JP2928150B2 - 画像の輪郭の抽出方法、撮影装置の焦点合わせ方法、距離の測定方法、原画像の修復方法、原画像から微構造を検出する方法および画像の輪郭の抽出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結
晶等のフォトリフラクティブ結晶からなるホログラムを
使用した、画像の輪郭の抽出方法および装置に関すもの
であり、更に、この方法を利用した撮影装置の焦点合わ
せ方法、距離の測定方法および原画像の修復方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ホログラフィーは、完全な波面の再生技
術として、干渉測定、光情報処理、光学素子に応用され
ている。ホログラムの記録やホログラフィー干渉法を行
うためには、現在のところ、銀塩感光材料を使用するこ
とが一般的であり、感度や分解能は優れている。しか
し、銀塩感光材料を使用すると、当然、現像処理という
プロセスが必要である。このために、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ
_{2 0} 単結晶を初めとするフォトリフラクティブ結晶（光
誘起屈折効果を示す結晶）は、リアルタイムホログラム
（ＲＨ）素子として盛んに検討されている（例えば、
「レーザー科学研究報告書」１９９０年，Ｍａｒ．第１
〜９頁「ＢＳＯ単結晶のホログラフィー記録特性につい
て」参照）。これらの材料は、電圧を印加するだけで、
ホログラムを記録することができ、そのまま再生できる
ので、特にリアルタイムホログラム素子の素材として注
目を集めている。

【０００３】一方、ホログラムの寸法については、干渉
測定、光情報処理、光学素子の諸用途においては、使用
目的に応じた制約はあるものの、必ずしも大きな寸法の
素子を必要とはしていない。しかし、最近実用化が待望
されている３次元ディスプレー用途では、ホログラム素
子の寸法を、ある程度以上大きくすることが絶対に必要
である。なぜなら、３次元ディスプレー用途において
は、人の立体認識を可能とするためには、人の両眼視差
を利用する必要があるが、このためにはホログラム素子
の寸法が両目の間隔（５０ｍｍ程度）以上でなければな
らないからである。

【０００４】しかし、リアルタイムホログラム素子の寸
法の上限は、干渉縞を記録する記録部材であるＢＳＯ単
結晶の形状、寸法によって物理的に制限されてしまい、
具体的には最大でも十数ｍｍ×十数ｍｍであった。この
寸法上の制限のために、現在のところ、リアルタイムホ
ログラム素子の用途は、干渉測定および光情報処理のみ
に限定されている。しかし、リアルタイムホログラム
は、今後特に実用化が強く要望されている技術であり、
具体的には、３次元ＣＡＤシステム等の３次元図像表示
システムの出力機器としての応用が待望されている。従
って、リアルタイムホログラム素子の大型化が強く望ま
れている。

【０００５】

【発明の開示】本発明者は、この問題を解決するべく研
究を進め、特願平７−２４５１０５号明細書に開示した
ように、寸法の大きなＢＳＯ単結晶ブールを作製し、こ
の単結晶ブールから、例えば幅６０ｍｍ以上の大寸法の
ホログラムを切り出し、ホログラムの記録再生を実施す
ることに成功した。また、特願平７−２４５１０５号明
細書においては、複数のＢＳＯ単結晶板を接合すること
によって、大面積のホログラムを作製し、これにホログ
ラムの記録および再生を行うことに成功した。

【０００６】ところが、この研究の過程において、思い
がけずも、ホログラムの記録再生装置を使用して、原画
像の輪郭線の強度が、輪郭線の中や外の部分の強度より
もはるかに大きくなった。即ち、画像の輪郭のみを強調
し、抽出した再生像が得られることを発見した。そし
て、更に研究を進め、こうした画像の輪郭が抽出できる
具体的条件を特定し、本発明を完成するに至った。

【０００７】即ち、本発明は、フォトリフラクティブ効
果を有する結晶からなる記録部と、この記録部に対して
直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホロ
グラム記録再生素子を使用し、参照光と、原画像の各部
分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを記
録部に対して照射することによって記録部中に干渉縞を
記録し、この際物体光の強度が原画像の各部分の明度に
対応した強度分布を有しており、かつ物体光の強度を参
照光の強度以上とし、記録部に再生光を照射することに
よって、原画像の輪郭が抽出された再生像を得ることを
特徴とする、画像の輪郭の抽出方法に係るものである。

【０００８】ここで、光誘起屈折効果を有する材質とし
ては、フォトリフラクティブ結晶や、光誘起屈折効果を
示す有機液晶材料を例示することができるが、これらの
材質は特に限定はされない。ただし、現在の時点では、
Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ₂₀ 単結晶、Ｂｉ_{1 2} ＧｅＯ_{2 0} 単結
晶、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶等が好ましく、このうち光誘起
効果の感度が大きいＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶が特に好
ましい。このようなフォトリフラクティブ単結晶は、い
わゆる体積ホログラム（ボリュームホログラム）と呼ば
れるものである。体積ホログラムにおいては、再生光の
入射角の角度選択性が厳しい。即ち、再生光の入射角度
に板する回折効率の変化の幅は、数ｍｒａｄと非常に狭
く、いわゆるＢｒａｇｇ条件を満たす方向にしか回折し
ない。

【０００９】ホログラムの記録と再生とを行う素子を構
成するためには、光誘起屈折効果を示す材質からなる記
録部に電極を形成し、所定の直流電圧を記録部に印加で
きるようにする必要がある。この電極としては、透明電
極と不透明電極とのいずれも使用することができる。こ
うした透明電極の材質としては、酸化スズ膜、酸化イン
ジウムスズ膜等を例示することができる。また、不透明
電極の材質としては、金属ペーストと呼ばれる、銀粉等
の導電材料を含有させた導電接着剤や、アルミニウム、
金、クロム、チタン等の金属膜を例示することができ
る。

【００１０】ホログラムの記録再生に使用できる物体
光、参照光、再生光としては、特に限定はない。しか
し、物体光の波長は、光誘起屈折効果を示す材質が光伝
導効果を示す波長の範囲内でなければならない。また、
再生光の波長は、光誘起屈折効果を示す材質が光伝導効
果を示さない波長の範囲内でなければならない。従っ
て、物体光の波長の範囲と再生光の波長の範囲とは、異
なっている。例えば、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶を使用
した場合には、これが光伝導効果を示す波長４８８ｎｍ
のアルゴンイオンレーザー光を物体光として好ましく使
用でき、再生光としては、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶が
光伝導効果を示さない波長６３３ｎｍのヘリウムネオン
レーザー光を好ましく使用できる。

【００１１】従来、リアルタイムホログラムの記録にお
いては、レーザー光を散乱板に透過させることによって
レーザー光を散乱光とし、原画像を記録したフィルムに
この散乱光を透過させ、この散乱光を記録部上に照射し
ていた。なぜなら、リアルタイムホログラム素子が体積
ホログラムであり、体積ホログラムにおいては前記した
特定のブラッグ回折条件を満たす方向にしか回折光が出
射しない。従って、物体光として平行光を使用すると、
ホログラムの記録部からの出射光も平行なコリメート光
となり、観察者が３次元の再生像を観察することができ
なくなるからである。

【００１２】こうした散乱光においては、散乱光の各部
分に原画像を反映した位相情報が保持されているが、し
かし散乱光の各部分の光強度は、記録部の各部分におい
てほぼ均一である。また、当然、参照光の方は、原画像
に関する情報を保持しておらず、また光強度はほぼ均一
とされている。

【００１３】しかし、本発明者は、こうした常識を破
り、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担って
いる物体光において、物体光の強度が原画像の各部分の
明度に対応した強度分布を有している物体光を、参照光
と共に記録部上に照射した。こうした物体光を記録部上
に照射するためには、具体的には次の方法がある。

【００１４】（１）原画像のフレネル回折光を記録部に
対して照射する。フレネル回折光とは、一般的には、光
源や回折スクリーンが、回折を生成させるための部材か
ら有限の距離にあるときの回折光を言う。本発明におい
てフレネル回折光を得るためには、原画像を、フィルム
等の光透過性媒体上に記録し、参照光と同じ位相を有す
るコヒーレント光をこの光透過性媒体に対して透過させ
る。この際、散乱板等は使用しない。こうしたフレネル
回折光においては、原画像における各部分の明暗が、フ
レネル回折光の強度分布として現れる。ただし、後述す
るように、原画像における強度分布から見て、特に輪郭
の近くで強度にグラデーションが発生する。

【００１５】（２）物体光を記録部上で結像させる。こ
のためには、原画像を、フィルム等の光透過性媒体上に
記録し、参照光と同じ位相を有するコヒーレント光をこ
の光透過性媒体に対して透過させ、次いでこの透過光を
結像レンズに透過させ、記録部上に結像させる。記録部
上においては、原画像の明暗に対応する強度分布がその
まま現れる。

【００１６】本発明において原画像の輪郭とは、原画像
において光強度が相対的に高い領域と相対的に低い領域
との境界を意味している。この際、前記の領域間におけ
る光強度の倍率は、２倍以上であることが好ましい。

【００１７】以下、更に具体的に本発明の内容を説明す
る。図１は、本発明者が実際に作製し、画像の輪郭を抽
出する実験を行った光学系を模式的に示す図である。ホ
ログラム素子１７を所定位置に設置する。ホログラム素
子１７の正負の各電極は、直流電源１８およびアース１
９に対して接続されている。波長λ₁ のレーザー光３Ａ
を光源１から出射させ、このレーザー光３Ａをハーフミ
ラー２で２つに分割する。ハーフミラー２を透過したレ
ーザー光３Ｂは、光量を調節するための強度調整装置５
を透過する。これによって透過光３Ｃの光量（強度）が
所定値に調節される。この透過光３Ｃは、ミラー１３、
レンズ６を通り、ここでいったん集光され、拡散球面波
３Ｄとなり、これがコリメートレンズ７に入射し、コリ
メート光（平行光）３Ｅとなる。コリメート光３Ｅは、
原画像が印刷された透明フィルム８を透過し、フレネル
回折光３Ｆとなる。フレネル回折光３Ｆがホログラム記
録再生素子１７に照射される。

【００１８】一方、光源１から出射したレーザー光３Ａ
のうち、ハーフミラー２で反射された光４Ａは、光量を
調節するための強度調整装置９を透過する。これによっ
て透過光４Ｂの光量（強度）が所定値に調節される。次
いで、レーザー光４Ｂは、集光レンズ１０を透過して拡
散球面波４Ｃとなり、これがコリメートレンズ１１を透
過して参照光４Ｄとなり、ホログラム１７の光照射面な
いし主面へ照射される。この物体光３Ｆと参照光４Ｄと
は、互いに交差角度θで交わる。

【００１９】再生時には、レーザー光源１２からレーザ
ー光１４Ａが出射し、レーザー光１４Ａが集光レンズ１
５を透過して拡散球面波１４Ｂとなり、これがコリメー
トレンズ１６を透過して再生光１４Ｃとなり、ホログラ
ム記録再生素子１７の光照射面へ照射される。

【００２０】ここで、ホログラム記録再生素子１７にお
ける干渉縞の記録と再生との状態について説明する。フ
ォトリフラクティブ結晶等への干渉縞の記録の機構につ
いては、以下のように考えられている。こうした結晶
は、結合帯（ヴァレンスバンド）と導電帯との間に所定
のバンドギャップを有しており、また結合帯以外に、電
子を導電帯に供給するエネルギー準位を有している。こ
の結晶に対して、直流電圧を印加しつつ、物体光と参照
光とを照射すると、両者の干渉によって結晶内に、明暗
（干渉縞）が生ずる。

【００２１】この干渉縞の形態は、物体光が担う位相情
報によって決定される。干渉によって生じた明るい部分
では、フォトンが吸収され、電子が導電帯に励起され、
この電子が電界によってドリフトを起こす。光の弱い領
域内では、導電帯に空のトラップ準位が多数存在してい
るので、ドリフトした電子が、このトラップ準位に捕捉
される。この結果、干渉縞の明暗のパターンに対応した
空間電荷分布が、結晶内に形成され、これに応じて空間
的に分布した電界Ｅ₁ が発生する。この電界Ｅ₁ が、印
加電界Ｅ₀ と合成され、電界Ｅ₂ を生成する。印加電界
を十分に大きくすることによって、結晶内における光強
度と電界分布とのずれはなくなってくる。光の強い場所
では、結晶内における電界が低くなり、光の弱い場所で
は、電界が高くなる。この結晶の電気光学効果によっ
て、屈折率と電界強度とは、下式に従って比例する。

【００２２】

【数１】Δｎ＝±（１／２）（ｎ₀ ）³ ｒＥ₂

【００２３】この結果、光強度の弱い部分では、屈折率
楕円体が相対的に大きく歪むことになる。この固有偏光
方向の再生照明光に対して、２つの異なったホログラム
格子が生ずる。再生像では、原画像の明暗が再現される
はずである。

【００２４】しかし、原画像によって得られたフレネル
回折光をホログラム素子に照射した場合には、次の現象
が生ずるものと考えられる。例えば、原画像が、図２
（ａ）に示すような光強度Ｉ₀ の分布を有しているもの
とする。ただし、図２（ａ）における横軸は原画像にお
ける相対的位置を示している。また、実際の原画像は１
次元ではないが、ここでは説明の便宜のために一次元に
おける光強度等を示すことにする。この光強度Ｉ₀ は、
境界ｔ₁ とｔ₂ との間ではパルス状に強くなっており、
ｔ₀ とｔ₁ との間、および境界ｔ₂ とｔ₃ との間では、
光強度Ｉ₀ が弱くなっているものとする。この原画像を
使用して得られたフレネル回折光３Ｆ（図１参照）にお
いては、図２（ｂ）に示すように、原画像の全体の明暗
は、巨視的に見ると保持されている。ただし境界ｔ₁ お
よびｔ₂ においては、光強度Ｉ₁ の変化は緩やかになっ
ており、グラデーションが生じている。

【００２５】このフレネル回折光３Ｆを素子１７に照射
する。この際、素子１７の記録部は光伝導効果を有して
いる。即ち、入射光の強度が大きい場所では抵抗率が小
さくなり、強度が小さい場所では抵抗率が大きくなる。
従って、素子１７の記録部においては、記録部の主面を
平面的に見て、図２（ｂ）に示すような強度分布の光が
照射されており、従ってこの光強度分布に応じて抵抗率
が変化する。この結果、図２（ｃ）に示すように、結晶
の抵抗率ρが変化する。この際、境界ｔ₁ 、ｔ₂ におい
ては、やはり抵抗率にグラデーションが生じている。

【００２６】これと同時に、素子には直流電界が印加さ
れているので、結晶の各点の電界強度は各点の抵抗率ρ
の大きさに比例する。従って、フレネル回折光が明るい
部分では抵抗率ρが小さくなり、電界強度が小さくな
る。一方、フレネル回折光が暗い部分では抵抗率ρが大
きくなり、電界強度が大きくなる。そして、回折効率
は、結晶の各点における印加電界の２乗に比例する。こ
のために、図２（ｄ）に示すように、回折効率η₁ が変
化するはずである。即ち、原画像の明るい部分（ｔ₁ と
ｔ₂ との間）では、回折効率η₁ が小さくなり、原画像
の暗い部分（ｔ₀ とｔ₁ との間、ｔ₂ とｔ₃ との間）で
は、回折効率η₁ が大きくなるはずである。

【００２７】この一方、前記した機構によって、原画像
の明るい部分と暗い部分とにそれぞれ対応する位相情報
を担った干渉縞が結晶内に屈折率の変化として記録され
ており、この寄与を考慮すると、図３（ａ）に示すよう
に、回折効率η₂は、原画像にほぼ対応したパターンを
示すはずである。この結果、図３（ｂ）に示すように、
原画像の明るい部分（ｔ₁ とｔ₂ との間）では、フレネ
ル回折光の光強度が大きいことによる抵抗率の減少に起
因して、回折効率ηが減少する。これに同時に、原画像
の暗い部分（ｔ₀ とｔ₁ との間、およびｔ₂ とｔ₃ との
間）では、原画像がもともと暗いことから、再生像は暗
い。

【００２８】この際、原画像の明暗の境界ｔ₁ およびｔ
₂ の周辺においては、いずれの寄与を考慮しても、回折
効率が、原画像の明るい部分に対し相対的に大きくな
り、再生像が明るくなるものと考えられる。

【００２９】ただし、物体光の強度に対して参照光の強
度の方が大きい場合には、参照光の光強度はほぼ均一で
あることから、素子上での光強度の分布が均一に近くな
り、このために原画像の輪郭を抽出する作用が乏しくな
ったものと考えられる。この輪郭の抽出現象を一層顕著
に発揮させるためには、参照光の光強度に対する物体光
の光強度の倍率を３倍以上とすることが好ましく、５倍
以上とすることが特に好ましい。

【００３０】上記した例においては、再生像を変化させ
るためには、透明フィルムを取り替える必要がある。し
かし、原画像を保持する媒体として、電磁的に原画像を
保持し、原画像の記録と消去とをリアルタイムで行える
媒体を使用することによって、リアルタイムで再生像を
変化させることができる。こうした媒体としては、例え
ば、リアルタイムで駆動できる液晶素子、ポッケルス空
間光変調素子を例示することができる。

【００３１】図４は、こうした原画像を入射させるため
の光学系の一例を示すブロック図である。原画像の表示
装置２２に対向する位置に撮像管２１が設置されてお
り、撮像管２１が図示しない公知の画像処理装置および
液晶素子駆動装置を介して液晶素子２０に接続されてい
る。この液晶素子２０に対してコリメート光３Ｅを照射
し、この透過光３Ｆとしてフレネル回折光を得る。

【００３２】図５は、本発明の他の実施形態に係る輪郭
抽出装置を模式的に示すブロック図である。ここで、図
１と同じ部材には同じ符号を付け、その説明は省略す
る。この装置の駆動方法は、基本的に図１の装置と同じ
である。ただし、レーザー光３６を、原画像を保持して
いる透明フィルム８上に照射し、この透過光３７を結像
レンズ２１に透過させ、この透過光（物体光）４２をホ
ログラム記録再生素子１７上に結像させる。

【００３３】この場合の作用を説明する。前記したよう
に、原画像が、図６（ａ）に示すような光強度Ｉ₀ の分
布を有しているものとする。ホログラム記録再生素子１
７上に結像している物体光４２においては、原画像の全
体の明暗がほぼそのまま保持されている。前記したよう
に、入射光の強度が大きい場所では抵抗率が小さくな
り、電界強度が小さくなる。一方、入射光の強度が小さ
い場所では、抵抗率が大きくなり、電界強度が大きくな
る。そして、回折効率は、結晶の各点における印加電界
の２乗に比例する。このために、図６（ｂ）に示すよう
に、回折効率η₁ が変化するはずである。即ち、原画像
の明るい部分（ｔ₁ とｔ₂ との間）では、回折効率η₁
が小さくなり、原画像の暗い部分（ｔ₀ とｔ₁ との間、
ｔ₂ とｔ₃ との間）では、回折効率η₁ が大きくなるは
ずである。この際、結像した物体光４２においては、境
界ｔ₁ 、ｔ₂ の周辺では、フレネル回折光を使用した場
合と比較して、相対的に急峻な変化が生じており、グラ
デーションが小さい。

【００３４】この一方、前記した機構によって、原画像
の明るい部分と暗い部分とにそれぞれ対応する位相情報
を担った干渉縞が結晶内に屈折率の変化として記録され
ている。この寄与を考慮すると、図６（ｃ）に示すよう
に、回折効率η₂は、原画像にほぼ対応したパターンを
示すはずである。この結果、図６（ｄ）に示すように、
原画像の明るい部分では、回折効率ηが減少する。原画
像の暗い部分では、原画像がもともと暗いことから、回
折効率ηが減少する。

【００３５】この際、原画像の明暗の境界ｔ₁ およびｔ
₂ の周辺においては、回折効率が相対的に大きくなり、
また原画像も境界の近辺では明るいために、再生像が明
るくなるものと考えられる。

【００３６】更に、本発明者は、前記した原画像の輪郭
の抽出装置を利用し、撮影装置の焦点が被写体の位置に
合うように撮影装置の焦点距離を調節するための方法を
開発することに成功した。この発明について、更に具体
的に説明する。

【００３７】即ち、図７に示すように、図１〜図６に示
したようなホログラム記録再生装置２５を使用する。被
写体２３を撮影装置２４によって撮影し、撮影像を得
る。この撮影像を原画像として使用し、装置２５を使用
して、撮影像の各部分の明度に対応した位相情報を担っ
ている物体光と、全体にほぼ均一な光強度を有している
参照光とを、記録部に対して照射する。これによって、
記録部中に干渉縞を記録し、撮影像の輪郭が抽出された
再生像を得る。

【００３８】輪郭の抽出装置２５の再生像において、輪
郭の光強度を測定する装置２６を設置し、輪郭の測定値
を焦点距離の制御装置３８へと送る。制御装置３８を使
用して、撮影装置２４の焦点距離を制御できるようにな
っている。このような焦点距離の制御装置自体は、カメ
ラ業界において公知のものである。この焦点の制御装置
を利用し、ホログラム再生像における輪郭の光強度が最
大となるように、焦点距離を調節する。

【００３９】ここで、輪郭の抽出を本発明に従って行わ
ない場合には、得られた撮影像から焦点が合ったかどう
かを判定する必要がある。しかし、焦点が合った場合で
も、焦点が外れた場合でも、得られた撮影像における光
強度はまったく変化がないために、光強度の測定によっ
て焦点が合ったかどうかを判定することはできない。こ
のために、カメラ業界においては、各種の電磁波を使用
して被写体までの距離を測定する技術が実施されてい
る。しかし、本発明は、こうした技術とはまったく異な
り、撮影像自体から焦点を調整する方法を見いだしたも
のである。

【００４０】また、上記した技術を転用することによっ
て、被写体までの距離を測定することができるようにな
った。即ち、再生像において輪郭の光強度が最大となる
ように撮影装置２４の焦点距離を調整した後に、この焦
点距離から、被写体までの実際の距離を読み取ることが
できる。

【００４１】ただし、前記の距離測定方法では、被写体
の表面が滑らかであって、同じ色を持つ曲面である場合
には、各点のレンズからの距離を測定することはできな
い。こうした曲面においては、焦点の合った画像と焦点
が合わない画像との間で差がないからである。例えば、
図８（ａ）に示すように、被写体の曲面２７が滑らかで
あるとする。こうした場合には、距離測定用の画像の投
射装置２８を設置し、装置２８から、距離測定に適した
投射像を、図８（ｂ）に示すように、曲面２７に対して
投射する。本実施例では、格子模様４０を使用してい
る。こうした投射像としては、格子模様、市松模様、斑
点模様といったように、輪郭が明瞭な画像を使用するこ
とが好ましい。

【００４２】図８（ｃ）は、画像の投射装置２８を例示
する模式図である。照明３１から出射した光３２Ａを、
距離測定用の画像がプリントされた透明フィルム３３へ
と投射する。このフィルム３３からの透過光３２Ｂは、
結像レンズ３４を透過し、この透過光３２Ｃが曲面２７
に投射される。

【００４３】この曲面２７を撮影し、その撮影像を原画
像として、前記のホログラム記録および再生を実施する
と、再生像において、投射像４０のうち焦点の合った領
域２９内にある部分の光強度は大きくなり、焦点の合わ
ない領域３０内にある部分の光強度は小さくなる。これ
によって、撮影装置のレンズから焦点の合った領域２９
内の投射像４０までの距離を知ることができる。この距
離は、むろん曲面２７の領域２９までの距離と一致して
いる。

【００４４】また、本発明者は、前記した輪郭の抽出方
法を応用することによって、焦点の合っていない原画像
を修復し、被写体の画像に一層近い修復画像を得る方法
を開発した。即ち、被写体の光強度Ｉ₃ が、例えば図９
（ａ）に示すような強度分布を有しているものとする。
この被写体を撮影して得られた原画像においては、焦点
が合っていなかったために、原画像の強度Ｉ₄ の分布
は、図９（ｂ）に示すように、境界ｔ₁ とｔ₂ との周辺
でそれぞれなだらかなグラデーションを形成しているも
のとする。従来、こうしたピントのぼけた原画像を修復
する方法としては、コンピューターを使用した画像処理
方法が知られている。

【００４５】しかし、本発明の方法においては、前記し
たようなホログラム記録再生素子を使用する。そして、
物体光は、原画像の各部分の明度に対応した強度分布を
有している。前記したようにしてホログラムの記録およ
び再生を行い、ホログラムの再生像を得る。この再生像
の強度Ｉ₅ は、図９（ｃ）に示すような強度分布を有し
ている。そして、図９（ｂ）に示すような、原画像の各
部分の光強度Ｉ₄ を、図９（ｃ）に示す再生像の各部分
の光強度Ｉ₅ と合成する。この結果、図９（ｄ）に示す
ように、原画像の強度Ｉ₄ は、ｔ₁ 、ｔ₂ の周辺で実際
の値よりも減少しており、即ち輪郭が不鮮明になってい
るのであるが、これを前記のうにして得られた、輪郭線
が強調された再生像の光強度Ｉ₅ と合成することによっ
て、被写体と類似した光強度の分布を有する修復画像を
得ることができる。

【００４６】なお、原画像の光強度とホログラムの再生
像の光強度とが合成された画像を得るためには、例え
ば、原画像を透明フィルムに焼き付け、次いで再生像を
これと同じ透明フィルムに二重に焼き付ける方法があ
る。また、原画像および再生像をそれぞれいったん撮像
管によって別個に撮影し、原画像の光強度の分布と再生
像の光強度の分布とをそれぞれ算出し、プロセッサー内
で各光強度の分布を合成し、この合成された光強度の分
布を有する画像を新たに出力することも考えられる。

【００４７】また、本発明の輪郭抽出方法を利用するこ
とによって、均一な原画像の中に微構造を有する原画像
から、微構造を検出する方法を開発した。例えば、工業
製品の表面に微細な傷がある場合には、通常は工業製品
の表面は均一な色彩に彩色されており、かつ凹凸等もな
いことが多く、この背景の中に微細な傷等が紛れ込んで
いても、外観観察によって直ちに発見しにくいことが多
い。

【００４８】しかし、本発明によれば、前記のホログラ
ム記録再生素子を使用し、前記の輪郭抽出方法に従って
再生像を得る。この場合、均一な背景の中に紛れ込んで
いた傷等の微細構造が前記のプロセスにおいて強調さ
れ、これによって簡単に発見し易いようになる。

【００４９】

【実施例】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 （ホログラム記録再生装置の製造）直径８０ｍｍ、長さ
１００ｍｍのＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶のブールを製造
した。ルツボとしては、直径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍ
ｍの円筒形状の白金製ルツボを使用した。ルツボ内に、
Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} の焼結体１４ｋｇを収容し、これを
９００℃に加熱して融液を生成させた。白金製アフター
ヒーターを使用することによって、ブールの引き上げ方
向の上方における１０ｍｍまでの間の温度勾配を５０〜
７５℃／ｃｍに調整し、これに引き続く１５０ｍｍに至
るまでの温度勾配を１０℃／ｃｍに調整した。引き上げ
速度を１〜１．５ｍｍ／時間とし、引き上げ軸の回転速
度を１０ｒｐｍとした。得られた単結晶の特性を、以下
の表１に示す。

【００５０】

【表１】 格子定数 １０．１０３×１０^-10 ｍ 密度 ９．２ｇ／ｃｍ³ 誘電率 ５６（１００ｋＨｚ） 屈折率 ２．５３（λ＝６３３ｎｍ） 暗抵抗 １０^{1 4} Ω・ｃｍ 光導電性 １０⁸ Ω・ｃｍ（λ＝４５８ｎｍ、２．５ｍＷ／ｃｍ² ） 半波電圧 ３９００Ｖ（λ＝６３３ｎｍ） ベルデ定数 ３．６７×１０^{- 3} ／Ｏｅ・ｃｍ（λ＝６３３ｎｍ） ９．３３×１０^{- 4} ／Ｏｅ・ｃｍ（λ＝１１５０ｎｍ）

【００５１】このブールから、直径８０ｍｍ、厚さ３ｍ
ｍのホログラム記録部を切り出した。記録部の一対の主
面を平面研磨機で研磨加工し、各平面度を０．６μｍと
した。次いで、酸化インジウムリン製の透明電極膜を、
記録部の一対の端面にスパッタリング法によって形成し
た。

【００５２】（ホログラムの記録および再生実験）図１
〜図３に示す装置を使用し、ホログラムの記録および再
生実験を行った。物体光および参照光としては、波長４
８８ｎｍのアルゴンイオンレーザー光を使用した。物体
光と参照光との交差角度θを１０°とした。寸法５０ｍ
ｍ×５０ｍｍの透明フィルムに原画像を記録し、フレネ
ル回折光を得た。書き込み用のアルゴンイオンレーザー
光の全強度を１ｍＪ／ｃｍ² とした。物体光と参照光と
の強度の比率は、５：１、３：１、１：１、１：２、
１：５とした。再生光として、波長６３３ｎｍのヘリウ
ム−ネオンレーザー光を使用した。ホログラム記録再生
素子１７の中心点に向かって再生光を入射させた。

【００５３】この結果、いずれの場合においても、再生
像が原画像に相当する位置に再生されており、これによ
って原画像における奥行きが、再生されたホログラフィ
ーにおいても再現されていることが分かった。このホロ
グラフィーの奥行きは、両眼視差を利用して確認するこ
とができるものであった。そして、物体光と参照光との
強度の比率が５：１、３：１、１：１である場合には、
原画像よりも輪郭が強調された再生像が得られた。しか
し、物体光と参照光との強度の比率が１：２、１：５で
ある場合には、こうした輪郭の強調された画像は得られ
なかった。ここで、物体光と参照光との強度の比率が
５：１の場合に、輪郭の強調が特に顕著になった。物体
光と参照光との強度の比率が１：５である場合について
図１０に再生像を示し、物体光と参照光との強度の比率
が１：１である場合について図１１に再生像を示し、物
体光と参照光との強度の比率が５：１である場合につい
て図１２に再生像を示す。

【００５４】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、原画像の輪郭、即ち明暗の境界を強調し、あるいは
抽出できるような新たな光学的な処理方法および装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る輪郭の抽出装置を模式的
に示すブロック図である。

【図２】（ａ）は、原画像における光強度の分布を示す
グラフであり、（ｂ）は、フレネル回折光における光強
度の分布を示すグラフであり、（ｃ）は、結晶の各点に
おける抵抗率ρの分布を示すグラフであり、（ｄ）は、
抵抗率の分布に対応するべき回折効率の分布を示すグラ
フである。

【図３】（ａ）は、原画像の明暗に対応する位相情報に
応じて再生されるべき再生像の各点における回折効率の
分布を示すグラフであり、（ｂ）は、再生像における回
折効率の分布を示すグラフである。

【図４】本発明の装置において使用できる、原画像をリ
アルタイムでホログラム記録再生装置に対して供給する
ための光学系を模式的に示すブロック図である。

【図５】本発明の更に他の実施例に係る輪郭の抽出装置
を模式的に示すブロック図である。

【図６】（ａ）は、原画像における光強度の分布を示す
グラフであり、（ｂ）は、抵抗率の分布に対応するべき
回折効率の分布を示すグラフであり、（ｃ）は、原画像
の明暗に対応する位相情報に応じて再生されるべき再生
像の各点における回折効率の分布を示すグラフであり、
（ｄ）は、再生像における回折効率の分布を示すグラフ
である。

【図７】撮影装置の焦点合わせに使用できる光学系を模
式的に示すブロック図である。

【図８】（ａ）は、距離の測定に使用できる光学系を模
式的に示すブロック図であり、（ｂ）は、曲面２７上に
別個の投射像を投射した状態を示す平面図であり、
（ｃ）は、投射像を投射するための光学系を模式的に示
す図である。

【図９】（ａ）は、被写体における光強度の分布を示す
グラフであり、（ｂ）は、修復するべき原画像における
光強度の分布を示すグラフであり、（ｃ）は、再生像に
おける光強度の分布を示すグラフであり、（ｄ）は、
（ｂ）および（ｃ）に示す各光強度を合成した場合のグ
ラフである。

【図１０】物体光と参照光との強度の比率が１：５であ
る場合におけるホログラムの再生像を撮影した写真であ
る。

【図１１】物体光と参照光との強度の比率が１：１であ
る場合におけるホログラムの再生像を撮影した写真であ
る。

【図１２】物体光と参照光との強度の比率が５：１であ
る場合におけるホログラムの再生像を撮影した写真であ
る。

【符号の説明】

３Ａ 物体光および参照光を構成するレーザー光 ３
Ｅ コリメート光 ３Ｆ フレネル回折光 ４Ｄ
参照光 ５ 物体光の強度調整装置 ８ 原画像が
印刷された透明フィルム ９ 参照光の強度調整装置
１４Ｃ 再生光 １７ ホログラム素子 １８ 直
流電源 ２０ 液晶素子 ２１ 撮像管 ２２
原画像の表示装置 ２３ 被写体 ２４撮影装置
２５ 輪郭の抽出装置 ２６ 輪郭の光強度を測定
する装置２８ 画像の投射装置 ３８ プロセッサー
４０ 格子模様（投射像） ４２ ホログラム記録再生素子１７上に結像している物
体光 Ｉ₀ 原画像の光強度 ｔ₁ 、ｔ₂ 境界
η₁ 屈折率分布に対応するべき回折効率 η₂ 原画像の明暗に対応するべき回折効率 η 再
生光の回折効率

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトリフラクティブ効果を有する材質か
   らなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加す
   るための直流電源とを備えているホログラム記録再生素
   子を使用し、参照光と、原画像の各部分の明度に対応し
   た位相情報を担っている物体光とを前記記録部に対して
   照射することによって前記記録部中に干渉縞を記録し、
   この際前記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に
   対応した強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度
   を前記参照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照
   射することによって、前記原画像の輪郭が抽出された再
   生像を得ることを特徴とする、画像の輪郭の抽出方法。
2. 【請求項２】前記物体光として、前記原画像のフレネル
   回折光を前記記録部に対して照射することを特徴とす
   る、請求項１記載の画像の輪郭の抽出方法。
3. 【請求項３】前記物体光を前記記録部上で結像させるこ
   とを特徴とする、請求項１記載の画像の輪郭の抽出方
   法。
4. 【請求項４】前記物体光の強度が前記参照光の強度の３
   倍以上であることを特徴とする、画像の輪郭の抽出方
   法。
5. 【請求項５】撮影装置の焦点が被写体の位置に合うよう
   に撮影装置の焦点距離を調節するための方法であって、 フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部
   と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流
   電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、 前記被写体を撮影して撮影像を得、参照光と、前記撮影
   像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体
   光とを前記記録部に対して照射することによって前記記
   録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前
   記撮影像の各部分の明度に対応した強度分布を有してお
   り、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上と
   し、前記記録部に再生光を照射することによって、前記
   撮影像の輪郭が抽出された再生像を得、この輪郭の光強
   度を測定し、 前記輪郭の光強度が最大値となるように前記焦点距離を
   調節することを特徴とする、撮影装置の焦点合わせ方
   法。
6. 【請求項６】撮影装置から被写体までの距離を測定する
   方法であって、 フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部
   と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流
   電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、 前記被写体を撮影して撮影像を得、参照光と、前記撮影
   像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体
   光とを前記記録部に対して照射することによって前記記
   録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前
   記撮影像の各部分の明度に対応した強度分布を有してお
   り、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上と
   し、前記記録部に再生光を照射することによって、前記
   撮影像の輪郭が抽出された再生像を得、この輪郭の光強
   度を測定し、前記再生像において前記輪郭の光強度が最
   大となったときの前記撮影装置の焦点距離に基づいて、
   撮影装置から被写体までの距離を読み取ることを特徴と
   する、距離の測定方法。
7. 【請求項７】原画像を修復する方法であって、 フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部
   と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流
   電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、 参照光と、前記原画像の各部分の明度に対応した位相情
   報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射する
   ことによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前
   記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に対応した
   強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参
   照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射するこ
   とによって、前記原画像の輪郭が抽出された再生像を
   得、 次いで前記原画像の各部分の光強度を前記再生像の各部
   分の光強度と合成することによって前記原画像を修復す
   ることを特徴とする、画像の修復方法。
8. 【請求項８】均一な原画像の中に微構造を有する原画像
   から前記の微構造を検出する方法であって、 フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部
   と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流
   電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、 参照光と、前記原画像の各部分の明度に対応した位相情
   報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射する
   ことによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前
   記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に対応した
   強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参
   照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射するこ
   とによって再生像を得、この再生像から前記の微構造を
   検出することを特徴とする、原画像から微構造を検出す
   る方法。
9. 【請求項９】フォトリフラクティブ効果を有する材質か
   らなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加す
   るための直流電源とを備えているホログラム記録再生素
   子、参照光の照射装置、原画像の各部分の明度に対応し
   た位相情報を担っている物体光を前記記録部に対して照
   射する照射装置であって、前記物体光の強度が前記原画
   像の各部分の明度に対応した強度分布を有する物体光を
   照射する物体光の照射装置、前記物体光の強度を前記参
   照光の強度以上とするための強度調整装置、および前記
   記録部に再生光を照射する再生像の照射装置を備えてい
   ることを特徴とする、画像の輪郭の抽出装置。