部36xは、上記X−IFFT処理部35xによって得られたXクロック信号から、先の図18にて説明した手法によってX方向の各行の正のゼロクロス点を検出し、これを先に述べたような配列変数(clkx_timing(i, j))により格納する。
なお、先にも述べたように、ゼロクロス点の抽出は、先ずは信号光エリアA2の中心位置として推定される位置付近から行い、そこから徐々に周囲に拡大していくようにして行う。
The X zero cross line extraction unit 36x detects the positive zero cross point of each row in the X direction from the X clock signal obtained by the X-IFFT processing unit 35x by the method described in FIG. Are stored in the array variable (clkx_timing (i, j)) as described in (1).
As described above, the zero-cross point is first extracted from the vicinity of the position estimated as the center position of the signal light area A2, and then gradually expanded from there.

また、同様にYゼロクロス線抽出部36yは、上記Y−IFFT処理部35yによって得られたYクロック信号から、先の図18にて説明した手法によってY方向の各列の正のゼロクロス点を検出し、これを先に述べた配列変数(clky_timing(i, j))により格納する。このYクロック信号のゼロクロス点の抽出としても、先ずは信号光エリアA2の中心位置として推定される位置付近から行い、そこから徐々に周囲に拡大していくようにして行うことになる。   Similarly, the Y zero cross line extraction unit 36y detects the positive zero cross point of each column in the Y direction from the Y clock signal obtained by the Y-IFFT processing unit 35y by the method described in FIG. This is stored by the array variable (clky_timing (i, j)) described above. The extraction of the zero cross point of the Y clock signal is also performed first from the vicinity of the position estimated as the center position of the signal light area A2, and then gradually expanded from there.

ゼロクロス線格子点抽出部37は、上記Xゼロクロス線抽出部36x、Yゼロクロス線抽出部36yの各ゼロクロス点の抽出結果から得られる各ゼロクロス線の交点(格子点)を抽出する。
ここで、上記のように各ゼロクロス線抽出部36にて配列変数による各ゼロクロス点の格納が行われた状態では、各行ごと及び各列ごとのゼロクロス点の集合のままであるが、このような各行ごと及び各列ごとのゼロクロス点の集合をゼロクロス線として扱うことができる。具体的には、各行ごと及び各列ごとに格納されたゼロクロス点の集合を直線補間して、各ゼロクロス線の情報を得る。
ゼロクロス線格子点抽出部37は、このような処理を行ってXクロック信号の各ゼロクロス線群、Yクロック信号の各ゼロクロス線群を得た上で、それらの各交点(各格子点)を抽出する。これら各格子点により、画像内におけるSLM3のデータピクセル単位での位置が求まる。すなわち、リサンプリング位置が求まる。
The zero cross line lattice point extraction unit 37 extracts the intersection (grid point) of each zero cross line obtained from the extraction result of each zero cross point of the X zero cross line extraction unit 36x and the Y zero cross line extraction unit 36y.
Here, in the state where each zero cross point is stored by the array variable in each zero cross line extraction unit 36 as described above, it remains a set of zero cross points for each row and each column. A set of zero cross points for each row and each column can be treated as a zero cross line. Specifically, information on each zero-cross line is obtained by linearly interpolating a set of zero-cross points stored for each row and each column.
The zero cross line lattice point extraction unit 37 performs such processing to obtain each zero cross line group of the X clock signal and each zero cross line group of the Y clock signal, and then extracts each intersection (each lattice point). To do. From these grid points, the position of the SLM 3 in the data pixel unit in the image is obtained. That is, the resampling position is obtained.

なお、上記の配列変数による各ゼロクロス点の格納により、それらゼロクロス点の集合から上記のように生成される各ゼロクロス線としても、X方向/Y方向のそれぞれ何番目の線であるかを把握できる。つまり、このようなゼロクロス線群の格子点として特定される各データピクセルの位置としても、それが画像内でX方向/Y方向のそれぞれ何番目の格子点であるかを把握することができる。   In addition, by storing each zero cross point by the above array variable, it is possible to grasp the number of each line in the X direction / Y direction as each zero cross line generated as described above from the set of zero cross points. . That is, even with the position of each data pixel specified as a grid point of such a zero-cross line group, it is possible to grasp the number of grid points in the X direction / Y direction in the image.

上記ゼロクロス線格子点抽出部37により求まったリサンプリング位置の情報は、リサンプリング部23に対して供給され、これにより、先に説明したようにして各データピクセルの振幅値が得られることになる。   The information on the resampling position obtained by the zero-cross line grid point extraction unit 37 is supplied to the resampling unit 23, whereby the amplitude value of each data pixel is obtained as described above. .

なお、上記説明では、配列変数により格納された各行ごと及び各列ごとのゼロクロス点の集合から、Xクロック信号のゼロクロス線群、Yクロック信号のゼロクロス線群を補間により生成する処理をゼロクロス線格子点抽出部37が行うものとして説明したが、この処理をそれぞれXゼロクロス線抽出部36x、Yゼロクロス線抽出部36yが行っておくようにすることもできる。   In the above description, the processing for generating the zero cross line group of the X clock signal and the zero cross line group of the Y clock signal by interpolation from the set of zero cross points for each row and each column stored by the array variable is a zero cross line grid. Although described as being performed by the point extraction unit 37, this process may be performed by the X zero cross line extraction unit 36x and the Y zero cross line extraction unit 36y, respectively.

また、この図5においては、説明の便宜上、アップコンバート部21からの画像がリサンプリング位置特定部22とリサンプリング部23とに分岐して供給されるものとして説明したが、実際には、アップコンバート部21による処理後の画像はメモリに格納しておき、リサンプリング位置特定部22とリサンプリング部23とがこのメモリ内の画像を共用するようにしておけばよい。
Further, in FIG. 5, for convenience of explanation, it has been described that the image from the up-conversion unit 21 is branched and supplied to the resampling position specifying unit 22 and the resampling unit 23. The image processed by the converting unit 21 may be stored in a memory, and the resampling position specifying unit 22 and the resampling unit 23 may share the image in the memory.

5.実施の形態の効果

上記のようにして本実施の形態では、ホログラム記録媒体5に記録されたホログラムページデータ(2次元の画像である)に応じて得られた2次元画像データについて2次元のフーリエ変換を行った解析結果から、第1の所定範囲内でのパワースペクトルのピーク部分と、第2の所定範囲内でのパワースペクトルのピーク部分とを抽出した結果に基づき、画像中のX方向のクロックの成分の波の周期と位相と方向を表す情報としてのXクロック信号(クロック情報)と、画像中のY方向のクロックの成分の波の周期と位相と方向を表す情報としてのYクロック信号(クロック情報)とをそれぞれ取得することができる。そして、これらXクロック情報とYクロック信号とに基づき、ホログラム記録媒体5に記録されたホログラムページデータ中のピクセル単位での位置を特定することができ、その位置情報に基づき各データピクセルの値を取得することができる。
5. Effects of the embodiment

As described above, in the present embodiment, analysis is performed by performing two-dimensional Fourier transform on the two-dimensional image data obtained according to the hologram page data (which is a two-dimensional image) recorded on the hologram recording medium 5. Based on the result of extracting the peak portion of the power spectrum within the first predetermined range and the peak portion of the power spectrum within the second predetermined range from the result, the wave of the clock component in the X direction in the image An X clock signal (clock information) as information representing the period, phase and direction of the image, and a Y clock signal (clock information) as information representing the wave period, phase and direction of the component of the clock in the Y direction in the image Can be obtained respectively. Based on the X clock information and the Y clock signal, the position of the pixel unit in the hologram page data recorded on the hologram recording medium 5 can be specified, and the value of each data pixel is determined based on the position information. Can be acquired.

このとき、解析結果に基づき取得される上記Xクロック信号と上記Yクロック信号には、上記のようにしてX方向のクロックの成分とY方向のクロックの成分について、その波の周期と位相と共に方向の情報も含まれている。このことから、上記のようにしてXクロック信号とYクロック信号とに基づく各ピクセル位置の特定が行われることで、画像の回転にも対応して適正に各ピクセルの位置の特定を行うことができる。また、もちろん、画像の拡大/縮小にも対応して適正に各ピクセル位置の特定を行うこともできる。さらには、例えばX方向とY方向とでクロック周波数が異なるような歪みにも適正に対応して各ピクセル位置の特定することができる。   At this time, the X clock signal and the Y clock signal acquired on the basis of the analysis result have directions of the clock component in the X direction and the clock component in the Y direction together with the period and phase of the wave as described above. Information is also included. From this, the position of each pixel is specified based on the X clock signal and the Y clock signal as described above, so that the position of each pixel can be specified appropriately in accordance with the rotation of the image. it can. Of course, each pixel position can also be specified appropriately in response to enlargement / reduction of the image. Furthermore, for example, each pixel position can be specified appropriately corresponding to a distortion in which the clock frequency is different between the X direction and the Y direction.

また、上記のような本実施の形態としてのリサンプリング手法によれば、従来のようにサブページシンクによる位置合わせを行うことなく各ピクセルの位置を特定する(つまりリサンプリングを行う)ことができる。これによれば、従来必要であったリサンプリング位置特定のためのサブページシンクを不要とすることができ、その分、ユーザデータの記録容量を増やすことができる。すなわち、ユーザデータの記録密度向上を図ることができる。   In addition, according to the resampling technique as the present embodiment as described above, the position of each pixel can be specified (that is, resampling is performed) without performing alignment by subpage sync as in the past. . According to this, it is possible to eliminate the need for a subpage sync for specifying a resampling position, which has been necessary in the past, and to increase the recording capacity of user data accordingly. That is, it is possible to improve the recording density of user data.

また、本実施の形態のリサンプリング手法によれば、画像中のシンク部分のみでなく、ユーザデータを含む画像全体のデータを利用して各リサンプリング位置の特定を行うことができる。すなわち、従来ではサブページシンクとしての画像内のある一部がダメージを受けた場合に、その領域では各ピクセルの位置特定が適正に行われず、その領域内のデータが全滅するといった可能性があったが、本実施の形態によれば、取得された2次元画像データ全体を利用してリサンプリング位置を特定できるので、その意味でよりロバストなデータ読み出しが可能となる。   Also, according to the resampling method of the present embodiment, it is possible to specify each resampling position using not only the sync portion in the image but also the entire image data including user data. In other words, conventionally, when a part of an image as a subpage sync is damaged, the position of each pixel is not properly specified in that area, and there is a possibility that the data in that area is completely destroyed. However, according to this embodiment, since the resampling position can be specified using the entire acquired two-dimensional image data, more robust data reading in that sense is possible.

また、上記のようにしてサブページシンクを用いた位置特定なしに各ピクセルの振幅値を取得することができれば、ビット同期をとった上で、各ビット値がフォーマット上のどの位置にあたるかを特定するためのシンクによってフレーム同期をとる、という通常のシンク使用法を採用することができる。   Also, if the amplitude value of each pixel can be obtained without specifying the position using the subpage sync as described above, the position where each bit value corresponds to the format is determined after bit synchronization. Therefore, it is possible to adopt a normal sync usage method in which frame synchronization is performed by a sync for performing the sync.

また、上記のようにリサンプリング位置の特定のためのサブページシンクを挿入しなくてもよいという点からもわかるように、本実施の形態によれば、従来よりもフォーマット策定上の制限を緩和することができる。
また、上述のようにして、シンクとユーザデータの区別なく画像全体のデータを利用してリサンプリング位置を特定することから、記録変調符号になんらの制限を加えるものではない。
これらのことから、本実施の形態によれば従来よりもフォーマット設計の自由度を格段に向上させることができる。
In addition, as can be seen from the fact that it is not necessary to insert a subpage sync for specifying the resampling position as described above, according to the present embodiment, restrictions on format formulation are more relaxed than before. can do.
In addition, as described above, since the resampling position is specified using the data of the entire image without distinguishing between the sync and the user data, no limitation is imposed on the recording modulation code.
From these facts, according to the present embodiment, the degree of freedom in format design can be significantly improved as compared with the prior art.

また、本実施の形態では、Xクロック信号成分、Yクロック信号成分の抽出にあたって、それぞれの画像に微分処理を施してエッジを強調した上で、非線形処理(絶対値処理)を行った画像に対して2次元FFTによる解析を行うものとしている。
このことで、解析結果上で得られる各クロック信号成分のピークレベルがより確実に得られるようにすることができ、これによってクロック信号成分の誤検出を強固に防止することができる。
Further, in the present embodiment, when extracting the X clock signal component and the Y clock signal component, the respective images are subjected to differentiation processing to emphasize edges, and then subjected to nonlinear processing (absolute value processing). Thus, the analysis by the two-dimensional FFT is performed.
As a result, the peak level of each clock signal component obtained on the analysis result can be obtained more reliably, thereby making it possible to firmly prevent erroneous detection of the clock signal component.

また、実施の形態では、アップコンバート後の画像を2系統に分配し、X方向とY方向とでそれぞれ独立して[X方向微分・非線形処理・2次元FFT・Xクロック信号成分の抽出]、[Y方向微分・非線形処理・2次元FFT・Yクロック信号成分の抽出]と行うようにしたが、このようにすることで、相互に信号が妨害されずに良好にクロック信号成分の抽出を行うことができる。すなわち、その分、Xクロック信号、Yクロック信号としてより精度の高いクロック信号を得ることができる。   Further, in the embodiment, the image after up-conversion is distributed to two systems, and each of the X direction and the Y direction is independent of [X direction differentiation / nonlinear processing / two-dimensional FFT / X clock signal component extraction], [Y-direction differentiation / non-linear processing / two-dimensional FFT / Y clock signal component extraction] is performed, but by doing so, clock signal components are well extracted without interfering with each other. be able to. That is, it is possible to obtain a clock signal with higher accuracy as the X clock signal and the Y clock signal.

また、実施の形態では、クロック信号成分の抽出時、スペクトルのピーク部分の中心部分と共に、その周辺の成分も合わせてIFFTしてクロック信号を生成するものとしたが、このように周辺の側波帯も含めることで、ジッタと表現してもよいところの、実際の再生画像の微妙な変動も含めてクロック信号を再生することができる。すなわち、このようなクロック信号に基づきリサンプリング位置の特定が行われる本実施の形態では、再生画像の微妙な変動にも追従することのできる、高精度なリサンプリング位置の特定が実現される。   In the embodiment, when the clock signal component is extracted, the clock signal is generated by performing IFFT by combining the center portion of the peak portion of the spectrum and its peripheral components together. By including the band, it is possible to reproduce the clock signal including subtle fluctuations in the actual reproduced image, which may be expressed as jitter. In other words, in the present embodiment in which the resampling position is specified based on such a clock signal, it is possible to specify the resampling position with high accuracy that can follow even subtle fluctuations in the reproduced image.

また、このように再生画像の微少な変動にも追従できるという点と、上述のようにして再生像の拡大/縮小、回転等に対応できるという点に鑑みると、本実施の形態によれば、イメージセンサ6側のピクセルとSLM3のエレメントとを厳密に一致させるという、厳密な意味でのピクセルマッチングをとる必要はなくなる。これによれば、システムの設計の自由度及び光学系の設計の自由度が増すと共に、精度向上のためのコストアップを抑制できる。   Further, in view of the fact that it is possible to follow even a small fluctuation of the reproduced image as described above and that the reproduction image can be enlarged / reduced and rotated as described above, according to the present embodiment, It is not necessary to perform pixel matching in a strict sense that the pixels on the image sensor 6 side and the elements of the SLM 3 are exactly matched. According to this, the degree of freedom in designing the system and the degree of freedom in designing the optical system can be increased, and an increase in cost for improving accuracy can be suppressed.

なお、上記の記載中において、本実施の形態の場合では従来用いていたサブページシンクなしにリサンプリング位置を特定できることについて述べたが、先の説明からも理解されるように、各リサンプリング位置が特定されたとしても、その時点では未だそれらのリサンプリング位置が信号光エリアA2に相当するホログラムページ内のどの位置のものであるかは把握されていない状態にある。
そこで、先に説明したようにページシンクによる位置合わせを行ってフォーマット上での位置を特定する(ページシンク位置合わせ部24)のであるが、このようなフォーマット上での位置合わせに必要なページシンクとしては、次の図24に示されるようにして1個のみとすることができる。
In the above description, in the present embodiment, it has been described that the resampling position can be specified without using the subpage sync that has been conventionally used. However, as can be understood from the above description, each resampling position is However, at that time, it is still not known which position in the hologram page corresponding to the signal light area A2 those resampling positions are.
Therefore, as described above, alignment by the page sync is performed to specify the position on the format (page sync alignment unit 24). The page sync necessary for such alignment on the format is used. As shown in FIG. 24, only one can be used.

或いは、次の図25に示すようにしてページシンクを複数個挿入することもできる。
この図25に示すようにして複数個のページシンクを挿入した場合、ページシンク位置
合わせ部24では、これら複数のページシンクを、場所は分散して配置されているけれどもそれらを統合して一体のページシンク(テンプレート)として扱い、相関演算によるテンプレートマッチングにより位置合わせを行う。
また、ページシンクを複数個挿入する場合、それらは統合されて一体としてページシンクとして機能するのであるから、個々のページシンクのパターンは、それぞれ異なるものとなっていても全く問題がない。一体としてのページシンクの相関特性をよくするために、意図的にそのようにすることもできる。
ここで、ページシンクが1つの場合は、そのシンクがダメージを受けた場合ページ全体の情報が復号できなくなる。これに対し、上記のようにしてページシンクを複数箇所に分散して設けた場合は、そのうちの幾つかがダメージを受けた場合でも、ページ位置合せ処理結果には影響を受けず、ページ全体の情報を失うことがないというメリットがある。
Alternatively, a plurality of page syncs can be inserted as shown in FIG.
When a plurality of page syncs are inserted as shown in FIG. 25, the page sync alignment unit 24 integrates these plurality of page syncs by arranging them even though the locations are distributed. It is handled as a page sync (template), and alignment is performed by template matching by correlation calculation.
Further, when a plurality of page syncs are inserted, they are integrated and function as a page sync as a whole, so there is no problem even if the patterns of individual page syncs are different. In order to improve the correlation characteristics of the page sync as a whole, it can be done intentionally.
Here, when there is one page sync, the information of the entire page cannot be decoded when the sync is damaged. On the other hand, when the page syncs are distributed in a plurality of places as described above, even if some of them are damaged, the page alignment processing result is not affected, and the entire page is not affected. There is a merit that information is not lost.

ここで、従来の手法では、最初にページ全体の位置決めをした上でサブページの位置を検出するという手法を採用する都合上、ページシンクのサイズはサブページシンクの数倍程度に大きくして、ページシンクが確実に検出されページ全体の位置決めが行われるようにしていた。具体的には、図48に示されるようにして、ページシンクはサブページ1つ分のサイズ、すなわち、サブページシンクの9倍のサイズとしていた。そして、ページ全体の位置決めの後、サブページシンクの位置を検出した上でそこから各リサンプリング位置を特定するという手法を採用する都合上、サブページシンクのサイズはシンボルサイズの数倍程度に大きくして検出精度を高めるものとし、具体的には図48に示されるようにサブページシンクのサイズはシンボルのサイズの4倍としていた。
これらの結果、従来の手法では、ページシンクのサイズはシンボルの36倍もの大きさとなっていた。
本実施の形態では、上記のようにして最終的なフォーマット上での位置を確認するためのページシンクが必要となるが、本例においてこのような位置合わせ時には既に各リサンプリング位置が特定されてリサンプルもされており、位置合わせはこのリサンプルしたデータに対して行うので、従来のようにページシンクサイズをシンボルサイズに比較して大きくするといった必要はないことになる。
このように本実施の形態で用いるページシンクとしてはそのサイズを従来よりも小さくすることができ、この点でもユーザデータの記録密度向上を図ることができる。
Here, in the conventional method, the size of the page sync is increased to several times the size of the subpage sync for the convenience of adopting the method of detecting the position of the subpage after first positioning the entire page. The page sync is reliably detected and the entire page is positioned. Specifically, as shown in FIG. 48, the page sync has a size corresponding to one subpage, that is, 9 times the size of the subpage sync. Then, after positioning the entire page, the sub-page sync size is several times larger than the symbol size for the purpose of adopting a method of detecting the position of the sub-page sync and identifying each resampling position from there. Thus, the detection accuracy is increased, and specifically, the size of the subpage sync is four times the size of the symbol as shown in FIG.
As a result, in the conventional method, the size of the page sync is 36 times as large as the symbol.
In the present embodiment, a page sync for confirming the position on the final format is required as described above. In this example, each resampling position is already specified at the time of such alignment. Re-sampling is also performed, and alignment is performed on the re-sampled data, so that it is not necessary to increase the page sync size compared to the symbol size as in the prior art.
As described above, the size of the page sync used in this embodiment can be made smaller than that of the conventional one, and the recording density of user data can be improved in this respect as well.

6.実験結果

続いて、次の図26〜図29には、本実施の形態としてのリサンプリング手法の有効性を実証するための実験結果を示す。
6). Experimental result

Next, FIGS. 26 to 29 show experimental results for demonstrating the effectiveness of the resampling technique according to this embodiment.

先ずは、実験結果についての説明に先立ち、次の図30〜図32を参照して、実験を行うにあたって設定した記録フォーマットについて説明しておく。
実験を行うにあたっては、先に述べたようなユーザデータの記録密度向上の観点から、従来のフォーマットに対して幾つかの改良を加えた。
First, prior to the description of the experimental results, the recording format set in conducting the experiment will be described with reference to FIGS.
In conducting the experiment, several improvements were made to the conventional format from the viewpoint of improving the recording density of user data as described above.

先ず、第1の改良点として、信号光エリアA2内へのデータ敷き詰めの最小単位を従来よりも小さくすることで、円形の信号光エリアA2に敷き詰め可能なデータ容量の拡大を図った。
具体的には、図30に示されるような1シンボル(この場合は記録符号化の最小単位となる、4ビット×4ビット=16ビット)を最小の敷き詰め単位として設定するものとした。すなわち、先の図47にて示した従来の最小敷き詰め単位である1サブページ(=6シンボル×6シンボル=24ビット×24ビット)よりも最小敷き詰め単位を1/36に縮小化したものである。
First, as a first improvement, the data capacity that can be laid in the circular signal light area A2 is increased by making the minimum unit of data laying in the signal light area A2 smaller than the conventional unit.
Specifically, one symbol as shown in FIG. 30 (in this case, 4 bits × 4 bits = 16 bits, which is the minimum unit of recording coding) is set as the minimum spread unit. That is, the minimum padding unit is reduced to 1/36 from one subpage (= 6 symbols × 6 symbols = 24 bits × 24 bits) which is the conventional minimum padding unit shown in FIG. .

また、第2の改良点として、シンクが占有するビット数の割合を削減することでデータ容量の拡大を図った。
先ず、シンク自体のサイズを、次の図31(a)に示されるようにして縮小化するものとしている。具体的には、従来のサブページシンク=2シンボル×2シンボルに対し、シンクサイズを1シンボルに縮小化した。
なお、このシンクのデータパターンは、一般の記録データに発生しない組み合わせのものであれば如何なるパターンでも良いが、実験においては、シンクの左上端から順に右下端までにかけて例えば [0 0 0 0,1 1 0 0,0 0 1 1,0 0 0 0] というデータパターンを採用した。
As a second improvement, the data capacity is increased by reducing the ratio of the number of bits occupied by the sink.
First, the size of the sink itself is reduced as shown in FIG. Specifically, the sync size is reduced to 1 symbol with respect to the conventional subpage sync = 2 symbols × 2 symbols.
The sync data pattern may be any pattern as long as it is a combination that does not occur in general recording data. In the experiment, for example, [0 0 0 0,1 1 0 0, 0 0 1 1, 0 0 0 0] was adopted.

さらに、このようなシンクの挿入手法についても改良を加える。
つまり、図31(b)に示すようにして、各シンクの二次元的な配置間隔(つまり縦・横方向の間隔)を所定の間隔i_sperとして挿入するものである。この図31(b)では、記録データと組み合わせたときの4つのシンク周辺を拡大して示している。
次の図32に示されるように、実験にあたっては、シンク間隔i_sper=48ピクセル(ビット)として各シンクを挿入するものとした。従来のフォーマットにおけるシンク間隔は、図47に示すように6シンボルであり、i_sper=24ピクセル(ビット)に相当するから、シンク間隔を大とすることにより、シンクを配置する数も大幅に減少することになる。
また、図32には信号光エリアA2内における各シンクの配置位置が■で示されているが、各シンクの配置としては、図示するようにページ中心の1シンボルが必ずシンク位置となるようにして行った。
また、この場合、信号光エリアA2の半径i_radについては図示するようにi_rad=169ピクセルに設定した。
これらの結果、1ページ内に敷き詰め可能な有効なデータ容量は5555シンボル(バイト)となり、従来の有効シンボル数=3552シンボルよりも記録密度の拡大を図った。
Furthermore, an improvement is added to such a sync insertion method.
That is, as shown in FIG. 31B, a two-dimensional arrangement interval (that is, an interval in the vertical and horizontal directions) of each sink is inserted as a predetermined interval i_sper. In FIG. 31B, the periphery of the four syncs when combined with the recording data is shown enlarged.
As shown in FIG. 32, in the experiment, each sync is inserted with a sync interval i_sper = 48 pixels (bits). The sync interval in the conventional format is 6 symbols as shown in FIG. 47, which corresponds to i_sper = 24 pixels (bits). Therefore, by increasing the sync interval, the number of syncs arranged is greatly reduced. It will be.
In FIG. 32, the arrangement position of each sync in the signal light area A2 is indicated by ■. As shown in the figure, each sync is arranged such that one symbol at the center of the page is always the sync position. I went.
In this case, the radius i_rad of the signal light area A2 is set to i_rad = 169 pixels as illustrated.
As a result, the effective data capacity that can be spread on one page is 5555 symbols (bytes), and the recording density is increased compared to the conventional number of effective symbols = 3552 symbols.

なお、確認のために述べておくと、従来よりも信号光エリアA2の半径i_radの拡大を図ることができたのは、最小敷き詰め単位を従来よりも小さくしたからである。つまり、最小敷き詰め単位をサブページ単位としていた従来では、最小敷き詰め単位が大きい分、半径i_radについて増減できる最小単位も大きくなり、それによって記録フォーマットの策定時に半径i_radとして設定可能な値の自由度を確保することが困難となる。これに対しサブページよりも小さなシンボルを最小敷き詰め単位とした上記フォーマットによれば、半径方向へのデータの敷き詰め個数をより調整し易くすることができ、この結果として半径i_radの拡大を図ることができたものである。   For confirmation, the reason why the radius i_rad of the signal light area A2 can be increased than before is that the minimum spread unit is made smaller than before. In other words, in the past, where the minimum spread unit was set as a subpage unit, the minimum unit that can be increased or decreased for the radius i_rad increases as the minimum spread unit increases, which increases the degree of freedom of the value that can be set as the radius i_rad when defining the recording format. It becomes difficult to ensure. On the other hand, according to the above format in which symbols smaller than the subpage are set as the minimum spread unit, the number of data spreads in the radial direction can be easily adjusted, and as a result, the radius i_rad can be increased. It was made.

実験結果についての説明に戻る。
図26は、上記のフォーマットによりデータ記録が行われたホログラム記録媒体5について、従来の再生方式によりデータ再生を行った場合のページ内のエラー分布、SER(シンボルエラーレート)、SNR(S/N比)を示している。
また、図27は、本実施の形態の再生方式によりデータ再生を行った場合のページ内のエラー分布、SER(シンボルエラーレート)、SNR(S/N比)を示している。
なお、これらの図において、ページ内のエラーは図中の白抜き四角により示しており、二重四角となっている部分については、その内枠がビット単位でのエラー(ビットエラー)を示し、外枠がシンボル単位でのエラー(シンボルエラー)を示している。
Return to the explanation of the experimental results.
FIG. 26 shows the error distribution, SER (symbol error rate), SNR (S / N) in the page when data is reproduced by the conventional reproducing method for the hologram recording medium 5 on which data recording is performed by the above format. Ratio).
FIG. 27 shows error distribution, SER (symbol error rate), and SNR (S / N ratio) in a page when data is reproduced by the reproduction method of the present embodiment.
In these figures, errors in the page are indicated by white squares in the figure, and for the part that is a double square, the inner frame indicates an error in bit units (bit error), The outer frame indicates an error (symbol error) in symbol units.

先ず、図26に示す従来の再生方式の場合、例えばページ右上部分の領域において、サブページ全体がエラーとなってしまっていることが確認できる。これは、検出に失敗したシンクの周囲でまとめてエラーになっていることが示されているものである。
この場合、SERは704シンボル/5555シンボルで1.27E−001であった。またSNRは2.40であった。
First, in the case of the conventional reproduction method shown in FIG. 26, it can be confirmed that, for example, in the area in the upper right part of the page, the entire subpage has an error. This indicates that errors have occurred collectively around the sinks that have failed to be detected.
In this case, the SER was 1.27E-001 at 704 symbols / 5555 symbols. The SNR was 2.40.

これに対し、図27に示す本実施の形態の場合では、従来のようなシンク検出の失敗によるエラーの集中はなく、エラーの発生位置は分散されていると共に、その数も減少していることがわかる。この場合、SERは429シンボル/5555シンボルで7.72E−002であり、SNRは2.79であった。   On the other hand, in the case of the present embodiment shown in FIG. 27, there is no concentration of errors due to failure of sync detection as in the prior art, and the occurrence positions of errors are distributed and the number thereof is reduced. I understand. In this case, the SER was 7.72E-002 at 429 symbols / 5555 symbols, and the SNR was 2.79.

これらの結果から、本実施の形態によれば従来よりも高い再生信号品質が得られることが理解できる。また、これを換言すれば、本実施の形態では従来よりもユーザデータを高密度とした場合にも再生信号品質の低下を抑えることができるということになる。   From these results, it can be understood that the reproduction signal quality higher than the conventional one can be obtained according to the present embodiment. In other words, in this embodiment, it is possible to suppress a decrease in reproduction signal quality even when the user data has a higher density than before.

また、次の図28は、再生画像の拡大/縮小に対するマージン特性を示している。
この図では画像の縮小/拡大率を横軸にとり、エラー数(シンボルエラー数)を縦軸にとった上で、図中の破線により従来の再生方式を採用した場合の結果を示し、実線により本実施の形態の再生方式を採用した場合の結果を示している。
図示するようにして従来の場合は、拡大/縮小率が±1%程度のところで急激にエラー数が増加していることがわかる。すなわち、従来の拡大/縮小に対するマージンはおよそ±1%程度に止まる。
これに対し本実施の形態の場合は、拡大/縮小率がおよそ±9%程度のところまでエラー数がほとんど変化せず、従って拡大/縮小に対するマージンは従来よりも大幅に拡大されていることがわかる。
Further, FIG. 28 shows margin characteristics with respect to enlargement / reduction of the reproduced image.
In this figure, the horizontal axis represents the image reduction / enlargement ratio, the vertical axis represents the number of errors (the number of symbol errors), and the broken line in the figure shows the result when the conventional reproduction method is adopted, and the solid line represents The result when the reproduction | regeneration system of this Embodiment is employ | adopted is shown.
As shown in the figure, it can be seen that in the conventional case, the number of errors rapidly increases when the enlargement / reduction ratio is about ± 1%. That is, the margin for the conventional enlargement / reduction is only about ± 1%.
On the other hand, in the case of the present embodiment, the number of errors hardly changes until the enlargement / reduction ratio is about ± 9%, and therefore the margin for enlargement / reduction is greatly increased as compared with the conventional case. Recognize.

なお、参考として、図33には、1.1倍の拡大時における2次元FFTによる解析結果を示す。図33(a)ではX軸近傍のみを抜き出し、図中の色付き部分がピーク探索範囲を示している。また図33(b)ではY軸近傍のみを抜き出し、同じく色付き部分がピーク探索範囲を示している。これらの図に示されるように、ピーク成分は、もとの画像の拡大/縮小に応じては、軸上において反比例する方向(すなわち拡大に対しては周波数が低下する方向)にそのピークが移動することになる。
そして、これらの図に示す探索範囲とピーク部分とを参照すると、先の拡大/縮小マージンの数値(±9%程度)は、探索範囲によって決定付けられたものであることがわかる。すなわち、先に述べた本例の探索範囲(101×101)の設定に対しては、マージンが±9%程度となるものであり、これを換言すれば、探索範囲を拡大すればさらなる拡大/縮小マージンの拡大を図ることができるというものである。
このことは、先の図28の特性図において、従来の場合は拡大/縮小が生じた時点からエラー数の増加が顕著であるのに対し、本実施の形態の場合はマージン幅ぎりぎりまでエラー数の増加がほとんど生じていないことからも明らかである。
For reference, FIG. 33 shows an analysis result by a two-dimensional FFT at a magnification of 1.1 times. In FIG. 33 (a), only the vicinity of the X axis is extracted, and the colored portion in the figure indicates the peak search range. In FIG. 33 (b), only the vicinity of the Y axis is extracted, and the colored portion indicates the peak search range. As shown in these figures, the peak component moves in an inversely proportional direction on the axis (that is, a direction in which the frequency decreases with enlargement) depending on the enlargement / reduction of the original image. Will do.
Then, referring to the search range and the peak portion shown in these drawings, it can be seen that the numerical value (about ± 9%) of the previous enlargement / reduction margin is determined by the search range. That is, with respect to the setting of the search range (101 × 101) of the present example described above, the margin is about ± 9%. In other words, if the search range is expanded, further enlargement / The reduction margin can be increased.
This is because, in the characteristic diagram of FIG. 28, in the conventional case, the number of errors increases remarkably from the time when enlargement / reduction occurs, whereas in the case of the present embodiment, the number of errors reaches the margin margin. It is also clear from the fact that there is almost no increase in.

さらに、図29では、再生画像の回転に対するマージン特性を示す。
この図においても縦軸はエラー数(シンボルエラー数)であり、横軸が画像の回転角度となる。また、破線は従来の再生方式を採用した場合の結果を示し、実線が本実施の形態の再生方式を採用した場合の結果を示している。
図示するようにして回転に対するマージンついても、従来から大幅に改善されていることがわかる。従来の場合、回転が生じることに応じて直ちにエラー数の顕著な増加がみられ、回転角度が0.5度程度のところでエラー数が急激に上昇する特性となる。
これに対し本実施の形態の場合は、5度程度までエラー数はほぼ変化せず、従って回転に対するマージンは従来比でおよそ10倍程度拡大されることがわかる。
Further, FIG. 29 shows margin characteristics with respect to rotation of a reproduced image.
Also in this figure, the vertical axis represents the number of errors (number of symbol errors), and the horizontal axis represents the rotation angle of the image. The broken line indicates the result when the conventional reproduction method is adopted, and the solid line indicates the result when the reproduction method according to the present embodiment is adopted.
As shown in the figure, it can be seen that the margin for rotation is also greatly improved from the prior art. In the conventional case, the number of errors is noticeably increased as soon as the rotation occurs, and the number of errors rapidly increases when the rotation angle is about 0.5 degrees.
On the other hand, in the case of the present embodiment, it is understood that the number of errors does not substantially change up to about 5 degrees, so that the margin for rotation is increased by about 10 times compared to the conventional case.

図34は、5度の回転時の2次元FFTによる解析結果を示している。なおこの図34においても(a)図はX軸近傍のみを抜き出し、色付き部分によりピーク探索範囲を示している。また(b)はY軸近傍のみを抜き出して同じく色付き部分でピーク探索範囲を示している。
図示するようにして回転時において得られるピーク部分は、その周波数は変化せずに、画像の回転方向に応じた軸外の方向にシフトすることになる。このような現象より、解析結果上でのピーク部分の基準点からの軸外へのずれの方向と量が、それぞれ回転の方向、回転の角度を表すことが理解できる。
また、この図を参照しても、上述した5度というマージンの数値は、この場合に設定されたピーク探索範囲により制限されたものであるということがわかる。すなわち、回転に対するマージンとしても、探索範囲の拡大によってさらにその拡大を図ることができる。
FIG. 34 shows an analysis result by two-dimensional FFT at the time of rotation of 5 degrees. Also in FIG. 34, (a) shows only the vicinity of the X-axis, and the peak search range is indicated by colored portions. Further, (b) shows only the vicinity of the Y axis and shows the peak search range in the same colored portion.
As shown in the figure, the peak portion obtained during rotation shifts in the off-axis direction according to the rotation direction of the image without changing the frequency. From such a phenomenon, it can be understood that the direction and amount of off-axis deviation from the reference point of the peak portion in the analysis result represent the direction of rotation and the angle of rotation, respectively.
Also, referring to this figure, it can be seen that the above-described margin value of 5 degrees is limited by the peak search range set in this case. In other words, the margin for rotation can be further increased by expanding the search range.

以上の結果より、本実施の形態によれば、画像の変形・歪みに対してよりロバストになることが理解できる。
From the above results, it can be understood that according to the present embodiment, the image is more robust against image deformation / distortion.

7.変形例

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
以下、各変形例について説明する。
<第1の変形例>
これまでの説明では、リサンプリング位置の特定にあたり、2次元FFTの解析結果からピーク部分を探索し、そのピーク部分をIFFTすることで2次元画像としてのクロック信号を得るものとしたが、このような2次元画像によるクロック信号を得ずともリサンプリング位置の特定を行うことができる。
7). Modified example

Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention should not be limited to the specific examples described so far.
Hereinafter, each modification will be described.
<First Modification>
In the description so far, in specifying the resampling position, the peak portion is searched from the analysis result of the two-dimensional FFT, and the peak portion is IFFT to obtain a clock signal as a two-dimensional image. The resampling position can be specified without obtaining a clock signal based on a two-dimensional image.

先ず、この第1の変形例では、2次元FFTによる解析結果からピーク探索を行うまでは共通であるが、探索の結果検出されたピーク部分から直接的にクロックの情報を得るようにする。
先にも述べたように、ピーク部分の中心成分は、クロック信号をよく近似する単一平面波に対応し、その周期と位相と法線方向は、フーリエ領域上でのピーク位置と値(複素数)から定まる。すなわち、ピーク位置の原点からの距離が周波数であり、その逆数が周期となる。また、原点を基準としたピーク位置の方向が平面波の法線方向となる。またピーク位置での値(複素数)が平面波の位相を決定づける。従って探索の結果得られたピーク部分の中心成分の位置と値から、クロックの情報を得ることができる。
First, in the first modified example, although it is common from the analysis result by the two-dimensional FFT to the peak search, the clock information is directly obtained from the peak portion detected as a result of the search.
As mentioned earlier, the central component of the peak corresponds to a single plane wave that closely approximates the clock signal, and its period, phase, and normal direction are the peak position and value (complex number) in the Fourier domain. Determined from. That is, the distance from the origin of the peak position is the frequency, and its reciprocal is the period. Further, the direction of the peak position with respect to the origin is the normal direction of the plane wave. The value (complex number) at the peak position determines the phase of the plane wave. Therefore, clock information can be obtained from the position and value of the central component of the peak portion obtained as a result of the search.

このようにピークの中心位置に基づきクロックの情報を得る場合は、次のように計算で比較的簡易にリサンプリング位置を求めることができる。

P(m, n)=P0+m*Lclky+n*Lclkx

但しm, nは整数である。
また、
P(m, n) : X方向でn番目、y方向でm番目のリサンプリング位置の座標、
P0 : リサンプリング位置座標の基準点、X方向のクロックとY方向のクロックとから求まる最適サンプル位置の解のひとつ(解は多数あるが、画像中央付近のものを選んでおき、m, nを整数にとるのが自然である)、
Lclkx : X方向のクロック(単一平面波)の基本周期ベクトル、
Lclky : Y方向のクロック(単一平面波)の基本周期ベクトル、
である。
なお、基本周期ベクトルとは、大きさが波長に等しく、方向が波の伝播方向に一致するベクトルである。
When the clock information is obtained based on the peak center position in this way, the resampling position can be obtained relatively easily by calculation as follows.

P (m, n) = P0 + m * Lclky + n * Lclkx

However, m and n are integers.
Also,
P (m, n): coordinates of the nth resampling position in the X direction and mth in the y direction,
P0: A reference point of resampling position coordinates, one of the solutions of the optimum sample position obtained from the clock in the X direction and the clock in the Y direction (there are many solutions, but the one near the center of the image is selected and m, n are It is natural to take an integer),
Lclkx: fundamental period vector of clock in X direction (single plane wave),
Lclky: Y-direction clock (single plane wave) basic period vector,
It is.
The basic period vector is a vector having a magnitude equal to the wavelength and a direction matching the wave propagation direction.

上記P0の求め方は、タイミングパルス信号の生成手法にもよるが、例えば微分して絶対値をとる場合は、先の図15にも示したようにその負のピーク位置が最適なサンプル位置となるので、そのうちの画像中央付近のものを選べばよい。   The method for obtaining P0 depends on the timing pulse signal generation method. For example, when the absolute value is obtained by differentiation, the negative peak position is the optimum sample position as shown in FIG. Therefore, it is sufficient to select one near the center of the image.

この第1の変形例のポイントは、解析結果に対する探索の結果得られたピーク部分の中心成分のみを用いている点にある。すなわち、中心成分に対応する単一平面波をクロック信号として利用することにすれば、周期と位相と法線方向(ベクトル)の情報とを元に、各リサンプリング位置の座標を上記のような線形演算により簡単に求めることができる。
これによれば、リサンプリング位置の特定にあたって比較的処理負担の大きいIFFT処理を行う必要がなくなるなど、計算処理負担は大幅に軽減することができる。
The point of this first modification is that only the central component of the peak portion obtained as a result of the search for the analysis result is used. In other words, if a single plane wave corresponding to the central component is used as a clock signal, the coordinates of each resampling position are linear as described above based on the period, phase, and normal direction (vector) information. It can be easily obtained by calculation.
According to this, it is not necessary to perform IFFT processing with a relatively large processing load in specifying the resampling position, and the calculation processing load can be greatly reduced.

なお、このような第1の変形例によるリサンプリング位置の特定手法は、ページ画像全体を対象として行っても良いが、その場合、クロック信号として単一周期の平面波を使用することになるから、微少な揺らぎへの追従性は低下してしまうことになる。なおもちろん、画像の全体としての回転や拡大/縮小などの変動に対しては有効であることは言うまでもない。   Note that the resampling position specifying method according to the first modification example may be performed for the entire page image, but in that case, a single-period plane wave is used as a clock signal. The followability to minute fluctuations will be reduced. Of course, it goes without saying that it is effective for fluctuations such as rotation and enlargement / reduction of the image as a whole.

ここで、この第1の変形例の手法を用いて微少なゆらぎに対応するとした場合は、画像内を複数の領域に分割し、それぞれの領域ごとに一連の処理を行えばよい。このように各領域に分割することにより、対象範囲のサイズは小となり、それぞれの領域内ではクロックの周期が単一周期であるとみなせるようになる。つまり、各領域ごとに上記の線形演算によるリサンプリング位置の特定を行うことで、微少な揺らぎへの追従性を或る程度確保することができるものである。
具体的な処理としては、先ず各領域ごとに2次元FFTを行い、それぞれの領域でピーク探索を行う。そして、領域ごとにピークの中心成分に基づいて上述の線形演算を行ってリサンプリング位置を特定することになる。
Here, when it is assumed that a slight fluctuation is dealt with using the technique of the first modification, the image may be divided into a plurality of areas and a series of processes may be performed for each area. By dividing each area in this way, the size of the target range becomes small, and the clock period can be regarded as a single period in each area. That is, by specifying the resampling position by the above linear calculation for each region, it is possible to secure a certain degree of followability to minute fluctuations.
As a specific process, first, a two-dimensional FFT is performed for each region, and a peak search is performed in each region. Then, the re-sampling position is specified by performing the above-described linear calculation based on the peak center component for each region.

このように領域分けして処理を行う場合、それぞれの領域について同一な処理を行うことになるので、信号処理装置を複数ならべて計算を並列的に行うことも可能となる。このようなハードウエア構成とすれば、処理時間の大幅な短縮化を図ることができる。   When processing is performed by dividing into regions as described above, the same processing is performed for each region. Therefore, it is possible to perform calculation in parallel by using a plurality of signal processing devices. With such a hardware configuration, the processing time can be greatly shortened.

なお、上記のようにして領域分割する手法は、先に説明したようなIFFTを行って実画像としてのクロック信号を再生する場合にも適用可能である。すなわち、その場合は各領域ごとに2次元FFTを行い、それぞれの領域でピーク探索を行った上で、領域ごとにピーク成分をIFFTして各領域のクロック信号を取得する。その後のゼロクロス線群の抽出までは領域ごとに行うが、格子点の抽出は領域ごとに抽出されたゼロクロス線を用いて画像全体で行う。
この場合もゼロクロス線群の抽出までは各領域で処理内容を同一とできるので、それらについて並列処理を行うハードウエア構成とすることで処理時間の短縮化を図ることができる。
Note that the above-described region dividing method can also be applied to the case where the IFFT as described above is performed to reproduce a clock signal as a real image. That is, in that case, a two-dimensional FFT is performed for each region, a peak search is performed in each region, and then a peak component is IFFT for each region to obtain a clock signal for each region. Subsequent extraction of the zero-cross line group is performed for each region, but the extraction of the grid points is performed for the entire image using the zero-cross line extracted for each region.
Also in this case, the processing contents can be the same in each region until the zero-cross line group is extracted. Therefore, the processing time can be shortened by adopting a hardware configuration that performs parallel processing on these regions.

なお、クロック信号を単一平面波として扱う場合および実画像として扱う場合いずれにおいても、ホログラムページを数個の領域に分割して独立した小さなページの集合としてフォーマットを定義しておき、それぞれの領域(小ページ)ごとに一連の処理を並列して行わせて処理時間の短縮を図ることもできる。   In both cases where the clock signal is handled as a single plane wave and a real image, the hologram page is divided into several areas and the format is defined as an independent set of small pages. It is also possible to reduce the processing time by performing a series of processes in parallel for each small page.

<第2の変形例>
第2の変形例は、周波数解析結果の低域成分を利用して、イメージセンサ6上の信号光の照射エリア(つまり有効な再生エリア)を大まかに位置決めするものである。実施の形態では、タイミングパルス信号をFFTして周波数解析結果を得るが、この過程で、低域成分も得られる。これを流用して、低解像度画像を得て、それに基づき粗な位置決めを行うものである。
<Second Modification>
In the second modification, the signal light irradiation area (that is, the effective reproduction area) on the image sensor 6 is roughly positioned using the low frequency component of the frequency analysis result. In the embodiment, the timing pulse signal is FFTed to obtain a frequency analysis result. In this process, a low frequency component is also obtained. This is used to obtain a low-resolution image and perform rough positioning based on the low-resolution image.

第2の変形例について、図35を参照して説明する。
図35(a)は、周波数解析結果から得られた低域成分をIFFTして得られる低解像度画像を示す。なお、図35(a)では、一例として2次元FFTの結果の周波数成分が3以下のものを抜き出して、IFFTにより64×64サイズの画像としたものを示している。
画像サイズが小なので、ここで必要な計算量は全体から見ればわずかである。
A second modification will be described with reference to FIG.
FIG. 35A shows a low-resolution image obtained by IFFT of the low frequency component obtained from the frequency analysis result. FIG. 35 (a) shows an example in which a frequency component of 3 or less as a result of the two-dimensional FFT is extracted and converted into a 64 × 64 size image by IFFT.
Since the image size is small, the amount of calculation required here is very small as a whole.

また、第2の変形例では、予め図35(b)に示すような環状テンプレートを用意しておく。この環状テンプレートは信号光エリアA2に応じた略円形の形状を象ったものとして理解すればよい。すなわち、この環状テンプレートと図35(a)のように生成した画像との相関計算を行った結果に基づき、イメージセンサ6上での信号光の照射エリアの特定を行うものである。
この環状テンプレートとしては、その最外周の環状部分の値が「−1」(図中黒色部分)、その内側に隣接する環状部分の値が「+1」(図中白色部分)、それ以外の値はすべて「0」(図中グレー部分)としている。信号光エリアA2の形状が略円形であるので、その濃淡画像のエッジ部分のみで位置合わせを行い、内部の記録データに応じた濃淡値のムラには影響を受けないようにすることを狙っている。
In the second modification, an annular template as shown in FIG. 35B is prepared in advance. This annular template may be understood as a model of a substantially circular shape corresponding to the signal light area A2. That is, the irradiation area of the signal light on the image sensor 6 is specified based on the result of the correlation calculation between the annular template and the image generated as shown in FIG.
As this annular template, the value of the outermost annular part is “−1” (black part in the figure), the value of the annular part adjacent to the inside is “+1” (white part in the figure), and other values. Are all "0" (gray portion in the figure). Since the shape of the signal light area A2 is substantially circular, the alignment is performed only at the edge portion of the grayscale image, aiming to be unaffected by the grayscale unevenness corresponding to the internal recording data. Yes.

このような粗な位置決め処理は、周波数解析結果の一部を流用して行うことができるので、計算量の増加はほとんどない。また、粗な位置決めとして、例えば上述のような64×64サイズなど低解像度による画像を用いて行えば充分であり、この点でも計算量の増加を抑えることができる。   Such a rough positioning process can be performed by using a part of the frequency analysis result, so that the amount of calculation hardly increases. In addition, it is sufficient to perform rough positioning using an image with a low resolution such as the 64 × 64 size as described above. In this respect as well, an increase in calculation amount can be suppressed.

この第2の変形例としての位置決め処理を実現するにあたっては、先ず、FFT処理部32(32x、32yの何れか)において、ピーク成分の探索と共に低域成分の抽出を行うようにする。そして、図示は省略するが、新たな構成として、FFT処理部32にて抽出された低域成分をIFFTして図35(a)のような低解像度画像を得て、予め設定された環状テンプレートとの相関計算を行い、その最大値を与える位置を信号光エリア(有効な再生エリア)の位置情報として取得する位置決め部を追加すればよい。   In realizing the positioning process as the second modified example, first, in the FFT processing unit 32 (any one of 32x and 32y), the low frequency component is extracted together with the search for the peak component. And although illustration is omitted, as a new configuration, the low frequency component extracted by the FFT processing unit 32 is IFFT to obtain a low resolution image as shown in FIG. It is sufficient to add a positioning unit that calculates the position where the maximum value is obtained as position information of the signal light area (effective reproduction area).

有効な再生エリアが特定されれば、その情報を利用して全体の再生処理をよりロバストに行わせることができる。その例を以下に示す。
先ず、1つには、ページシンク検出時に利用することが考えられる。すなわち、上記位置決め部で特定された位置情報に基づいて、ページシンク位置合わせ部24がページシンクの探索範囲を設定するようにする。
有効な再生エリアのおおまかな位置がわかっていれば、ページシンク検出のための探索範囲は、その位置情報に基づきより狭い範囲に限定することができる。このため、よりロバストになり、また計算量の削減を図ることができる。
If an effective reproduction area is specified, the entire reproduction process can be performed more robustly using the information. An example is shown below.
First, it is conceivable to use it when detecting page sync. That is, based on the position information specified by the positioning unit, the page sync positioning unit 24 sets the search range of the page sync.
If the approximate position of the effective reproduction area is known, the search range for page sync detection can be limited to a narrower range based on the position information. For this reason, it becomes more robust and the amount of calculation can be reduced.

他にも、ゼロクロス点の抽出時において利用することが考えられる。
先の説明によれば、ゼロクロス点の抽出時には先ず信頼できる中心付近のゼロクロス点から抽出を開始することになるが、予め有効な再生エリアの位置が特定されていれば、その位置情報に基づきおよその中心位置が求まるので、その位置付近からゼロクロス点の抽出を開始すればよい。具体的には、上述した位置決め部で特定された位置情報に基づき、Xゼロクロス線抽出部36x、Yゼロクロス線抽出部36yのそれぞれがゼロクロス点の抽出を開始するように構成する。
In addition, it may be used when extracting the zero cross point.
According to the above explanation, when extracting the zero-cross point, the extraction starts from the zero-cross point near the reliable center first. However, if the position of the effective reproduction area is specified in advance, it is approximately based on the position information. Therefore, the extraction of the zero cross point may be started from the vicinity of the center position. Specifically, each of the X zero cross line extraction unit 36x and the Y zero cross line extraction unit 36y is configured to start extraction of the zero cross points based on the position information specified by the positioning unit described above.

<第3の変形例>
続いて、第3の変形例について説明する。
先の説明によれば、2次元FFTの解析結果からピーク部分の探索を行う際、Xクロック信号成分抽出部33x、Yクロック信号成分抽出部33yとがそれぞれ独立してピーク探索を行う場合を例示したが、X方向とY方向とのピークを探索する際には、直交する関係にあるそれぞれの成分に基づき、X方向とY方向のピーク探索を総合的に行うようにすることもできる。
<Third Modification>
Subsequently, a third modification will be described.
According to the above description, when searching for the peak portion from the analysis result of the two-dimensional FFT, the case where the X clock signal component extracting unit 33x and the Y clock signal component extracting unit 33y independently perform the peak search is illustrated. However, when searching for the peak in the X direction and the Y direction, the peak search in the X direction and the Y direction can be comprehensively performed based on the respective components that are orthogonal to each other.

図36は、このような総合的なピーク探索を行う第3の変形例について説明するための図である。なおこの図では、周波数軸fxと周波数軸fyを元にXクロック信号成分探索範囲とYクロック信号成分探索範囲の関係を示している。
ここで、そもそも本例の場合、SLM3のピクセルは512×512であることから、X方向のクロックとY方向のクロックとの関係としては、その周波数はfx=fy=512でほぼ同じであり、また画像の微少な変動による影響は受けるものの、それらの平面波の波面の法線ベクトルはほぼ直交した関係にあることになる。
そこで、「X方向のクロックとY方向のクロックは、それぞれ周波数は同一で、波の向きは直交している」という拘束条件を課し、そのような拘束条件を満たすX方向の探索範囲の点とY方向の探索範囲での点の組ごとに、総合的にパワースペクトルの評価を行い、その評価値の最大を与える各点をX方向探索範囲内のピークとY方向探索範囲内のピークとしてそれぞれ取得する。
FIG. 36 is a diagram for describing a third modified example in which such a comprehensive peak search is performed. In this figure, the relationship between the X clock signal component search range and the Y clock signal component search range is shown based on the frequency axis fx and the frequency axis fy.
Here, in the case of this example, since the pixel of the SLM 3 is 512 × 512, the relationship between the clock in the X direction and the clock in the Y direction is almost the same at fx = fy = 512, In addition, the normal vectors of the wave fronts of these plane waves are in a substantially orthogonal relationship, although they are affected by slight fluctuations in the image.
Therefore, a constraint condition that “the clock in the X direction and the clock in the Y direction have the same frequency and the directions of the waves are orthogonal” is imposed, and the search range point in the X direction that satisfies the constraint condition is imposed. For each set of points in the search range in the Y direction, the power spectrum is comprehensively evaluated, and each point giving the maximum evaluation value is defined as a peak in the X direction search range and a peak in the Y direction search range. Get each.

具体的には、上記のような拘束条件を満たすX方向探索範囲内の点とY方向探索範囲内の点の各組について、そのパワースペクトルの和や積などを評価値として計算し、その値が最大となる組み合わせをX方向のピークとY方向のピークとして取得するものである。   Specifically, for each set of points in the X-direction search range and points in the Y-direction search range that satisfy the constraint conditions as described above, the sum or product of the power spectrum is calculated as an evaluation value, and the value Is obtained as a peak in the X direction and a peak in the Y direction.

但し、このような手法は、再生画像の歪みがほとんど無い場合には有効であるが、それぞれのピーク位置の関係が必ず直交する関係となる保証はない。
そこで、上記により求めたそれぞれのピークは仮のピークであるとし、この仮のピーク位置を基準として設定したより狭い範囲内で再度、今度はX方向とY方向それぞれ独立してより詳細なピーク探索を行ってその結果を最終的なX方向探索範囲内、Y方向探索範囲内のピークとして取得する。
However, such a method is effective when there is almost no distortion of the reproduced image, but there is no guarantee that the relationship between the peak positions is always orthogonal.
Therefore, it is assumed that each peak obtained as described above is a temporary peak, and within this narrower range set based on this temporary peak position again, this time, a more detailed peak search is performed independently for each of the X and Y directions. And the result is obtained as a peak in the final X direction search range and Y direction search range.

このような手法によれば、先ずは直交する関係を条件とした探索が行われることで、上記仮のピークとしてはあるかもしれない周囲の大きな偽の成分に惑わされずに検出することができる。その上で、上記仮のピーク位置に基づき詳細な探索が行われることで、ピークの検出精度をより向上させることができる。   According to such a method, first, a search is performed on the condition of orthogonal relations, so that it can be detected without being confused by the surrounding large false components that may exist as the temporary peak. In addition, by performing a detailed search based on the temporary peak position, peak detection accuracy can be further improved.

なお、上記によるピーク探索を実現するための構成としては、例えば以下のようにすればよい。
先ず、上記の拘束条件を満たすX方向探索範囲内、Y方向探索範囲内の各点の組み合わせについて、パワースペクトルの検出を行う順序を予め定めておく。Xクロック信号成分抽出部33x、Yクロック信号成分抽出部33yのそれぞれでは、その順序に従ってそれぞれの探索範囲内の点のパワースペクトルを検出する。その上で、これらクロック信号成分抽出部33の何れか一方、或いは別途新たに設けたピーク判定部が、上記のようにして得られる各点のパワースペクトルに基づく評価値を計算し、最終的に評価値を最大とした組み合わせをX方向探索範囲内のピーク、Y方向探索範囲内のピークとして取得する。
In addition, what is necessary is just as follows as a structure for implement | achieving the peak search by the above, for example.
First, for the combination of points in the X direction search range and Y direction search range that satisfy the above constraint conditions, the power spectrum detection order is determined in advance. Each of the X clock signal component extraction unit 33x and the Y clock signal component extraction unit 33y detects the power spectrum of a point in each search range according to the order. Then, either one of these clock signal component extraction units 33 or a newly provided peak determination unit calculates an evaluation value based on the power spectrum of each point obtained as described above, and finally A combination having the maximum evaluation value is acquired as a peak in the X direction search range and a peak in the Y direction search range.

<第4の変形例>
第4の変形例は、微分処理に改良を加えるものである。
これまでの説明では、微分処理はそれぞれアップコンバート後の画像を分岐させてX方向微分、Y方向微分を分けてそれぞれ独立したタイミングパルス信号としての画像を得るようにしたが、これらX方向微分とY方向微分とをアップコンバート後の共通の画像に対して同時に行うこともできる。
<Fourth Modification>
The fourth modification is an improvement on the differentiation process.
In the description so far, the differentiation processing has branched the image after up-conversion and divided the X-direction differentiation and the Y-direction differentiation to obtain images as independent timing pulse signals. Y-direction differentiation can be simultaneously performed on a common image after up-conversion.

図37は、第4の変形例を実現するためのデータ再生部8の内部構成について示している。なお、この図において既に先の図5において説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
この場合、図5に示したX方向微分処理部30x、Y方向微分処理部30y、X絶対値処理部31x、Y絶対値処理部31y、X−FFT処理部32x、Y−FFT処理部32yは省略され、代わりにSobelオペレータ処理部40、FFT処理部41が設けられる。
FIG. 37 shows the internal configuration of the data reproducing unit 8 for realizing the fourth modification. In this figure, portions already described in FIG. 5 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
In this case, the X-direction differentiation processing unit 30x, the Y-direction differentiation processing unit 30y, the X absolute value processing unit 31x, the Y absolute value processing unit 31y, the X-FFT processing unit 32x, and the Y-FFT processing unit 32y illustrated in FIG. A Sobel operator processing unit 40 and an FFT processing unit 41 are provided instead.

Sobelオペレータ処理部40は、アップコンバート部21からのアップコンバート後の画像に対し、Sobelのオペレータ処理を施す。このSobelのオペレータ処理は、先に説明したX方向の微分処理とY方向の微分処理とを同時に行うことに相当する処理となる。また、このSobelのオペレータ処理によると、絶対値処理に相当する処理も行われることになる。
なお、Sobelのオペレータについては次の文献にも記載されている。
・「画像認識論」長尾真、コロナ社、昭和58年2月15日初版
The Sobel operator processing unit 40 performs Sobel operator processing on the image after up-conversion from the up-conversion unit 21. This Sobel operator processing is equivalent to performing the X-direction differentiation processing and the Y-direction differentiation processing described above simultaneously. Further, according to the Sobel operator process, a process corresponding to the absolute value process is also performed.
The Sobel operator is also described in the following document.
・ "Image recognition theory" Makoto Nagao, Corona, February 15, 1983, first edition

ここで、次の図38に、Sobelのオペレータ処理結果としての画像を示す。
この図から、Sobelのオペレータ処理によると、X方向のエッジとY方向のエッジとが融合されている画像が得られることがわかる。このことは、この図38と、先の図9、図10に示したX方向タイミングパルス信号、Y方向タイミングパルス信号の画像とを照らし合わせてみるとよく理解できる。
Here, FIG. 38 shows an image as a result of Sobel operator processing.
From this figure, it can be seen that according to Sobel's operator processing, an image in which X-direction edges and Y-direction edges are fused is obtained. This can be well understood by comparing FIG. 38 with the images of the X direction timing pulse signal and the Y direction timing pulse signal shown in FIGS.

このようなSobelのオペレータ処理結果として得られる、アップコンバート後の共通の画像についてX方向微分・Y方向微分(及び絶対値処理)を同時に行ったものに相当する画像に対し、FFT処理部41は2次元FFT処理を実行する。   For the image obtained as a result of the Sobel operator processing and corresponding to an image obtained by simultaneously performing X-direction differentiation and Y-direction differentiation (and absolute value processing) on the common image after up-conversion, the FFT processing unit 41 A two-dimensional FFT process is executed.

図39は、図38に示したSobelのオペレータ処理結果に対して2次元FFTを行った解析結果を示している。
このようにしてSobelのオペレータ処理結果を2次元FFTすると、同一のフーリエ面上におけるX軸近傍とY軸近傍において、それぞれ設計上予想される位置に明瞭にピークが存在していることがわかる。このことから、Sobelのオペレータ処理結果を2次元FFTした解析結果から、X方向クロック信号成分とY方向クロック信号成分を問題なく抽出できることが理解できる。
FIG. 39 shows an analysis result obtained by performing a two-dimensional FFT on the Sobel operator processing result shown in FIG.
When the Sobel operator processing result is two-dimensionally FFT in this manner, it can be seen that there are clearly peaks at positions expected in the design in the vicinity of the X axis and the Y axis on the same Fourier plane. From this, it can be understood that the X-direction clock signal component and the Y-direction clock signal component can be extracted without problems from the analysis result obtained by two-dimensional FFT of the Sobel operator processing result.

図37において、この場合のXクロック信号成分抽出部33x、Yクロック信号成分抽出部33yは、上記FFT処理部41で得られるSobelのオペレータ処理結果についての2次元FFTによる解析結果から、予め定められたX軸近傍の探索範囲内、Y軸近傍の探索範囲内にてそれぞれピーク探索を行う。なお、以降の処理は先に説明したものと同様となる。   In FIG. 37, the X clock signal component extraction unit 33x and the Y clock signal component extraction unit 33y in this case are determined in advance from the analysis result by the two-dimensional FFT on the Sobel operator processing result obtained by the FFT processing unit 41. The peak search is performed within the search range near the X axis and within the search range near the Y axis. The subsequent processing is the same as that described above.

この第4の変形例によれば、クロック抽出のための2次元FFT処理が2回ではなく1回に削減できるので、計算量が大幅に短縮されるというメリットがある。
なお、上記第4の変形例の手法は、X方向とY方向とで相互に信号が妨害する要因は増すことになるが、タイミングパルス信号は基本的には直交する位置関係にあるので、概ね問題ないと考えられる。
According to the fourth modification, the two-dimensional FFT processing for clock extraction can be reduced to one time instead of two times, so that there is an advantage that the amount of calculation is greatly reduced.
In the method of the fourth modified example, although the factor that the signals interfere with each other in the X direction and the Y direction increases, the timing pulse signals are basically in a positional relationship orthogonal to each other. There seems to be no problem.

<第5の変形例>
これまでの説明では、タイミングパルス信号の生成にあたっては微分処理・非線形処理(絶対値処理)の双方を行うものとしたが、タイミングパルス信号としては、微分処理を行わずに非線形処理のみを行って生成することもできる。
ここで、微分処理を行えば、クロック成分に伴うエッジを強調してより確実なクロック信号抽出を促すことができるが、周波数領域にてクロック信号成分を引き出す本質は、非線形処理によってスペクトルを画像に応じて広範に広げるところにあることから、非線形処理のみによってタイミングパルス信号を生成することで、実施の形態の場合とほぼ同等のクロック信号抽出を行うことができる。
<Fifth Modification>
In the description so far, the timing pulse signal is generated by performing both differential processing and non-linear processing (absolute value processing). However, for the timing pulse signal, only non-linear processing is performed without performing differential processing. It can also be generated.
Here, if differential processing is performed, it is possible to enhance the edge associated with the clock component and promote more reliable clock signal extraction, but the essence of extracting the clock signal component in the frequency domain is to convert the spectrum into an image by nonlinear processing. Accordingly, since the timing pulse signal is generated only by nonlinear processing, clock signal extraction substantially equivalent to that in the embodiment can be performed.

図40は、アップコンバート後の画像をそのまま絶対値処理した画像を示している。
また、図41では、この絶対値処理後の画像についての2次元FFTによる解析結果を示している。この図41と先の図39とを比較してわかるように、絶対値処理のみを行った場合としても、微分処理を行う場合と同様にX軸近傍・Y軸近傍のそれぞれの基準点を中心としてパワースペクトルのピークが得られる。
FIG. 40 shows an image obtained by performing absolute value processing on the image after up-conversion as it is.
Further, FIG. 41 shows the analysis result by the two-dimensional FFT for the image after the absolute value processing. As can be seen by comparing FIG. 41 with FIG. 39 above, even when only absolute value processing is performed, the respective reference points near the X axis and Y axis are centered as in the case of performing differentiation processing. As a result, the peak of the power spectrum is obtained.

図42は、このような第5の変形例としての絶対値処理のみによってタイミングパルス信号を生成する場合の動作を説明するための図として、センサ出力画像、絶対値処理によるタイミングパルス信号、及びX方向積分前のXクロック信号、積分後のXクロック信号の各波形を示している。なお、この図42では、先の図15と同様、各信号(各2次元画像)の波形を切断して1次元信号とし、横軸はX軸、縦軸は濃淡値(振幅値)を表すものとしている。この図42ではX方向のみについて示しているが、Y方向についても同様に考えればよい。   FIG. 42 is a diagram for explaining the operation in the case where the timing pulse signal is generated only by the absolute value processing as the fifth modified example, as a diagram for explaining the sensor output image, the timing pulse signal by the absolute value processing, and X Each waveform of the X clock signal before direction integration and the X clock signal after integration is shown. 42, similarly to FIG. 15, the waveform of each signal (each two-dimensional image) is cut into a one-dimensional signal, the horizontal axis represents the X axis, and the vertical axis represents the gray value (amplitude value). It is supposed to be. Although only the X direction is shown in FIG. 42, the same applies to the Y direction.

先ず、絶対値処理としては、図示するようにしてセンサ出力画像(実際にはアップコンバート後の画像)について、絶対値処理のための基準レベル(ゼロレベル)を予め定めておき、この基準レベルに基づき絶対化を行うことで、図のような絶対値処理によるタイミングパルス信号を生成する。この場合、上記基準レベルとしては局所的な平均値、または局所的な最小値と最大値の中心値とすればよい。   First, as absolute value processing, as shown in the figure, a reference level (zero level) for absolute value processing is determined in advance for the sensor output image (actually the image after up-conversion). By performing the absolutization based on this, a timing pulse signal is generated by absolute value processing as shown in the figure. In this case, the reference level may be a local average value or a central value between the local minimum value and the maximum value.

この絶対値処理によるタイミングパルス信号について、2次元FFTしてピーク探索・クロック信号成分抽出・IFFTを行って得られるクロック信号の波形を、図中のX方向積分前のXクロック信号により示しているが、この波形を参照すると、先の図15の場合とは異なり、最適サンプル位置は正のピーク位置となる。このため、先の実施の形態の場合と同様に最適サンプル位置を正のゼロクロス位置に調整するにあたっては、位相を遅らせる必要があり、よってこの場合は微分ではなく積分を行って位相をシフトさせることになる。具体的には、最適サンプル位置が正のゼロクロス位置となるように、周波数領域にて抽出したクロック信号成分に対し虚数−jωを乗算することになる。   A waveform of a clock signal obtained by performing two-dimensional FFT and performing peak search, clock signal component extraction, and IFFT on the timing pulse signal by the absolute value processing is indicated by an X clock signal before integration in the X direction in the figure. However, referring to this waveform, unlike the case of FIG. 15, the optimum sample position is a positive peak position. For this reason, as in the case of the previous embodiment, it is necessary to delay the phase when adjusting the optimum sample position to the positive zero-cross position. Therefore, in this case, the phase is shifted by performing integration instead of differentiation. become. Specifically, the clock signal component extracted in the frequency domain is multiplied by an imaginary number −jω so that the optimum sample position becomes a positive zero cross position.

このような第5の変形例としての動作を実現するにあたっては、先の図37に示した構成において、Sobelオペレータ処理部40に代えて、アップコンバート部21からのアップコンバート後の画像に対し絶対値処理を行う絶対値処理部を設ける。以降の構成は、図37に示されるものと同様とされればよいが、X位相シフト処理部34x、Y位相シフト処理部34yの処理内容が異なる。すなわち、この場合のX位相シフト処理部34xでは、前段にて求まったXクロック信号成分について、IFFT後の波形の正のゼロクロス位置が最適サンプル位置となるようにX方向にX方向角周波数−jωxを乗算する。また、Y位相シフト処理部34yでは、Yクロック信号成分について、IFFT後の波形の正のゼロクロス位置が最適サンプル位置となるようにY方向にY方向角周波数−jωyを乗算することになる。 In realizing the operation as the fifth modified example, in the configuration shown in FIG. 37, the image after the up-conversion from the up-conversion unit 21 is absolute for the Sobel operator processing unit 40 instead of the Sobel operator processing unit 40. An absolute value processing unit for performing value processing is provided. The subsequent configuration may be the same as that shown in FIG. 37, but the processing contents of the X phase shift processing unit 34x and the Y phase shift processing unit 34y are different. In other words, the X phase shift processing unit 34x in this case has an X direction angular frequency −jω in the X direction with respect to the X clock signal component obtained in the previous stage so that the positive zero cross position of the waveform after IFFT becomes the optimum sample position. Multiply x . Further, the Y phase shift processing unit 34y multiplies the Y clock signal component by the Y direction angular frequency −jω y in the Y direction so that the positive zero cross position of the waveform after IFFT becomes the optimum sample position.

<第6の変形例>
第6の変形例は、タイミングパルス信号生成のための明示的な非線形信号処理(微分し絶対値をとる処理など)を一切行わずに、アップコンバート後の画像をそのままタイミングパルス信号として扱うものである。
ここで、これまでの説明によると、X方向、Y方向の各タイミングパルス信号としては、アップコンバート後の画像について絶対値処理(非線形処理)がされることでX方向、Y方向のエッジが強調される。但し、そのような明示的なエッジ強調処理を行わなくても、システムに潜む非線形性を利用して、クロック信号成分の抽出を行うことができる。
例えば2次元受光素子のγ特性をはじめとして、記録再生系には光学的および電気的に非線形な入出力特性が内在するので、読み取り信号をそのまま周波数解析しても、クロック信号成分を抽出することができる。
<Sixth Modification>
The sixth modified example treats the image after up-conversion as a timing pulse signal as it is without performing any explicit nonlinear signal processing (differential and absolute value processing, etc.) for generating a timing pulse signal. is there.
Here, according to the above description, as the timing pulse signals in the X direction and the Y direction, the edge in the X direction and the Y direction is emphasized by performing absolute value processing (non-linear processing) on the image after up-conversion. Is done. However, the clock signal component can be extracted by utilizing the nonlinearity hidden in the system without performing such explicit edge enhancement processing.
For example, since the recording / reproduction system has optically and electrically nonlinear input / output characteristics such as the γ characteristic of the two-dimensional light receiving element, the clock signal component can be extracted even if the read signal is subjected to frequency analysis as it is. Can do.

図43、図44は、アップコンバート後の画像をそのまま2次元FFTした解析結果を示している。図43はX軸近傍の基準点付近(つまりXクロック信号成分付近)、図44はY軸近傍の基準点付近(Yクロック信号成分付近)を拡大して示している。
これらの図を参照すると、アップコンバート後の画像をそのまま2次元FFTした場合は、もとの再生画像を反映して種々の周波数成分が含まれ、ピークが多数存在していることが確認できる。但し、よく観察してみると、それぞれのクロック信号成分が、それぞれ在るべき位置に弱いながらも存在していることが確認できる。
43 and 44 show the analysis results of two-dimensional FFT of the image after up-conversion as it is. FIG. 43 is an enlarged view of the vicinity of the reference point near the X axis (that is, the vicinity of the X clock signal component), and FIG. 44 is an enlarged view of the vicinity of the reference point near the Y axis (the vicinity of the Y clock signal component).
Referring to these figures, when the image after up-conversion is subjected to two-dimensional FFT as it is, it can be confirmed that various frequency components are included and many peaks exist reflecting the original reproduced image. However, if you observe closely, it can be confirmed that each clock signal component is weakly present at the position where it should be.

このような結果から、ピークの探索範囲を非常に狭い範囲に限定できる場合には、クロック信号成分の抽出が可能であることがわかる。
例えば、システムの設計を非常に厳しくでき、画像の変動が非常に小さい場合等には、ピークの探索範囲はより狭めることができる。従ってそのような条件が満たされる場合には、第5の変形例による手法を好適に適用することができる。
From these results, it can be seen that the clock signal component can be extracted when the peak search range can be limited to a very narrow range.
For example, the design of the system can be made very strict, and the peak search range can be narrowed when the fluctuation of the image is very small. Therefore, when such a condition is satisfied, the method according to the fifth modification can be suitably applied.

なお、このような第6の変形例を実現するにあたっては、図37の構成において、アップコンバート部21によるアップコンバート後の画像をそのまま2次元FFT処理するように、Sobelオペレータ処理部40を省略した構成とすればよい。   In realizing the sixth modified example, the Sobel operator processing unit 40 is omitted in the configuration of FIG. 37 so that the image after the up-conversion by the up-conversion unit 21 is directly subjected to the two-dimensional FFT processing. What is necessary is just composition.

<第7の変形例>
これまでの説明から理解されるように、クロック信号成分の抽出にあたっては、2次元FFTを行うが、2次元のFFTは、行と列方向に1次元FFTを繰り返し実行することにより実現することができる。この手法は行−列分解法として知られている。
<Seventh Modification>
As can be understood from the above description, the two-dimensional FFT is performed when extracting the clock signal component, but the two-dimensional FFT can be realized by repeatedly executing the one-dimensional FFT in the row and column directions. it can. This technique is known as the row-column decomposition method.

図45は、このような行−列分解法による2次元FFTの手法を模式的に示している。このように先ずはX方向の行毎に1次元FFTを行い、次いでY方向の列ごとに1次元FFTを行う。
1次元FFTの計算量のオーダーはN・log(N)である。上記のようにして通常の行−列分解法は1次元FFTを行でN回、列でN回行うことから合計2N回の1次元FFTを行うことになるので、2次元FFTの計算量のオーダーは合計で2N2Log(N) となる。
FIG. 45 schematically shows a two-dimensional FFT technique based on such a row-column decomposition method. In this way, first, a one-dimensional FFT is performed for each row in the X direction, and then a one-dimensional FFT is performed for each column in the Y direction.
The order of the calculation amount of the one-dimensional FFT is N · log (N). As described above, since the normal row-column decomposition method performs 1-dimensional FFT N times in rows and N times in columns, a total of 2N 1-dimensional FFTs are performed. The order is 2N 2 Log (N) in total.

しかしながら、ここでの目的は、クロック成分の抽出であり、従ってクロック信号成分の探索範囲のみで解析結果が得られればよいと考えることができる。
そこで、次の図46に示されるようにして、X方向、Y方向の何れか一方のみについては、必要とされる範囲内でのみ1次元FFTを行う。
図46(a)は、Xクロック信号成分の探索範囲とYクロック信号成分の探索範囲とを示しているが、クロック信号成分の抽出時に必要な解析結果は、これらの部分のみとなる。従って図46(b)に示すように、例えばX方向については各行で1次元FFTを行った後、Y方向については、それぞれの探索範囲が含まれる列についてのみ1次元FFTを行う。
However, the purpose here is to extract the clock component, and therefore it can be considered that the analysis result only needs to be obtained only in the search range of the clock signal component.
Therefore, as shown in FIG. 46, one-dimensional FFT is performed only within a required range for only one of the X direction and the Y direction.
FIG. 46A shows the search range of the X clock signal component and the search range of the Y clock signal component, but the analysis result necessary when extracting the clock signal component is only these portions. Therefore, as shown in FIG. 46B, for example, a one-dimensional FFT is performed on each row in the X direction, and then a one-dimensional FFT is performed only on the columns including the respective search ranges in the Y direction.

例えば仮に、各探索範囲の幅が再生画像幅の5%だとすれば、探索範囲はX、Yの2箇所なので10%になり、列毎の1次元FFTは10%に削減される。但し、行毎の1次元FFTは全ての行について行う必要があり、全体の計算量は50%+50% ×10%=55%となる。オーダーとすれば約1/2に削減できる。   For example, if the width of each search range is 5% of the playback image width, the search range is 10% because the search range is X and Y, and the one-dimensional FFT for each column is reduced to 10%. However, the one-dimensional FFT for each row needs to be performed for all rows, and the total calculation amount is 50% + 50% × 10% = 55%. If ordered, it can be reduced to about ½.

なお、計算量の削減の面でみれば、行毎の1次元FFTでも同様の考えで削減できるはずであるが、既にFFTアルゴリズムによって大幅に削減されているので、大幅な計算量の削減は困難である。ただ、例えばFFT処理内部での最終段に近いところで、目的のクロック信号成分に関わる部分のみを計算すればよく、それによって相応の計算量削減が可能である。なお、このような行に関しての削減方法ができれば、これを列についてさらに適用することも可能であり、その分さらに計算量を削減できる。   From the viewpoint of reducing the amount of calculation, a one-dimensional FFT for each row should be able to be reduced in the same way, but since it has already been greatly reduced by the FFT algorithm, it is difficult to significantly reduce the amount of calculation. It is. However, it is only necessary to calculate only the portion related to the target clock signal component near the final stage in the FFT processing, and the calculation amount can be reduced accordingly. If a reduction method for such a row is possible, it can be further applied to the column, and the amount of calculation can be further reduced accordingly.

また、上記説明では、先ずは行について1次元FFTを行った後に列についての1次元FFTを行うことを前提として説明したが、それらの順が入れ替わった場合にも同様の考えに基づき計算量の削減を図ることができる。
また、上記第7の変形例としての手法は、例えばDFTなどのFFT以外の他のフーリエ変換手法を採用する場合にも適用できる。
In the above description, the description is based on the assumption that the one-dimensional FFT is first performed on the rows and then the one-dimensional FFT is performed on the columns. However, when the order is changed, the calculation amount is calculated based on the same idea. Reduction can be achieved.
Further, the technique as the seventh modified example can be applied to a case where a Fourier transform technique other than FFT such as DFT is employed.

なお、確認のために述べておくと、本発明ではこの第7の変形例によるフーリエ変換の手法と、通常行われる行−列分解法による2次元FFTも含めて「2次元的なフーリエ変換」と総称している。
また、ここで言う「フーリエ変換」とは、例示したFFTに限定されるべきものではなく、2次元のベクトル・ラディックスFFTや、さらにはFFTのみならずDFTを定義通りに計算する方法、フィルタバンクを構成して周波数成分に分解する方法など、周波数解析を行うあらゆる手法を包含するものであるとする。
For confirmation, the present invention includes a “two-dimensional Fourier transform” including the Fourier transform method according to the seventh modified example and the two-dimensional FFT based on the usual row-column decomposition method. And collectively.
The “Fourier transform” here is not limited to the exemplified FFT, but a two-dimensional vector radix FFT, a method for calculating not only FFT but also DFT as defined, filter bank And any method for performing frequency analysis, such as a method for decomposing into frequency components.

<その他の変形例>
なお、実施の形態では、LPFやアップコンバートや微分の処理を個別のステップに分けて説明したが、これはあくまでもアルゴリズムを説明する上で分かりやすくするために配慮したものであって、これに限定されるものではない。
例えば、説明したアルゴリズムの一部は、周波数領域においてより計算量を少なくして行うことができる。この点に関しては実際のシステムに応じて適宜、計算量が削減できる手法を選択すればよい。
具体例を挙げると、LPFと微分の処理は、周波数領域にて行うこともできる。これらLPFや微分処理は線形フィルタであり、畳み込み演算で表される。畳み込み演算は、周波数領域においては各周波数成分毎に積をとることと等しく、計算量も少なくてよいことは周知である。また、LPFと微分の処理はあらかじめ畳み込んでおけるから、その分も計算量を削減できる。
また、例えばアップコンバート処理も、周波数領域において、サイズを拡張してゼロで埋めればよいことは周知である。
このようなことを組み合わせて、予め計算できることはしておき、周波数領域で演算を行うことにより計算量のさらなる削減を図ることができる。
但し、フィルタのタップ数が少ない場合には、実画像領域で畳み込みを行う方が計算量が小となることもあるので、適宜選択すればよい。
<Other variations>
In the embodiment, the LPF, up-conversion, and differentiation processes have been described as being divided into individual steps. However, this is only for the sake of clarity in explaining the algorithm, and is not limited to this. Is not to be done.
For example, some of the described algorithms can be performed with less computation in the frequency domain. In this regard, a method capable of reducing the amount of calculation may be selected as appropriate according to the actual system.
As a specific example, LPF and differentiation processing can also be performed in the frequency domain. These LPF and differential processing are linear filters and are expressed by convolution operations. It is well known that the convolution operation is equivalent to taking a product for each frequency component in the frequency domain, and the amount of calculation may be small. In addition, since the LPF and differentiation processes can be convolved in advance, the amount of calculation can be reduced accordingly.
In addition, for example, it is well known that up-conversion processing may be performed by extending the size and filling in zero in the frequency domain.
In addition to being able to calculate in advance by combining these things, the amount of calculation can be further reduced by performing calculations in the frequency domain.
However, when the number of taps of the filter is small, the amount of calculation may be smaller when performing convolution in the actual image region.

また、これまでの説明では、周波数領域上でクロック信号成分を抽出するとき、Xクロック信号についてはX軸近傍の所定の範囲を探索し、Yクロック信号についてはY軸近傍の所定の範囲を探索して抽出することにしたが、これは、SLM3とイメージセンサ6のX軸とY軸がそれぞれ一致しているときの状況においては、そのようにすべきである、ということであって、システムの設計もしくは動作状況により、予めそれらの座標系の関係として回転角度や拡大率を知ることができるならば、それに応じて、それぞれのクロック信号成分を抽出するための適切な第1の所定範囲と第2の所定範囲とを定めて、それらを対象範囲としてピーク探索を行って各クロック信号を抽出してもよい。   In the above description, when extracting the clock signal component on the frequency domain, the X clock signal is searched for a predetermined range near the X axis, and the Y clock signal is searched for a predetermined range near the Y axis. In the situation when the X-axis and Y-axis of the SLM 3 and the image sensor 6 are respectively coincided with each other, this should be done. If it is possible to know the rotation angle and the enlargement ratio in advance as the relationship between the coordinate systems according to the design or operation status, the first predetermined range suitable for extracting the respective clock signal components is determined accordingly. The second predetermined range may be determined, and peak search may be performed using these as the target range to extract each clock signal.

また、これまでの説明では、アップコンバートを行うことを前提として説明したが、例えばSLM3の画素数に対しイメージセンサ6の画素数が充分に多く、オーバーサンプルレートが充分に高い場合等には、特にアップコンバート処理を行う必要はない。   In the description so far, the description has been made on the premise that up-conversion is performed. For example, when the number of pixels of the image sensor 6 is sufficiently larger than the number of pixels of the SLM 3 and the oversample rate is sufficiently high, etc. There is no need to perform an up-conversion process.

また、先の実施の形態では、タイミングパルス信号として、絶対値処理を行うことで微分処理結果の正と負のエッジの双方を使用するものとしたが、片方のみのエッジからでもクロック抽出を行うことができる。具体的には、絶対値処理は行わず、微分結果の正か負のどちらか一方のみの波形を残し、他方は0にするという処理を行う。
このような手法によってもクロックを抽出することができるが、絶対値処理を行う場合のように正と負のエッジの両方を利用することにより得られるメリットが失われることになる。すなわち、絶対値処理を行っておけば、クロック信号が正と負のエッジの両方にフィットするように抽出されるので、サンプル位置がどちらかに偏ったりせずに、正と負のエッジ位置のずれの偏りが中和されたものとして精度よく位置特定を行うことができるが、上記手法によるとこの点での精度に欠けるものとなってしまう。
また、絶対値処理を行った場合、エッジ情報の量が相対的に2倍になるので、クロック信号成分の強度が大となりS/N比が向上するという効果も得られる。
In the previous embodiment, both the positive and negative edges of the differential processing result are used as the timing pulse signal by performing absolute value processing. However, clock extraction is performed from only one edge. be able to. Specifically, the absolute value processing is not performed, and only the positive or negative waveform of the differential result is left, and the other is set to 0.
Although the clock can be extracted by such a method, the merit obtained by using both positive and negative edges as in the case of performing absolute value processing is lost. In other words, if absolute value processing is performed, the clock signal is extracted so as to fit both the positive and negative edges, so that the sample positions are not biased to either direction, and the positive and negative edge positions are extracted. Although the position can be specified with high accuracy assuming that the deviation of the deviation is neutralized, the above method lacks accuracy in this respect.
Further, when absolute value processing is performed, the amount of edge information is relatively doubled, so that the effect of increasing the S / N ratio by increasing the strength of the clock signal component can be obtained.

なお、確認のために述べておくと、絶対値処理としては、絶対値化に相当する処理を行えばよく、例えば2乗をとるなどの処理も絶対値処理に含まれるものとする。   For the sake of confirmation, as absolute value processing, processing corresponding to absolute value processing may be performed. For example, processing such as taking the square is included in absolute value processing.

また、これまでの説明では、リサンプリングにより最終的に計算した各ピクセルの振幅値から各ビット値を得る(つまりデータ識別を行う)にあたっては、従来と同様のソート検出を採用する場合を例示したが、スパース符号化ではない符号化の場合にも本発明は適用でき、その場合にはソート検出ではなく、使用する符号化に応じた復号(データ識別)方法を採用すればよい。なお、この際の復号において、本発明の手法で各リサンプリング位置ごとに取得した振幅値を利用する点は共通である。   In the description so far, the case where the sort detection similar to the conventional method is employed in obtaining each bit value from the amplitude value of each pixel finally calculated by resampling (that is, performing data identification) has been exemplified. However, the present invention can also be applied to encoding other than sparse encoding. In this case, a decoding (data identification) method corresponding to the encoding to be used may be employed instead of sort detection. In this case, the decoding uses the amplitude value acquired for each resampling position by the method of the present invention.

また、これまでの説明では、本発明がホログラム記録媒体についての再生時にのみ適用される場合を例示したが、この他にも、例えば2次元バーコードの読み取り装置など、所要のピクセル単位でデータビット値が格納された2次元画像によりデータが記録された媒体について、上記2次元画像中の各ピクセルの値を読み出すための装置であれば、本発明を好適に適用することができる。
通常、2次元バーコードには、サンプル位置を求める処理の容易化のために、白黒の交番するクロックパターンが埋め込まれているが、本発明を適用すればこれを削除することができ、データ容量を増大させることができる。また、本発明によれば、非常にロバストにリサンプリングを行なうことができるので、従来よりもエラーレートを低減できるなど、読み取り性能を向上させることができる。
但し、例えば2次元バーコードの場合、ホログラム記録再生の場合とは異なり、イメージセンサ側の何画素分で記録画像中の1ピクセル分の像を受光するかが定まっていないことから、X方向、Y方向のクロック周期を予め推定することができない。従って、そのような場合には、先の第6の変形例のようにタイミングパルス生成のための明示的な非線形処理を一切行わない手法を適用することは困難となる。すなわち、この場合はクロック周波数成分を良好に抽出するために、タイミングパルス生成のための明示的な非線形処理を行うことが好ましい。
In the above description, the case where the present invention is applied only at the time of reproduction of a hologram recording medium has been exemplified. However, in addition to this, for example, a data bit in a required pixel unit such as a two-dimensional barcode reader. The present invention can be suitably applied to any apparatus that reads the value of each pixel in the two-dimensional image on a medium on which data is recorded by the two-dimensional image in which the value is stored.
Usually, a black and white alternating clock pattern is embedded in the two-dimensional barcode to facilitate the processing for obtaining the sample position. However, if the present invention is applied, this can be deleted, and the data capacity Can be increased. In addition, according to the present invention, since resampling can be performed very robustly, it is possible to improve reading performance, such as reducing the error rate as compared with the prior art.
However, for example, in the case of a two-dimensional barcode, unlike in the case of hologram recording / reproduction, it is not determined how many pixels on the image sensor side will receive the image of one pixel in the recorded image. The clock cycle in the Y direction cannot be estimated in advance. Therefore, in such a case, it is difficult to apply a technique that does not perform any explicit nonlinear processing for timing pulse generation as in the sixth modification. That is, in this case, in order to extract the clock frequency component satisfactorily, it is preferable to perform explicit nonlinear processing for generating timing pulses.

また、これまでの説明では、本発明が、記録・再生の双方が可能な記録再生装置に適用される場合を例示したが、本発明としては少なくとも再生が可能な再生装置に対して適用することができる。   In the above description, the case where the present invention is applied to a recording / playback apparatus capable of both recording and playback has been exemplified. However, the present invention is applied to at least a playback apparatus capable of playback. Can do.

また、これまでの説明では、反射膜を備えた反射型のホログラム記録媒体に対応する場合を例示したが、本発明としては、反射膜を備えない透過型のホログラム記録媒体に対応する再生装置に対しても好適に適用できる。このように透過型のホログラム記録媒体に対応する場合の再生装置としては、照射した参照光に応じて反射光として得られる回折光をイメージセンサ側に導くためのビームスプリッタは不要とすることができる。この場合、参照光の照射に応じて得られる回折光はホログラム記録媒体自体を透過することになるので、レーザ光の出射点側から見てホログラム記録媒体の反対側にさらに対物レンズを設けておき、透過光としての回折光を当該対物レンズを介してイメージセンサ側に導くように構成すればよい。   Further, in the above description, the case corresponding to the reflection type hologram recording medium provided with the reflection film has been exemplified. However, as the present invention, the reproducing apparatus corresponding to the transmission type hologram recording medium not including the reflection film is used. The present invention can also be suitably applied. As described above, a reproducing apparatus that supports a transmissive hologram recording medium can eliminate the need for a beam splitter for guiding diffracted light obtained as reflected light to the image sensor side in accordance with irradiated reference light. . In this case, since the diffracted light obtained in response to the irradiation of the reference light is transmitted through the hologram recording medium itself, an objective lens is further provided on the opposite side of the hologram recording medium when viewed from the laser beam emission point side. The diffracted light as transmitted light may be guided to the image sensor side through the objective lens.

実施の形態のホログラム再生装置の内部構成について示したブロック図である。It is the block diagram shown about the internal structure of the hologram reproduction apparatus of embodiment. ホログラム記録媒体への記録手法ついて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the recording method to a hologram recording medium. ホログラム記録媒体の再生手法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reproduction | regeneration method of a hologram recording medium. 空間光変調器上で規定される参照光エリア、信号光エリア、ギャップエリアの各エリアについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating each area of the reference light area, signal light area, and gap area which are prescribed | regulated on a spatial light modulator. 実施の形態のホログラム再生装置が備えるデータ再生部の内部構成について示したブロック図である。It is the block diagram shown about the internal structure of the data reproduction part with which the hologram reproduction apparatus of embodiment is provided. センサ出力画像を示した図である。It is the figure which showed the sensor output image. アップコンバート後の画像を示した図である。It is the figure which showed the image after up-conversion. 微分処理のための画像マスクを示した図である。It is the figure which showed the image mask for a differentiation process. X方向タイミングパルス信号としての画像を示した図である。It is the figure which showed the image as a X direction timing pulse signal. Y方向タイミングパルス信号としての画像を示した図である。It is the figure which showed the image as a Y direction timing pulse signal. X方向タイミングパルス信号についての2次元FFTによる解析結果を示した図である。It is the figure which showed the analysis result by 2D FFT about an X direction timing pulse signal. Y方向タイミングパルス信号についての2次元FFTによる解析結果を示した図である。It is the figure which showed the analysis result by two-dimensional FFT about a Y direction timing pulse signal. Xクロック信号成分の抽出結果を示した図である。It is the figure which showed the extraction result of X clock signal component. Yクロック信号成分の抽出結果を示した図である。It is the figure which showed the extraction result of Y clock signal component. 位相シフト処理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a phase shift process. Xクロック信号としての画像を示した図である。It is the figure which showed the image as a X clock signal. Yクロック信号としての画像を示した図である。It is the figure which showed the image as a Y clock signal. クロック信号のゼロクロス線の抽出手法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction method of the zero cross line of a clock signal. Xクロック信号の正のゼロクロス線の抽出結果を示した図である。It is the figure which showed the extraction result of the positive zero cross line of X clock signal. Yクロック信号の正のゼロクロス線の抽出結果を示した図である。It is the figure which showed the extraction result of the positive zero cross line of Y clock signal. 各ゼロクロス線群の格子点の抽出結果を示した図である。It is the figure which showed the extraction result of the grid point of each zero cross line group. イメージセンサと信号光との位置関係について示した図である。It is the figure shown about the positional relationship of an image sensor and signal light. リサンプリング結果の画像を示した図である。It is the figure which showed the image of the resampling result. ページシンクの配置例を示した図である。It is a figure showing an example of arrangement of a page sync. ページシンクの他の配置例を示した図である。It is the figure which showed the other example of arrangement | positioning of a page sync. 従来の再生方式を採用した場合のページ内のエラーの分布、SER、SNRについての各実験結果を示した図である。It is the figure which showed each experimental result about the distribution of the error in a page at the time of employ | adopting the conventional reproduction | regeneration system, SER, and SNR. 本実施の形態の再生方式を適用した場合のページ内のエラーの分布、SER、SNRについての各実験結果を示した図である。It is the figure which showed each experimental result about the distribution of the error in a page at the time of applying the reproducing | regenerating system of this Embodiment, SER, and SNR. 画像の拡大/縮小に対するマージン特性についての実験結果を示した図である。It is the figure which showed the experimental result about the margin characteristic with respect to expansion / reduction of an image. 画像の回転に対するマージン特性についての実験結果を示した図である。It is the figure which showed the experimental result about the margin characteristic with respect to the rotation of the image. 実験結果を得るにあたって設定した記録フォーマットについて説明するための図として、信号光エリア内へのデータの最小敷き詰め単位の例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a minimum unit of data in a signal light area as a diagram for explaining a recording format set when obtaining an experimental result. 実験結果を得るにあたって設定した記録フォーマットについて説明するための図として、シンクパターンとシンクの挿入間隔の例を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a sync pattern and a sync insertion interval as a diagram for explaining a recording format set in obtaining an experimental result. 実験結果を得るにあたって設定した記録フォーマットによる、信号光エリア内のシンク配置を示した図である。It is the figure which showed the sink arrangement | positioning in a signal light area by the recording format set in obtaining an experimental result. 画像の拡大時(1.1倍)における2次元FFTによる解析結果を示した図である。It is the figure which showed the analysis result by two-dimensional FFT at the time of the expansion of an image (1.1 times). 画像の回転時(5度)における2次元FFTによる解析結果を示した図である。It is the figure which showed the analysis result by two-dimensional FFT at the time of image rotation (5 degree | times). 第2の変形例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd modification. 第3の変形例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 3rd modification. 第4の変形例の場合のデータ再生部の内部構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the internal structure of the data reproduction part in the case of a 4th modification. Sobelのオペレータ処理結果を示した図である。It is the figure which showed the operator processing result of Sobel. Sobelのオペレータ処理後の画像を2次元FFTして得られる解析結果について示した図である。It is the figure shown about the analysis result obtained by carrying out the two-dimensional FFT of the image after Sobel operator processing. アップコンバート後の画像をそのまま絶対値処理した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which performed the absolute value process of the image after up-conversion as it is. 絶対値処理した画像を2次元FFTして得られた解析結果を示した図である。It is the figure which showed the analysis result obtained by performing two-dimensional FFT on the image which carried out the absolute value process. 第5の変形例の場合の位相シフト処理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phase shift process in the case of a 5th modification. アップコンバート後の画像をそのまま2次元FFTして得られた解析結果(Xクロック信号成分付近)を示した図である。It is the figure which showed the analysis result (X clock signal component vicinity) obtained by carrying out 2D FFT of the image after up-conversion as it is. アップコンバート後の画像をそのまま2次元FFTして得られた解析結果(Yクロック信号成分付近)を示した図である。It is the figure which showed the analysis result (Y clock signal component vicinity) obtained by carrying out 2D FFT of the image after up-conversion as it is. 行−列分解法による2次元FFTの手法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the method of the two-dimensional FFT by a row-column decomposition method. 第7の変形例としてのFFTの手法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the technique of FFT as a 7th modification. 従来の記録再生手法にて採用されていた記録データフォーマットの具体例について説明するための図として、空間光変調器での変調パターンを模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a modulation pattern in a spatial light modulator as a diagram for explaining a specific example of a recording data format employed in a conventional recording / reproducing method. 従来の記録再生手法にて採用されていた記録データフォーマットの具体例について説明するための図として、記録データ中に挿入されるシンクのパターン例について示した図である。As a diagram for explaining a specific example of a recording data format employed in a conventional recording / reproducing method, it is a diagram showing a pattern example of a sync inserted in recording data. 従来の記録フォーマットに基づき行われる、従来のホログラム記録再生手法の例を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the example of the conventional hologram recording and reproducing method performed based on the conventional recording format. 従来の1次元画像に対するクロック抽出手法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the clock extraction method with respect to the conventional one-dimensional image. 従来の1次元画像に対するクロック抽出手法をそのまま2次元画像に適用した場合の問題点について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem at the time of applying the clock extraction method with respect to the conventional one-dimensional image to a two-dimensional image as it is.

符号の説明Explanation of symbols

1 記録再生装置、LD レーザダイオード、2 コリメータレンズ、3 SLM(空間光変調器)、4 ビームスプリッタ、5 ホログラム記録媒体、6 イメージセンサ、OL 対物レンズ、7 データ変調部、8 データ再生部、20 LPF、21 アップコンバート部、22 リサンプリング位置特定部、23 リサンプリング部、24 ページシンク位置合わせ部、25 シンボル抽出部、26 データ識別部、27 スパース符号デコード部、30x X方向微分処理部、30y Y方向微分処理部、31x X絶対値処理部、31y Y絶対値処理部、32x X−FFT処理部、32y Y−FFT処理部、33x Xクロック信号成分抽出部、33y Yクロック信号成分抽出部、34x X位相シフト処理部、34y Y位相シフト処理部、35x X−IFFT処理部、35y Y−IFFT処理部、36x Xゼロクロス線抽出部、36y Yゼロクロス線抽出部、37 ゼロクロス線格子点抽出部、40 Sobelオペレータ処理部、41 FFT処理部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recording / reproducing apparatus, LD laser diode, 2 Collimator lens, 3 SLM (Spatial light modulator), 4 Beam splitter, 5 Hologram recording medium, 6 Image sensor, OL Objective lens, 7 Data modulation part, 8 Data reproduction part, 20 LPF, 21 up-conversion unit, 22 resampling position specifying unit, 23 resampling unit, 24 page sync alignment unit, 25 symbol extraction unit, 26 data identification unit, 27 sparse code decoding unit, 30x X direction differentiation processing unit, 30y Y-direction differential processing unit, 31x X absolute value processing unit, 31y Y absolute value processing unit, 32x X-FFT processing unit, 32y Y-FFT processing unit, 33x X clock signal component extraction unit, 33y Y clock signal component extraction unit, 34x X phase shift processing unit, 34y Y phase shift processing , 35x X-IFFT processing unit, 35y Y-IFFT processing unit, 36x X zero cross line extraction unit, 36y Y zero cross line extraction unit, 37 zero cross line grid point extraction section, 40 Sobel operator processing unit, 41 FFT processor

Claims (20)

参照光と、記録データに応じ2次元の空間光変調器による変調を受けて生成された信号光との干渉縞によってホログラムページ単位ごとにデータが記録されたホログラム記録媒体について再生を行うホログラム再生装置であって、
上記ホログラム記録媒体に対して上記参照光を照射する参照光照射手段と、
上記参照光が上記ホログラム記録媒体に対して照射されることで得られる上記ホログラムページ単位のデータに応じた回折光を受光した結果に基づき、2次元画像データを得る画像取得手段と、
上記2次元画像データに基づく2次元的なフーリエ変換処理を行い、上記2次元画像データ中に含まれる平面波要素について周波数解析を行う解析手段と、
上記解析手段による解析結果に対して、第1の所定範囲内と第2の所定範囲内でそれぞれパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第1方向クロック情報と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第2方向クロック情報とを取得するクロック情報取得手段と、
上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記2次元画像データ中における上記空間光変調器のピクセル単位での位置を特定するピクセル位置特定手段と、
上記ピクセル位置特定手段により特定された位置情報に基づき、各ピクセルの振幅値を取得する振幅値取得手段と、
を備えることを特徴とするホログラム再生装置。
Hologram reproducing apparatus for reproducing hologram recording medium in which data is recorded for each hologram page by interference fringes between reference light and signal light generated by being modulated by a two-dimensional spatial light modulator according to recording data Because
Reference light irradiation means for irradiating the hologram recording medium with the reference light;
Image acquisition means for obtaining two-dimensional image data based on the result of receiving diffracted light corresponding to the hologram page unit data obtained by irradiating the hologram recording medium with the reference light;
Analysis means for performing a two-dimensional Fourier transform process based on the two-dimensional image data and performing a frequency analysis on a plane wave element included in the two-dimensional image data;
A search is made for the peak portion of the power spectrum within the first predetermined range and the second predetermined range with respect to the analysis result by the analyzing means, and based on the peak portion detected within the first predetermined range. First direction clock information indicating the period, phase, and normal direction of the specified plane wave, and the period, phase, and normal direction of the plane wave specified based on the peak portion detected within the second predetermined range. Clock information acquisition means for acquiring second direction clock information representing
Pixel position specifying means for specifying a position of the spatial light modulator in the pixel unit in the two-dimensional image data based on the first direction clock information and the second direction clock information;
Amplitude value acquisition means for acquiring the amplitude value of each pixel based on the position information specified by the pixel position specification means;
A hologram reproducing apparatus comprising:
上記画像取得手段により得られた上記2次元画像データに対して微分処理を施す微分処理手段と、
上記微分処理手段により微分処理された上記2次元画像データに対して非線形処理を施す非線形処理手段と、をさらに備え、
上記解析手段は、
上記非線形処理手段による非線形処理後の上記2次元画像データに対して2次元的なフーリエ変換処理を施す、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
Differential processing means for performing differential processing on the two-dimensional image data obtained by the image acquisition means;
A non-linear processing means for performing non-linear processing on the two-dimensional image data subjected to differential processing by the differential processing means,
The analysis means is
Two-dimensional Fourier transform processing is performed on the two-dimensional image data after the nonlinear processing by the nonlinear processing means.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記画像取得手段により得られた上記2次元画像データに対して非線形処理を施す非線形処理手段をさらに備え、
上記解析手段は、
上記非線形処理手段による非線形処理後の上記2次元画像データに対して2次元的なフーリエ変換処理を施す、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
Non-linear processing means for performing non-linear processing on the two-dimensional image data obtained by the image acquisition means,
The analysis means is
Two-dimensional Fourier transform processing is performed on the two-dimensional image data after the nonlinear processing by the nonlinear processing means.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記非線形処理手段は、
上記非線形処理として、上記2次元画像データの絶対値をとる、又は2乗値をとる処理を実行する、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のホログラム再生装置。
The nonlinear processing means includes
As the non-linear process, an absolute value of the two-dimensional image data is taken, or a process of taking a square value is executed.
4. The hologram reproducing apparatus according to claim 2, wherein the hologram reproducing apparatus is characterized in that:
上記クロック情報取得手段は、
上記第1方向クロック情報、上記第2方向クロック情報として、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づく成分に対して逆フーリエ変換を施して実画像に変換した第1方向2次元クロック画像と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づく成分に対して逆フーリエ変換を施して実画像に変換した第2方向2次元クロック画像とをそれぞれ取得し、
上記ピクセル位置特定手段は、
上記第1方向2次元クロック画像が表す第1方向の周期ラインと、上記第2方向2次元クロック画像が表す第2方向の周期ラインとを抽出し、各周期ラインが交わる各格子点を求めた上で、それら各格子点の位置に基づいて上記ピクセル単位での位置を特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
The clock information acquisition means
As the first direction clock information and the second direction clock information, a first direction two-dimensional image obtained by performing an inverse Fourier transform on a component based on a peak portion detected within the first predetermined range and converting the component into a real image. Obtaining a clock image and a second direction two-dimensional clock image obtained by performing inverse Fourier transform on the component based on the peak portion detected within the second predetermined range and converting the component into a real image,
The pixel position specifying means includes:
The first direction periodic line represented by the first direction two-dimensional clock image and the second direction periodic line represented by the second direction two-dimensional clock image were extracted, and each lattice point where each periodic line intersected was obtained. In the above, the position in the pixel unit is specified based on the position of each grid point.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記クロック情報取得手段は、
上記第1方向クロック情報、上記第2方向クロック情報として、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分の中心成分とその近傍成分とを含めた成分に対して逆フーリエ変換を施して実画像に変換した第1方向2次元クロック画像と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分の中心成分とその近傍の成分とを含めた成分に対して逆フーリエ変換を施して実画像に変換した第2方向2次元クロック画像とをそれぞれ取得し、
上記ピクセル位置特定手段は、
上記第1方向2次元クロック画像が表す第1方向の周期ラインと、上記第2方向2次元クロック画像が表す第2方向の周期ラインとを抽出し、各周期ラインが交わる各格子点を求めた上で、それら各格子点の位置に基づいて上記ピクセル単位での位置を特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
The clock information acquisition means
As the first direction clock information and the second direction clock information, an inverse Fourier transform is applied to the component including the central component of the peak portion detected in the first predetermined range and its neighboring components. A real image obtained by performing inverse Fourier transform on a component including the first direction two-dimensional clock image converted into an image and the central component of the peak portion detected in the second predetermined range and its neighboring components. Each of the second direction two-dimensional clock image converted into
The pixel position specifying means includes:
The first direction periodic line represented by the first direction two-dimensional clock image and the second direction periodic line represented by the second direction two-dimensional clock image were extracted, and each lattice point where each periodic line intersected was obtained. In the above, the position in the pixel unit is specified based on the position of each grid point.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記画像取得手段により得られた上記2次元画像データについて第1方向微分処理を行う第1方向微分処理手段と、
上記第1方向微分処理手段による微分処理後のデータに対して非線形処理を施す第1方向非線形処理手段と、
上記画像取得手段により得られた上記2次元画像データについて第2方向微分処理を行う第2方向微分処理手段と、
上記第2方向微分処理手段による微分処理後のデータに対して非線形処理を施す第2方向非線形処理手段と、をさらに備え、
上記解析手段は、
上記第1方向非線形処理手段による処理後の2次元画像データと、上記第2方向非線形処理手段による処理後の2次元画像データとについて、それぞれ個別に2次元的なフーリエ変換処理を施し、
上記クロック情報取得手段は、
上記解析手段による上記第1方向非線形処理手段で処理された2次元画像データについての解析結果に基づき上記第1方向クロック情報を取得し、上記解析手段による上記第2方向非線形処理手段で処理された2次元画像データについての解析結果に基づき上記第2方向クロック情報を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
First direction differentiation processing means for performing first direction differentiation processing on the two-dimensional image data obtained by the image acquisition means;
First direction nonlinear processing means for performing nonlinear processing on the data after differential processing by the first direction differential processing means;
Second direction differentiation processing means for performing second direction differentiation processing on the two-dimensional image data obtained by the image acquisition means;
Second direction nonlinear processing means for performing nonlinear processing on the data after differentiation processing by the second direction differentiation processing means,
The analysis means is
Two-dimensional Fourier transform processing is performed individually on the two-dimensional image data after processing by the first direction nonlinear processing means and the two-dimensional image data after processing by the second direction nonlinear processing means,
The clock information acquisition means
The first direction clock information is obtained based on the analysis result of the two-dimensional image data processed by the first direction nonlinear processing means by the analysis means, and processed by the second direction nonlinear processing means by the analysis means. Obtaining the second direction clock information based on the analysis result of the two-dimensional image data;
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記振幅値取得手段は、
上記ピクセル位置特定手段により特定された各ピクセルの位置の周辺の値を用いた補間処理を行って上記各ピクセルの振幅値を計算により取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
The amplitude value acquisition means includes
Performing an interpolation process using values around the position of each pixel specified by the pixel position specifying means to obtain the amplitude value of each pixel by calculation;
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記振幅値取得手段は、
上記補間処理として最近傍法、双線形補間法、3次補間法、双3次スプライン法の何れかに基づく補間処理を実行する、
ことを特徴とする請求項8に記載のホログラム再生装置。
The amplitude value acquisition means includes
An interpolation process based on any of the nearest neighbor method, bilinear interpolation method, cubic interpolation method, and bicubic spline method is executed as the interpolation process.
The hologram reproducing apparatus according to claim 8, wherein:
上記ホログラムページ単位のデータ中には、ページシンクとして予め定められた所定のデータパターンが挿入されていると共に、
さらに、
上記振幅値取得手段により取得された上記各ピクセルの振幅値と、上記ページシンクとしての所定のデータパターンとに基づいて上記2次元画像データ中における上記ページシンク位置の探索を行った結果に基づき、上記各ピクセルのフォーマット上での位置を特定する位置合わせ手段と、
上記振幅値取得手段により取得された各ピクセルの値と、上記位置合わせ手段により特定された上記各ピクセルのフォーマット上での位置の情報とに基づき、データ再生を行う再生処理手段とを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
In the hologram page unit data, a predetermined data pattern predetermined as a page sync is inserted, and
further,
Based on the result of searching the page sync position in the two-dimensional image data based on the amplitude value of each pixel acquired by the amplitude value acquisition means and the predetermined data pattern as the page sync, Alignment means for specifying the position of each pixel in the format;
Reproduction processing means for performing data reproduction based on the value of each pixel acquired by the amplitude value acquisition means and the position information on the format of each pixel specified by the alignment means,
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記ページシンクは複数挿入されており、
上記位置合わせ手段は、
それら複数のページシンクを一体のページシンクとして探索を行った結果に基づき上記各ピクセルのフォーマット上での位置を特定する、
ことを特徴とする請求項10に記載のホログラム再生装置。
Multiple page syncs are inserted,
The alignment means is
The position of each pixel on the format is specified based on a result of searching the plurality of page syncs as an integrated page sync.
The hologram reproducing apparatus according to claim 10.
上記クロック情報取得手段は、
上記解析手段による解析結果に基づいて上記ピーク部分の探索を行うにあたり、上記第1の所定範囲内と上記第2の所定範囲内の各点の組み合わせとして、周波数が同一で且つ法線方向が直交する関係となっている各点の組み合わせごとにパワースペクトルを検出し、検出した各点のパワースペクトルに基づきそれら各点の総合的なパワースペクトルを評価する評価値をそれぞれ計算した上で、この評価値の計算結果に基づいて上記第1の所定範囲内のピーク部分と上記第2の所定範囲内のピーク部分とを総合的に探索する、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
The clock information acquisition means
When searching for the peak portion based on the analysis result by the analysis means, the frequency is the same and the normal direction is orthogonal as a combination of points within the first predetermined range and the second predetermined range. The power spectrum is detected for each combination of points that are related to each other, and based on the detected power spectrum of each point, an evaluation value that evaluates the overall power spectrum of each point is calculated, and this evaluation is performed. Comprehensively searching for a peak portion within the first predetermined range and a peak portion within the second predetermined range based on a calculation result of the value;
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記クロック情報取得手段は、
上記評価値の計算結果に基づいて上記第1の所定範囲内のピーク部分と上記第2の所定範囲内のピーク部分との総合的な探索を行った上で、その結果検出された上記第1の所定範囲内のピーク部分と上記第2の所定範囲内のピーク部分の位置をそれぞれ基準として設定したそれぞれの範囲内で、再度ピーク部分の探索を行う、
ことを特徴とする請求項12に記載のホログラム再生装置。
The clock information acquisition means
Based on the calculation result of the evaluation value, a comprehensive search of the peak portion in the first predetermined range and the peak portion in the second predetermined range is performed, and the first detected as a result is detected. Search for the peak portion again within the respective ranges set with reference to the positions of the peak portion within the predetermined range and the peak portion within the second predetermined range,
The hologram reproducing apparatus according to claim 12, wherein:
上記画像取得手段により得られた共通の2次元画像データに対して第1方向と第2方向の双方の微分処理を同時に施す統合微分処理手段と、
上記統合微分処理手段により上記第1方向と第2方向の双方の微分処理が施された上記共通の2次元画像データについて非線形処理を施す非線形処理手段と、をさらに備え、
上記解析手段は、
上記非線形処理手段による処理後の上記第1方向と第2方向の双方の微分処理が施された上記共通の2次元画像データについて2次元的なフーリエ変換処理を施す、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
Integrated differential processing means for simultaneously performing differential processing in both the first direction and the second direction on the common two-dimensional image data obtained by the image acquisition means;
A non-linear processing unit that performs non-linear processing on the common two-dimensional image data that has been subjected to differential processing in both the first direction and the second direction by the integrated differential processing unit;
The analysis means is
Two-dimensional Fourier transform processing is performed on the common two-dimensional image data subjected to the differential processing in both the first direction and the second direction after processing by the nonlinear processing means.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記画像取得手段では、上記空間光変調器のX方向・Y方向と上記2次元画像データのX方向・Y方向とが一致するようにして上記2次元画像データを得るようにされていると共に、
上記クロック情報取得手段は、
上記空間光変調器のX方向とY方向のピクセル数と、上記画像取得手段におけるX方向とY方向のサンプリングレートとに基づいてそれぞれ推定されるX方向のクロック周波数、Y方向のクロック周波数を基準としてそれぞれ設定された上記第1の所定範囲内と上記第2の所定範囲内において、それぞれクロック情報を得るためのピーク部分の探索を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
The image acquisition means obtains the two-dimensional image data such that the X direction / Y direction of the spatial light modulator matches the X direction / Y direction of the two-dimensional image data,
The clock information acquisition means
The X-direction clock frequency and the Y-direction clock frequency estimated based on the number of pixels in the X-direction and Y-direction of the spatial light modulator and the sampling rates in the X-direction and Y-direction in the image acquisition means are used as references. In the first predetermined range and the second predetermined range that are respectively set as a search for peak portions for obtaining clock information, respectively.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記クロック情報取得手段は、
上記第1の所定範囲内と上記第2の所定範囲内のそれぞれで検出されたピーク部分の中心成分のみに基づいて上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報をそれぞれ取得し、
上記ピクセル位置特定手段は、
上記第1方向クロック情報が示す単一平面波の周期と位相と法線方向の情報と、上記第2方向クロック情報が示す単一平面波の周期と位相と法線方向の情報とに基づく線形演算を行って上記ピクセル単位での位置を特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム再生装置。
The clock information acquisition means
Obtaining the first direction clock information and the second direction clock information based only on the central component of the peak portion detected in each of the first predetermined range and the second predetermined range,
The pixel position specifying means includes:
The linear calculation based on the information on the period, phase and normal direction of the single plane wave indicated by the first direction clock information, and the information on the period, phase and normal direction of the single plane wave indicated by the second direction clock information. Go to identify the location in pixels,
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein:
上記解析手段は、
上記画像取得手段で得られた上記2次元画像データの一部領域ごとに個別に上記2次元的なフーリエ変換処理を行い、
上記クロック情報取得手段は、
上記解析手段により得られる上記2次元画像データの一部領域ごとの解析結果に基づき上記一部領域ごとの上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報を取得し、
上記ピクセル位置特定手段は、
上記クロック情報取得手段により得られる上記一部領域ごとの上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記一部領域ごとに各ピクセルの位置を特定するための処理を行う、
ことを特徴とする請求項1又は請求項16に記載のホログラム再生装置。
The analysis means is
Performing the two-dimensional Fourier transform individually for each partial region of the two-dimensional image data obtained by the image acquisition means;
The clock information acquisition means
Obtaining the first direction clock information and the second direction clock information for each partial region based on the analysis result for each partial region of the two-dimensional image data obtained by the analysis means;
The pixel position specifying means includes:
Based on the first direction clock information and the second direction clock information for each partial area obtained by the clock information acquisition means, a process for specifying the position of each pixel for each partial area is performed.
The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein the hologram reproducing apparatus is characterized in that:
参照光と、記録データに応じて2次元の空間光変調器による変調を受けて生成された信号光との干渉縞によってホログラムページ単位ごとにデータが記録されたホログラム記録媒体について再生を行うホログラム再生方法であって、
上記ホログラム記録媒体に対して上記参照光を照射する参照光照射手順と、
上記参照光が上記ホログラム記録媒体に対して照射されることで得られる上記ホログラムページ単位のデータに応じた回折光を受光した結果に基づき、2次元画像データを得る画像取得手順と、
上記2次元画像データに基づく2次元的なフーリエ変換処理を行い、上記2次元画像データ中に含まれる平面波要素について周波数解析を行う解析手順と、
上記解析手順による解析結果に対して、第1の所定範囲内と第2の所定範囲内でそれぞれパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第1方向クロック情報と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第2方向クロック情報とを取得するクロック情報取得手順と、
上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記2次元画像データ中における上記空間光変調器のピクセル単位での位置を特定するピクセル位置特定手順と、
上記ピクセル位置特定手順により特定した位置情報に基づき、各ピクセルの振幅値を取得する振幅値取得手順と、
を備えることを特徴とするホログラム再生方法。
Hologram reproduction for reproducing a hologram recording medium in which data is recorded for each hologram page by interference fringes between reference light and signal light generated by modulation by a two-dimensional spatial light modulator according to recording data A method,
A reference light irradiation procedure for irradiating the hologram recording medium with the reference light;
An image acquisition procedure for obtaining two-dimensional image data based on the result of receiving diffracted light corresponding to the hologram page unit data obtained by irradiating the hologram recording medium with the reference light,
An analysis procedure for performing a two-dimensional Fourier transform process based on the two-dimensional image data and performing a frequency analysis on a plane wave element included in the two-dimensional image data;
A search is made for the peak portion of the power spectrum within the first predetermined range and the second predetermined range with respect to the analysis result by the analysis procedure, and based on the peak portion detected within the first predetermined range. First direction clock information indicating the period, phase, and normal direction of the specified plane wave, and the period, phase, and normal direction of the plane wave specified based on the peak portion detected within the second predetermined range. Clock information acquisition procedure for acquiring second direction clock information representing
Based on the first direction clock information and the second direction clock information, a pixel position specifying procedure for specifying the position of the spatial light modulator in the pixel unit in the two-dimensional image data;
An amplitude value acquisition procedure for acquiring the amplitude value of each pixel based on the position information specified by the pixel position specification procedure;
A hologram reproducing method comprising:
所要のピクセル単位でデータビット値が格納された2次元画像によりデータが記録された媒体について、上記2次元画像中の各ピクセルの値を読み出すための読出装置であって、
上記媒体上の上記画像に対して光照射を行う光照射手段と、
上記媒体への光照射に応じて得られた光を検出した結果に基づき、上記媒体上の上記2次元画像に応じた2次元画像データを得る画像取得手段と、
上記画像取得手段で得られた上記2次元画像データに非線形処理を施す非線形処理手段と、
上記非線形処理手段により処理された上記2次元画像データについて2次元的なフーリエ変換処理を施し、上記2次元画像データ中に含まれる平面波要素について周波数解析を行う解析手段と、
上記解析手段による解析結果に対して、第1の所定範囲内と第2の所定範囲内とでそれぞれパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第1方向クロック情報と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第2方向クロック情報とを取得するクロック情報取得手段と、
上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記2次元画像データにおける上記媒体に記録された2次元画像中のピクセル単位での位置を特定するピクセル位置特定手段と、
上記ピクセル位置特定手段により特定された位置情報に基づき、各ピクセルの振幅値を取得する振幅値取得手段と、
を備えることを特徴とする読出装置。
A reading device for reading a value of each pixel in the two-dimensional image with respect to a medium on which data is recorded by a two-dimensional image in which a data bit value is stored in a required pixel unit,
Light irradiation means for irradiating the image on the medium with light;
Image acquisition means for obtaining two-dimensional image data corresponding to the two-dimensional image on the medium based on the result of detecting light obtained in response to light irradiation on the medium;
Nonlinear processing means for applying nonlinear processing to the two-dimensional image data obtained by the image acquisition means;
Analysis means for performing two-dimensional Fourier transform processing on the two-dimensional image data processed by the nonlinear processing means, and performing frequency analysis on plane wave elements included in the two-dimensional image data;
A search is made for the peak portion of the power spectrum in each of the first predetermined range and the second predetermined range with respect to the analysis result by the analyzing means, and the peak portion detected in the first predetermined range is detected. First direction clock information indicating the period, phase, and normal direction of the plane wave specified based on the above, and the period, phase, and normal direction of the plane wave specified based on the peak portion detected within the second predetermined range. Clock information acquisition means for acquiring second direction clock information representing
Based on the first direction clock information and the second direction clock information, pixel position specifying means for specifying a position in units of pixels in the two-dimensional image recorded on the medium in the two-dimensional image data;
Amplitude value acquisition means for acquiring the amplitude value of each pixel based on the position information specified by the pixel position specification means;
A reading device comprising:
所要のピクセル単位でデータビット値が格納された2次元画像によりデータが記録された媒体について、上記2次元画像中の各ピクセルの値を読み出すための読出方法であって、
上記媒体上の上記画像に対して光照射を行う光照射手順と、
上記媒体への光照射に応じて得られた光を検出した結果に基づき、上記媒体上の上記2次元画像に応じた2次元画像データを得る画像取得手順と、
上記画像取得手順で得た上記2次元画像データに非線形処理を施す非線形処理手順と、
上記非線形処理手順により処理した上記2次元画像データについて2次元的なフーリエ変換処理を施し、上記2次元画像データ中に含まれる平面波要素について周波数解析を行う解析手順と、
上記解析手順による解析結果に対して、第1の所定範囲内と第2の所定範囲内とでそれぞれパワースペクトルのピーク部分の探索を行い、上記第1の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第1方向クロック情報と、上記第2の所定範囲内で検出されたピーク部分に基づき特定される平面波の周期と位相と法線方向とを表す第2方向クロック情報とを取得するクロック情報取得手順と、
上記第1方向クロック情報と上記第2方向クロック情報とに基づき、上記2次元画像データにおける上記媒体に記録された2次元画像中のピクセル単位での位置を特定するピクセル位置特定手順と、
上記ピクセル位置特定手順により特定した位置情報に基づき、各ピクセルの振幅値を取得する振幅値取得手順と、
を備えることを特徴とする読出方法。
A reading method for reading a value of each pixel in the two-dimensional image with respect to a medium on which data is recorded by a two-dimensional image in which data bit values are stored in a required pixel unit,
A light irradiation procedure for performing light irradiation on the image on the medium;
An image acquisition procedure for obtaining two-dimensional image data corresponding to the two-dimensional image on the medium based on a result of detecting light obtained in response to light irradiation on the medium;
A non-linear processing procedure for applying non-linear processing to the two-dimensional image data obtained by the image acquisition procedure;
An analysis procedure for performing a two-dimensional Fourier transform on the two-dimensional image data processed by the nonlinear processing procedure, and performing a frequency analysis on a plane wave element included in the two-dimensional image data;
A search is made for the peak portion of the power spectrum within the first predetermined range and the second predetermined range with respect to the analysis result obtained by the analysis procedure, and the peak portion detected within the first predetermined range is detected. First direction clock information indicating the period, phase, and normal direction of the plane wave specified based on the above, and the period, phase, and normal direction of the plane wave specified based on the peak portion detected within the second predetermined range. Clock information acquisition procedure for acquiring second direction clock information representing
Based on the first direction clock information and the second direction clock information, a pixel position specifying procedure for specifying a position in units of pixels in the two-dimensional image recorded on the medium in the two-dimensional image data;
An amplitude value acquisition procedure for acquiring the amplitude value of each pixel based on the position information specified by the pixel position specification procedure;
A reading method comprising:
JP2006348968A 2006-12-26 2006-12-26 Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method Pending JP2008159200A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006348968A JP2008159200A (en) 2006-12-26 2006-12-26 Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006348968A JP2008159200A (en) 2006-12-26 2006-12-26 Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008159200A true JP2008159200A (en) 2008-07-10
JP2008159200A5 JP2008159200A5 (en) 2010-01-28

Family

ID=39659930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006348968A Pending JP2008159200A (en) 2006-12-26 2006-12-26 Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008159200A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012033212A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Hologram data reproduction method and apparatus
CN102609711A (en) * 2012-02-21 2012-07-25 核工业北京地质研究院 Information extraction method applicable to hyperspectral image
US9188955B2 (en) 2011-10-28 2015-11-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for fast generation of three-dimensional (3D) hologram
US9454131B2 (en) 2011-10-19 2016-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for fast generation of hologram
KR20170025097A (en) * 2015-08-27 2017-03-08 삼성전자주식회사 Apparatus and Method for performing Fourier transform
US9632482B2 (en) 2013-11-28 2017-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Sub-hologram generation method and apparatus for holographic display
KR20190059054A (en) * 2017-11-22 2019-05-30 삼성전자주식회사 Method and apparatus for processing image data

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005302079A (en) * 2004-04-06 2005-10-27 Samsung Electronics Co Ltd Hologram medium recording/reproducing device and hologram medium reproducing device
JP2006196044A (en) * 2005-01-11 2006-07-27 Sony Corp Hologram recording and reproducing apparatus and reproduction method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005302079A (en) * 2004-04-06 2005-10-27 Samsung Electronics Co Ltd Hologram medium recording/reproducing device and hologram medium reproducing device
JP2006196044A (en) * 2005-01-11 2006-07-27 Sony Corp Hologram recording and reproducing apparatus and reproduction method

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012033212A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Hologram data reproduction method and apparatus
US9454131B2 (en) 2011-10-19 2016-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for fast generation of hologram
US9188955B2 (en) 2011-10-28 2015-11-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for fast generation of three-dimensional (3D) hologram
CN102609711A (en) * 2012-02-21 2012-07-25 核工业北京地质研究院 Information extraction method applicable to hyperspectral image
US9632482B2 (en) 2013-11-28 2017-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Sub-hologram generation method and apparatus for holographic display
KR20170025097A (en) * 2015-08-27 2017-03-08 삼성전자주식회사 Apparatus and Method for performing Fourier transform
KR102452945B1 (en) * 2015-08-27 2022-10-11 삼성전자주식회사 Apparatus and Method for performing Fourier transform
KR20190059054A (en) * 2017-11-22 2019-05-30 삼성전자주식회사 Method and apparatus for processing image data
KR102581470B1 (en) * 2017-11-22 2023-09-21 삼성전자주식회사 Method and apparatus for processing image data

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4524708B2 (en) Playback device and playback method
JP2008159200A (en) Hologram reproducing apparatus, hologram reproducing method, reader and read method
JP2010003347A5 (en)
US7835049B2 (en) Reproducing apparatus and reproducing method
US9703260B2 (en) Methods and apparatus for coherent holographic data channels
US7764584B2 (en) Reproducing apparatus, reproducing method, recording and reproducing apparatus, recording and reproducing method, recording apparatus, and recording method
JP2008310924A (en) Recording/reproducing apparatus, recording/reproducing method, reproducing device, and reproducing method
EP1981025A1 (en) Method and apparatus for compensationg data image reproduced from holographic system
Xiang et al. Multi-anchor spatial phase unwrapping for fringe projection profilometry
JP2008293554A (en) Recording device, recording and reproducing method, and reproducing method
JP4060815B2 (en) Apparatus and method for processing holographic data reproduced from a holographic medium
KR100601283B1 (en) Apparatus and method for detecting align mark for over-sampling in hologram data reproducing system
KR20160147987A (en) Methods and apparatus for coherent holographic data channels
JP4812873B2 (en) Hologram reproduction image position detection method and hologram apparatus
JP2007250076A (en) Data recording and reproducing device
EP1914733B1 (en) Method for demodulation of data pages in a holographic storage system
JP2009015987A (en) Data recording/reproducing device
KR100551374B1 (en) Hologram data encoding/decoding system and method
KR100589588B1 (en) Hologram data encoding/decoding system and method
KR100588966B1 (en) Hologram data encoding/decoding system and method
JP2007279430A (en) Data recording reproducing device
JP2010505138A (en) Reconstructing data pages from imaged data
KR20080087311A (en) Data restoring method and holographic storage data recording/reproducing apparatus
JP2021140018A (en) Image processing device and hologram recording/reproduction device
Sheridan et al. Opto-numeric systems: lenses and pixels

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091208

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091208

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101222

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110830