JP3078151B2 - Image processing device and recording / reproducing device - Google Patents

Image processing device and recording / reproducing device

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JP3078151B2
JP3078151B2 JP05159487A JP15948793A JP3078151B2 JP 3078151 B2 JP3078151 B2 JP 3078151B2 JP 05159487 A JP05159487 A JP 05159487A JP 15948793 A JP15948793 A JP 15948793A JP 3078151 B2 JP3078151 B2 JP 3078151B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、画像処理装置および記
録再生装置に関し、特に、プローブ電極を記録媒体に対
して相対的に二次元走査させながら、記録媒体とプロー
ブ電極との間に生じる物理相互作用による信号を利用し
て、記録媒体に情報を記録するとともに、記録された情
報を画像情報として再生する記録再生装置および該記録
再生装置に好適な画像処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing apparatus and a recording / reproducing apparatus and, more particularly, to a physical device generated between a recording medium and a probe electrode while causing the probe electrode to perform two-dimensional scanning relative to the recording medium. The present invention relates to a recording / reproducing apparatus that records information on a recording medium using a signal due to interaction and reproduces the recorded information as image information, and an image processing apparatus suitable for the recording / reproducing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、記録再生装置に要求されるデータ
の記録容量は大きくなる傾向があり、そのためには、記
録単位の大きさを小さくして記録単位密度を向上させる
ことが必須要件となる。たとえば、光記録によるデジタ
ル・オーディオ・ディスクにおいては、記録単位の大き
さは1μm2 程度にまで及んでいる。
2. Description of the Related Art In recent years, the recording capacity of data required for a recording / reproducing apparatus has tended to increase. For that purpose, it is essential to reduce the size of a recording unit and improve the recording unit density. . For example, in a digital audio disk using optical recording, the size of a recording unit reaches about 1 μm 2 .

【0003】一方、最近、物質の表面および表面近傍の
電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(ST
M)が開発され、以下に示す利点を有することから、広
範囲な応用が期待されている。 (1)単結晶および非晶質を問わずに、実空間像の高い
分解能の測定ができる。 (2)記録媒体に電流による損傷を与えずに、低電力で
観察できる。 (3)超高真空中のみならず大気中および溶液中でも動
作する。 (4)種々の材料に対して用いることができる。
On the other hand, recently, a scanning tunneling microscope (ST) capable of directly observing the electronic structure on and near the surface of a substance has been developed.
M) has been developed and has the following advantages, and is expected to be widely applied. (1) A high-resolution measurement of a real space image can be performed regardless of whether it is a single crystal or amorphous. (2) Observation can be performed with low power without damaging the recording medium due to current. (3) Operates not only in ultra-high vacuum but also in air and in solution. (4) It can be used for various materials.

【0004】走査型トンネル顕微鏡は、プローブ電極
(金属の探針)と導電性物質との間に電圧を加えた状態
で、プローブ電極を導電性物質に対して1nm程度の距
離まで近づけたときに、プローブ電極と導電性物質との
間にトンネル電流(プローブ電極と導電性物質との間に
生じる物理相互作用による信号)が流れることを利用す
るものである。トンネル電流は、プローブ電極と導電性
物質との間の距離変化に対して非常に敏感であるため、
プローブ電極と導電性物質との間の平均的な距離または
トンネル電流を一定に保つように、プローブ電極を導電
性物質の表面に対して相対的に二次元走査することによ
り、導電性物質の実空間の表面情報を得ることができ
る。このときの導電性物質の面内方向の分解能は、10
nm以下である。
In a scanning tunneling microscope, when a voltage is applied between a probe electrode (metal probe) and a conductive material, the probe electrode is brought closer to the conductive material by a distance of about 1 nm. It utilizes the fact that a tunnel current (a signal due to a physical interaction generated between the probe electrode and the conductive substance) flows between the probe electrode and the conductive substance. Tunnel current is very sensitive to changes in distance between the probe electrode and conductive material,
By scanning the probe electrode relative to the surface of the conductive material two-dimensionally so as to keep the average distance or tunnel current between the probe electrode and the conductive material constant, Surface information of the space can be obtained. At this time, the resolution of the conductive material in the in-plane direction is 10
nm or less.

【0005】このような走査型トンネル顕微鏡の原理を
応用すれば、記録媒体として、電圧電流のスイッチング
特性に対してメモリ効果をもつ材料(たとえば、π電子
系有機化合物やカルコゲン化物類の薄膜層など)を用い
ることにより、0.01μm 2 以下の記録単位で情報の
記録再生が可能となる。また、電子ビームや光などの電
磁波を用いて記録媒体の表面形状態を変化させる手法を
用いれば、電子ビームなどの集束度の限界などから記録
単位は大きくなるが、現状の光記録と同等の記録密度で
の情報の記録再生が可能となる。
The principle of such a scanning tunneling microscope is described below.
If applied, as a recording medium, switching of voltage and current
Materials that have a memory effect on properties (for example, π electrons
Organic compounds and thin layers of chalcogenides)
By doing so, 0.01 μm Two The information is recorded in the following recording units.
Recording and reproduction become possible. In addition, power such as electron beams and light
A method to change the surface shape of a recording medium using magnetic waves
If used, record from the limit of convergence of electron beam etc.
The unit is larger, but at the same recording density as the current optical recording
Can be recorded and reproduced.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述した走査型トンネル顕微鏡の原理を応用した従来の記
録再生装置では、所定の面積を有する記録媒体の表面
(記録面)全体に渡って高密度な情報の記録再生を行う
場合には、記録面に存在する凹凸により、再生時の信号
のSN比や誤り率などを悪化させるため、記録容量の高
密度化の達成に大きな障害となっている。
However, in a conventional recording / reproducing apparatus to which the above-mentioned principle of the scanning tunneling microscope is applied, high-density information is provided over the entire surface (recording surface) of a recording medium having a predetermined area. In the case of performing recording / reproducing, the unevenness existing on the recording surface deteriorates the S / N ratio and the error rate of the signal at the time of reproducing, which is a major obstacle to achieving a higher recording capacity.

【0007】記録媒体の表面の物理的な凹凸を低減させ
るための一方法として、マイカなどのヘキ開面にAu薄
膜を単結晶成長させて平滑面とする方法を応用すること
ができる。しかし、かかる方法による記録媒体を用いた
場合でも、通常、直径10nm以下の記録ビットサイズ
と同程度の凹凸が発生することはほとんどないが、原子
オーダーのステップや尾根などによって記録ビットの形
状が変化して、再生時の信号のSN比や誤り率を低下さ
せるという問題が残る。
As a method for reducing physical irregularities on the surface of the recording medium, a method of growing a thin Au film on an open surface of mica or the like to form a single crystal to obtain a smooth surface can be applied. However, even when a recording medium according to such a method is used, irregularities almost equal to the recording bit size having a diameter of 10 nm or less rarely occur, but the shape of the recording bit changes due to atomic-order steps or ridges. As a result, there remains a problem that the SN ratio and the error rate of the signal at the time of reproduction are reduced.

【0008】また、再生信号の雑音を除去する方法とし
て、線形フィルタに属する周波数領域においてフィルタ
リングする方法があるが、この方法は、再生時の信号と
雑音の周波数帯域が既知でかつ線形分離可能な場合にの
み有効である。しかし、記録ビットに関しては、個々の
形状に対する周波数帯域は既知だとしても、それらがど
の位置に存在するかは既知ではない。また、ステップや
尾根には空間座標に関する微係数の大きい箇所(すなわ
ち、エッジ)があり、このため、これらの周波数成分は
周波数領域全域に渡ってしまうとともに、空間的にコン
パクトな記録ビットの周波数成分も全域に渡ってしまう
ため、これらを周波数空間上で帯域分離することはでき
ない。さらに、記録ビット,ステップおよび尾根の位置
が特定できないため、パワースペクトラムのテンプレー
トマッチングによる抽出も困難である。
As a method of removing noise from a reproduced signal, there is a method of filtering in a frequency domain belonging to a linear filter. In this method, the frequency band of the signal and noise at the time of reproduction is known and can be linearly separated. Only valid if. However, regarding the recording bits, even though the frequency band for each shape is known, it is not known where they are located. In addition, steps and ridges have portions (that is, edges) having large differential coefficients with respect to the spatial coordinates, so that these frequency components are spread over the entire frequency domain and the spatially compact frequency components of the recording bits are used. Are also spread over the entire frequency band, so that these cannot be band-separated in the frequency space. Furthermore, since the positions of recording bits, steps, and ridges cannot be specified, it is difficult to extract the power spectrum by template matching.

【0009】一方、空間的相関を重視した従来の画像処
理技術として、画像からステップや尾根だけを抽出した
抽出画像を作成し、この抽出画像をもとの画像から引く
ことによってステップや尾根を除去する、非線形フィル
タに属するものがある。しかし、画像からステップや尾
根だけを抽出する方式は、たとえば細線化アルゴリズム
や黒画素の連結数を計算するアルゴリズムのように、処
理様式が反復的または直列的であり、画素数に強く依存
する方式であるため、読出し速度が最も重要な機能であ
る記録再生装置においては非常に不利である。
On the other hand, as a conventional image processing technique emphasizing spatial correlation, an extracted image is created by extracting only steps and ridges from an image, and the extracted images are subtracted from the original image to remove steps and ridges. And those belonging to a non-linear filter. However, the method of extracting only steps and ridges from an image is a method in which the processing mode is iterative or serial, and strongly depends on the number of pixels, such as a thinning algorithm or an algorithm for calculating the number of connected black pixels. Therefore, it is very disadvantageous in the recording / reproducing apparatus in which the reading speed is the most important function.

【0010】本発明の目的は、原子オーダーのステップ
や尾根による、再生時の誤り率低下を軽減することがで
きる記録再生装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a recording / reproducing apparatus which can reduce a reduction in an error rate at the time of reproduction due to steps or ridges of atomic order.

【0011】本発明の他の目的は、画素数に依存しない
高い並列性を有するとともに、演算速度の向上が図れる
画像処理装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an image processing apparatus having high parallelism independent of the number of pixels and capable of improving the operation speed.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、画像情報の各画素における全曲率の分子の値を計算
する全曲率の分子計算手段と、前記画像情報の各画素に
おける平均曲率の分子の値を計算する平均曲率の分子計
算手段と、前記全曲率の分子計算手段の出力信号と前記
平均曲率の分子計算手段の出力信号との論理積を演算す
る論理積演算手段と、該論理積演算手段の出力信号が入
力されるメディアンフィルタとを含む。
According to the present invention, there is provided an image processing apparatus comprising: a total curvature numerator calculating means for calculating a numerator value of a total curvature at each pixel of image information; and an average curvature numerator at each pixel of the image information. An average curvature numerator calculating means for calculating a value of a numerator; an AND operation means for calculating an AND of an output signal of the numerator calculating means of the total curvature and an output signal of the numerator calculating means of the average curvature; A median filter to which an output signal of the product calculating means is input.

【0013】本発明の記録再生装置は、プローブ電極を
記録媒体の記録面に対して相対的に二次元走査させなが
ら、該プローブ電極と該記録媒体との間に生じる物理相
互作用による信号を利用して、該記録媒体に情報を記録
するとともに、該記録された情報を画像情報として再生
する記録再生装置において、前記物理相互作用による信
号から再生された画像情報の各画素における全曲率の分
子の値と平均曲率の分子の値とをそれぞれ計算して新た
な画像情報を作成する画像情報作成手段を含む。
The recording / reproducing apparatus of the present invention utilizes a signal caused by physical interaction between the probe electrode and the recording medium while scanning the probe electrode relative to the recording surface of the recording medium in a two-dimensional manner. Then, while recording information on the recording medium, in a recording and reproducing apparatus for reproducing the recorded information as image information, the numerator of the total curvature in each pixel of the image information reproduced from the signal due to the physical interaction Image information creating means for calculating the value and the value of the numerator of the average curvature to create new image information.

【0014】ここで、前記画像情報作成手段が、前記物
理相互作用による信号から再生された画像情報の各画素
における全曲率の分子の値を計算する全曲率計算手段
と、前記画像情報の各画素における平均曲率の分子の値
を計算する平均曲率計算手段と、前記全曲率の分子計算
手段の出力信号と前記平均曲率の分子計算手段の出力信
号との論理積を演算する論理積演算手段と、該論理積演
算手段の出力信号が入力されるメディアンフィルタとを
含んでもよい。
[0014] The image information creating means calculates a value of a numerator of a total curvature in each pixel of the image information reproduced from the signal due to the physical interaction, and a total curvature calculating means for each pixel of the image information. Average curvature calculation means for calculating the value of the numerator of the average curvature in, and AND operation means for calculating the AND of the output signal of the numerator calculation means of the total curvature and the output signal of the numerator calculation means of the average curvature, A median filter to which an output signal of the AND operation means is input.

【0015】[0015]

【作用】本発明の画像処理装置は、二次元的な広がりを
もつ画像情報を二次元平面上に定義された関数とみな
し、二次元平面の各点における関数(画像情報の各画
素)の全曲率を求めることにより、全曲率の値が正であ
る点は楕円的点であり、全曲率の値が正でない点は放物
的点および双曲的点であることがわかること、および、
二次元平面の各点における関数の平均曲率を求めること
により、平均曲率の値が負である楕円的点は記録面に対
して凸であり、平均曲率の値が正である楕円的点は記録
面に対して凹であることがわかることを利用するもので
あるが、演算処理の向上を図るために、以下の処理を施
す。
The image processing apparatus according to the present invention regards image information having a two-dimensional spread as a function defined on a two-dimensional plane, and calculates all the functions of each function (each pixel of the image information) at each point on the two-dimensional plane. By finding the curvature, it can be seen that points where the value of the total curvature is positive are elliptical points and points where the value of the total curvature is not positive are parabolic and hyperbolic points, and
By calculating the average curvature of the function at each point on the two-dimensional plane, an elliptical point having a negative average curvature value is convex to the recording surface, and an elliptical point having a positive average curvature value is recorded. Although the fact that it is known that the surface is concave is used, the following processing is performed to improve the arithmetic processing.

【0016】一般的に、二次元平面の各点における関数
の全曲率および平均曲率はそれぞれ、後述するように、
分数で表わされ、しかも、分母は常に正の値をもつ。し
たがって、全曲率の値が正であるか否かは、全曲率の分
子の値を求めるだけで分かり、また、平均曲率の値が負
であるか否かは、平均曲率の分子の値を求めるだけで分
かるため、全曲率の値および平均曲率の値の代わりに、
全曲率の分子の値および平均曲率の分子の値をそれぞれ
求める。すなわち、記録面に対して凸の曲面上の楕円的
点が必要な情報を示すことが予めわかっている場合に
は、全曲率の分子計算手段で全曲率の分子の値を求め、
平均曲率の分子計算手段で平均曲率の分子の値を求め、
全曲率の分子計算手段の出力信号と平均曲率の分子計算
手段の出力信号との論理積を演算することにより、画像
情報に含まれている誤情報を排除して、必要な情報のみ
を抽出することができる。また、論理積演算手段の出力
信号をメディアンフィルタに入力することにより、空間
座標の離散化による誤差に起因する誤情報を排除するこ
とができる。
In general, the total curvature and the average curvature of a function at each point on a two-dimensional plane are respectively described as follows.
It is expressed as a fraction, and the denominator always has a positive value. Therefore, whether or not the value of the total curvature is positive can be determined only by calculating the value of the numerator of the total curvature, and whether or not the value of the average curvature is negative is obtained by determining the value of the numerator of the average curvature. , So instead of the value of the total curvature and the value of the average curvature,
The value of the numerator of the total curvature and the value of the numerator of the average curvature are respectively obtained. That is, if it is known in advance that an elliptical point on a convex curved surface with respect to the recording surface indicates necessary information, the value of the numerator of all curvatures is obtained by the numerator of full curvature calculation means,
The value of the numerator of the average curvature is obtained by the average curvature numerator calculation means,
By calculating the logical product of the output signal of the numerator of the mean curvature and the output signal of the numerator of the mean curvature, erroneous information included in the image information is eliminated, and only necessary information is extracted. be able to. Further, by inputting the output signal of the AND operation means to the median filter, it is possible to eliminate erroneous information due to an error caused by discretization of spatial coordinates.

【0017】本発明の記録再生装置は、物理相互作用に
よる信号から再生された画像情報の各画素における全曲
率の分子の値と平均曲率の分子の値とをそれぞれ計算し
て新たな画像情報を作成する画像情報作成手段を含むこ
とにより、記録ビットは記録面に対して凸の曲面上の楕
円的点となるため、画像情報に含まれている放物的点,
双曲的点および記録面に対して凹の曲面上の楕円的点を
排除して、記録ビットのみを抽出した新たな画像情報を
得ることができる。
The recording / reproducing apparatus according to the present invention calculates the value of the numerator of the total curvature and the value of the numerator of the average curvature at each pixel of the reproduced image information from the signal due to the physical interaction, and generates new image information. Since the recording bit becomes an elliptical point on a curved surface that is convex with respect to the recording surface by including the image information generating means to be generated, the recording bit becomes a parabolic point included in the image information.
By removing hyperbolic points and elliptical points on a curved surface that is concave with respect to the recording surface, new image information in which only recording bits are extracted can be obtained.

【0018】なお、各画素の全曲率の分子の値と平均曲
率の分子の値とはそれぞれ、各画素近傍の第一基本量と
第二基本量を計算することにより求めることができる。
ここで、第一基本量と第二基本量は局所的な量であるた
め、処理様式は画素数に依存しない高い並列性を有する
ことになる。
The value of the numerator of the total curvature and the value of the numerator of the average curvature of each pixel can be obtained by calculating the first basic amount and the second basic amount near each pixel, respectively.
Here, since the first basic amount and the second basic amount are local amounts, the processing mode has high parallelism independent of the number of pixels.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は、本発明の画像処理装置の一実施例
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the image processing apparatus of the present invention.

【0021】画像処理装置100 は、画像情報入力部101
と、全曲率の分子計算部102 と、平均曲率の分子計算部
103 と、論理積演算部104 と、メディアンフィルタ105
とを含む。ここで、全曲率の分子計算部102 は、画像情
報入力部101 から送られてくる画像情報信号を用いて各
画素の全曲率の分子の値を計算し、全曲率の分子の値が
正のときにはその画素の画素値を”1”とし、全曲率の
分子の値が正でないときにはその画素の画素値を”0”
とすることにより、画像情報信号に対して各画素ごとに
非線形2値化処理を施すためのものである。平均曲率の
分子計算部103は、画像情報入力部101 から送られてく
る画像情報信号を用いて各画素の平均曲率の分子の値を
計算し、平均曲率の分子の値が負のときにはその画素の
画素値を”1”とし、平均曲率の分子の値が負でないと
きにはその画素の画素値を”0”とすることにより、画
像情報信号に対して各画素ごとに非線形2値化処理を施
すためのものである。論理積演算部104 は、全曲率の分
子計算部102 の出力信号と平均曲率の分子計算部103 の
出力信号との論理積を各画素ごとに演算するためのもの
である。メディアンフィルタ105 は、論理積演算部104
の出力信号に含まれる孤立点を除去するためのものであ
る。
The image processing apparatus 100 includes an image information input unit 101
And the numerator of the total curvature 102 and the numerator of the average curvature
103, AND operation unit 104, Median filter 105
And Here, the full curvature numerator calculator 102 calculates the value of the numerator of the total curvature of each pixel using the image information signal sent from the image information input unit 101, and the value of the numerator of the total curvature is positive. In some cases, the pixel value of the pixel is set to “1”, and when the value of the numerator of all curvatures is not positive, the pixel value of the pixel is set to “0”.
Thus, non-linear binarization processing is performed on the image information signal for each pixel. The average curvature numerator calculation unit 103 calculates the value of the numerator of the average curvature of each pixel using the image information signal sent from the image information input unit 101, and when the value of the numerator of the average curvature is negative, the pixel of that pixel is calculated. Is set to "1", and when the value of the numerator of the average curvature is not negative, the pixel value of the pixel is set to "0", so that the image information signal is subjected to nonlinear binarization processing for each pixel. It is for. The logical product operation unit 104 is for calculating the logical product of the output signal of the numerator computer 102 for the total curvature and the output signal of the numerator computer 103 for the average curvature for each pixel. The median filter 105 includes an AND operation unit 104
In order to remove an isolated point included in the output signal of FIG.

【0022】次に、画像処理装置100 における画像処理
方法の原理について説明する。
Next, the principle of the image processing method in the image processing apparatus 100 will be described.

【0023】(1)全曲率と平均曲率 記録媒体の記録面に存在する原子オーダーの尾根やステ
ップはそれぞれ、図2(A),(B)に示すように、あ
る一方向に対してのみ段差を有するとすると、放物的点
から構成されていると考えられる。一方、走査型トンネ
ル顕微鏡の原理を応用して記録媒体の表面形状を変化さ
せる方法であれ、電子ビームや光などの電磁波を用いて
記録媒体の表面形状態を変化させる方法であれ、記録ビ
ットは、図2(C)に示すように、単峰性の形状をして
いると考えられるため、少なくとも極大値の周辺におい
ては、楕円的点によって構成されていると考えられる。
なお、「単峰性の形状」とは、具体的には、唯一存在す
る極大値の位置から離れるに従って高さが単調減少をす
る形状をいう。
(1) Total curvature and average curvature As shown in FIGS. 2A and 2B, the ridges and steps of the atomic order existing on the recording surface of the recording medium have steps in only one direction. Is considered to be composed of parabolic points. On the other hand, whether the method is to change the surface shape of the recording medium by applying the principle of the scanning tunneling microscope or to change the surface shape of the recording medium using an electromagnetic wave such as an electron beam or light, the recording bit is As shown in FIG. 2 (C), the shape is considered to have a unimodal shape, and therefore is considered to be constituted by elliptical points at least around the maximum value.
Note that the “monomodal shape” specifically refers to a shape in which the height monotonically decreases as the position moves away from the position of the unique maximum value.

【0024】したがって、全曲率Kと楕円的点(eliptic
point),放物的点(parabolic point)および双曲的点(h
yperbolic point)とは、 (a)K>0のとき楕円的点 (b)K=0のとき放物的点 (c)K<0のとき双曲的点 という関係を有するため、記録媒体の記録面上の各点
(すなわち、画像情報の各画素)における全曲率Kを求
めることにより、全曲率Kの符号が正(K>0)のとき
には記録ビット領域に属する点であり、全曲率Kが”
0”または全曲率Kがの符号が負(K>0)のときには
記録ビット領域に属さない点であることがわかる。ま
た、記録面に対して凸の曲面上の楕円的点における平均
曲率Hの符号は負(H<0)であるのに対して、記録面
に対して凹の曲面上の楕円的点における平均曲率Hの符
号は正(H>0)であることから、記録ビット領域に属
する点の平均曲率Hを求めることにより、記録ビットの
向きを検出することができる。
Therefore, the total curvature K and the elliptic point (eliptic
point), parabolic point and hyperbolic point (h
(b) a parabolic point when K = 0, and (c) a hyperbolic point when K <0. By calculating the total curvature K at each point on the recording surface (that is, each pixel of the image information), when the sign of the total curvature K is positive (K> 0), the point belongs to the recording bit area, and the total curvature K But"
When the sign of “0” or the total curvature K is negative (K> 0), it is understood that the point does not belong to the recording bit area. Is negative (H <0), whereas the sign of the average curvature H at the elliptical point on the curved surface that is concave with respect to the recording surface is positive (H> 0). The direction of the recording bit can be detected by calculating the average curvature H of the points belonging to.

【0025】(2)全曲率Kと平均曲率Hの計算 全曲率Kと平均曲率Hとは、(1)式および(2)式で
それぞれ表される。
(2) Calculation of Total Curvature K and Average Curvature H The total curvature K and average curvature H are expressed by equations (1) and (2), respectively.

【0026】[0026]

【数1】 ここで、E,FおよびGは第一基本量を示し、P,Qお
よびRは第二基本量を示し、(3)式〜(8)式でそれ
ぞれ表される。
(Equation 1) Here, E, F, and G indicate a first basic amount, and P, Q, and R indicate a second basic amount, which are represented by equations (3) to (8), respectively.

【0027】[0027]

【数2】 ここで、たとえばxvvはvによるxの2階微係数を表
し,たとえばxu はuによるxの1階微係数を表す。
(Equation 2) Here, for example, x vv represents 2 order differential coefficient of x by v, for example x u represents 1 order differential coefficient of x by u.

【0028】いま、記録媒体の記録面(二次元平面)上
に定義された関数としての画像を扱う場合には、x=
u,y=vおよびz=f(x,y)としてよいため、各
第一基本量E,F,Gおよび各第二基本量P,Q,R
は、(9)式〜(14)式でそれぞれ表される。
Now, when treating an image as a function defined on the recording surface (two-dimensional plane) of the recording medium, x =
u, y = v and z = f (x, y), so that each first basic amount E, F, G and each second basic amount P, Q, R
Are represented by equations (9) to (14), respectively.

【0029】[0029]

【数3】 したがって、全曲率Kと平均曲率Hとは、(15)式お
よび(16)式よりそれぞれ求めることができる。
(Equation 3) Therefore, the total curvature K and the average curvature H can be obtained from equations (15) and (16), respectively.

【0030】[0030]

【数4】 (3)演算を簡素化するための方法 上記演算をハードウエアで実現しようとすると、べき乗
演算が困難である。ところで、上記(15)式および上
記(16)式より、全曲率Kの分母(1+fX 2+fy 2
2 および平均曲率Hの分母(1+fX 2+fy 23/2 はと
もに常に正の値をとるので、全曲率Kおよび平均曲率H
の符号だけに着目すれば、全曲率Kの分子の値および平
均曲率Hの分子の値だけを計算すればよいことになる。
そうすると、全曲率Kの分子の値および平均曲率Hの分
子の値は、四則演算だけで得られることになるため、回
路の簡素化が図れる。
(Equation 4) (3) Method for Simplifying the Operation If the above operation is to be realized by hardware, it is difficult to perform the exponentiation operation. Incidentally, the more (15) and above (16), the denominator of the total curvature K (1 + f X 2 + f y 2)
Since 2 and average denominator of curvature H (1 + f X 2 + f y 2) 3/2 both always takes a positive value, total curvature K and mean curvature H
Paying attention only to the sign of, only the value of the numerator of the total curvature K and the value of the numerator of the average curvature H need to be calculated.
Then, the value of the numerator of the total curvature K and the value of the numerator of the average curvature H can be obtained only by the four arithmetic operations, so that the circuit can be simplified.

【0031】実際の計算では、二次元平面上の画像デー
タは、二次元空間を差分化して、f={fij}で与えら
れることが多い。この場合において、縦3画素および横
3画素の範囲で近似計算するときには、たとえば画素f
ijの曲率を計算するために必要な上記(15)式および
(16)式の各微係数fu,fv,fuu,fvvおよびf uv
は、(17)式〜(21)式よりそれぞれ求めることが
できる。
In actual calculations, image data on a two-dimensional plane
Is obtained by differentiating the two-dimensional space and f = {fijGiven by}
Often. In this case, three vertical pixels and one horizontal pixel
When the approximate calculation is performed in a range of three pixels, for example, the pixel f
ij(15) necessary to calculate the curvature of
Each derivative f of the equation (16)u, Fv, Fuu, FvvAnd f uv
Can be obtained from equations (17) to (21), respectively.
it can.

【0032】 fu=fx=(fi+1,j−fi-1,j)/2 (17) fv=fy=(fi,j+1−fi,j-1)/2 (18) fuu =fxx =(fi+1,j+fi-1,j−2fi,j)/2 (19) fvv =fyy =(fi,j+1+fi,j-1−2fi,j)/2 (20) fuv =fxy =(fi+1,j+1+fi-1,j-1−fi+1,j-1−fi-1,j+1)/4 (21) したがって、全曲率の分子の値K1 は、(21)式より
求めることができる。
[0032] f u = f x = (f i + 1, j -f i-1, j) / 2 (17) f v = f y = (f i, j + 1 -f i, j-1) / 2 (18) f uu = f xx = (f i + 1, j + f i-1, j -2f i, j ) / 2 (19) f vv = f yy = (f i, j + 1 + f i , j-1 -2f i, j ) / 2 (20) f uv = f xy = (f i + 1, j + 1 + f i-1, j-1 -f i + 1, j-1 -f i -1, j + 1 ) / 4 (21) Accordingly, the value K 1 of the numerator of the total curvature can be obtained from the equation (21).

【0033】 K1 =fxxyy−fxy 2 =(fi+1,j+fi-1,j−2fi,j)(fi,j+1+fi,j-1−2fi,j)/4 −(fi+1,j+1+fi-1,j-1−fi+1,j-1−fi-1,j+12/16 =K11+K12+K13+K14+K15 (21) ここで、 K11=(fi+1,ji,j+1+fi+1,ji,j-1+fi-1,ji,j+1+fi-1,ji ,j-1 )/4 (22) K12=−(fi+1,ji,j+fi-1,ji,j+fi,j+1i,j+fi,j-1i,j) /2 (23) K13=(fi,j)2 (24) K14=−((fi+1,j+1)2+(fi+1,j-1)2+(fi-1,j+1)2+(fi-1,j-1)2) /16 (25) K15=−(fi+1,j+1i-1,j-1+fi+1,j-1i-1,j+1−fi+1,j+1i+1,j -1 −fi+1,j+1i-1,j+1−fi+1,j-1i-1,j-1−fi-1,j+1i-1,j-1)/8 (26) また、平均曲率の分子の値H1 は、(27)式より求め
ることができる。
K 1 = f xx f yy −f xy 2 = (f i + 1, j + f i-1, j −2f i, j ) (f i, j + 1 + f i, j−1 −2f i , j) / 4 - (f i + 1, j + 1 + f i-1, j-1 -f i + 1, j-1 -f i-1, j + 1) 2/16 = K 11 + K 12 + K 13 + K 14 + K 15 (21) where, K 11 = (f i + 1, j f i, j + 1 + f i + 1, j f i, j-1 + f i-1, j f i, j +1 + f i-1, j f i, j-1) / 4 (22) K 12 = - (f i + 1, j f i, j + f i-1, j f i, j + f i, j + 1 f i, j + f i , j-1 f i, j) / 2 (23) K 13 = (f i, j) 2 (24) K 14 = - ((f i + 1, j + 1) 2 + (f i + 1, j -1) 2 + (f i-1, j + 1) 2 + (f i-1, j-1) 2) / 16 (25) K 15 = - (f i + 1, j + 1 fi -1, j-1 + fi + 1, j-1 fi -1, j + 1 -fi + 1, j + 1 fi + 1, j- 1 -fi + 1, j + 1 fi -1, j + 1 -fi + 1, j-1 fi -1, j-1 -fi -1, j + 1 fi -1, j-1 ) / 8 (26) the value H 1 molecule of mean curvature can be obtained from (27) .

【0034】 H1 =(1+(fy)2)fxx+(1+(fx)2)fyy−2fxyxy =H11+H12+H13 (27) ここで、 H11=(1+(fy)2)fxx =〔1+{(fi,j+1−fi,j-1)/2}2〕(fi+1,j+fi-1,j−2 fi,j)/2 (28) H12=(1+(fx)2)fyy =〔1+{(fi+1,j−fi-1,j)/2}2〕(fi,j+1+fi,j-1−2 fi,j)/2 (29) H13=−2fxyxy =−(fi+1,j−fi-1,j)(fi,j+1−fi,j-1)(fi+1,j+1+fi-1 ,j-1 −fi+1,j-1−fi-1,j+1)/8 (30) 次に、上記(21)式で表わされる全曲率の分子の値K
1 を求めるための図1に示した全曲率の分子計算部102
の具体的構成について、図3を参照して説明する。
[0034] H 1 = (1+ (f y ) 2) f xx + (1+ (f x) 2) f yy -2f x f y f xy = H 11 + H 12 + H 13 (27) where, H 11 = (1+ ( fy ) 2 ) fxx = [1 + {(fi , j + 1- fi , j-1 ) / 2} 2 ] (fi + 1, j + fi -1, j -2f i, j) / 2 (28 ) H 12 = (1+ (f x) 2) f yy = [1 + {(f i + 1 , j -f i-1, j) / 2} 2 ] (f i, j + 1 + f i, j -1 -2 f i, j) / 2 (29) H 13 = -2f x f y f xy = - (f i + 1, j -f i-1, j) (f i, j + 1 -f i, j-1 ) (f i + 1, j + 1 + f i-1 , j-1 -f i + 1, j-1 -f i-1, j + 1 ) / 8 (30) Next, the value K of the numerator of the total curvature represented by the above equation (21)
1 for calculating the total curvature numerator 102 shown in FIG.
Will be described with reference to FIG.

【0035】全曲率の分子計算部102 は、第1乃至第9
のシフトレジスタ1111〜1119と、上記(22)式で表わ
される変数K11を演算する第1の演算ブロックと、上記
(23)式で表わされる変数K12を演算する第2の演算
ブロックと、上記(24)式で表わされる変数K13を演
算する第3の演算ブロックと、上記(25)式で表わさ
れる変数K14を演算する第4の演算ブロックと、上記
(26)式で表わされる変数K15を演算する第5の演算
ブロックと、第1乃至第5の演算ブロックの出力信号よ
り上記(21)式で表わされる全曲率の分子の値K1
演算する第6の演算ブロックと、全曲率の分子の値K1
の符号化を行う第1の符号化ブロックとからなる。
The numerator calculator 102 for the total curvature includes the first to ninth
Second computing block for computing a shift register 111 1 to 111 9 of a first calculation block for calculating the variable K 11 represented by the equation (22), a variable K 12 represented by the equation (23) When a third computing block for computing a variable K 13 represented by the formula (24), and a fourth computing block for computing a variable K 14 represented by the equation (25), above (26) a fifth computing block for computing a variable K 15 represented, the calculation of the sixth for computing the value K 1 of the total curvature molecule represented by the above formula (21) from the output signal of the first to fifth calculation block Block and numerator value K 1 of total curvature
And a first coded block for performing the above coding.

【0036】ここで、第1乃至第9のシフトレジスタ11
11〜1119には、画素fi-1,j-1 ,画素fi,j-1 ,画素f
i+1,j-1 ,画素fi-1,j ,画素fi,j ,画素fi+1,j
画素fi-1,j+1 ,画素fi,j+1 および画素fi+1,j+1
画素値がそれぞれ格納される。
Here, the first to ninth shift registers 11
1 1 to 111 9, pixel f i-1, j-1, pixel f i, j-1, pixel f
i + 1, j-1 , pixel fi -1, j , pixel fi , j , pixel fi + 1, j ,
The pixel values of the pixel fi-1, j + 1 , the pixel fi , j + 1, and the pixel fi + 1, j + 1 are stored, respectively.

【0037】変数K11を演算する第1の演算ブロック
は、画素fi+1,j の画素値と画素fi, j+1 の画素値との
乗算を行う第1の乗算回路1121と、画素fi+1,j の画素
値と画素fi,j-1 の画素値との乗算を行う第2の乗算回
路1122と、画素fi-1,j の画素値と画素fi,j+1 の画素
値との乗算を行う第3の乗算回路1123と、画素fi-1,j
の画素値と画素fi,j-1 の画素値との乗算を行う第4の
乗算回路1124と、第1の乗算回路1121の出力信号,第2
の乗算回路1122の出力信号,第3の乗算回路1123の出力
信号および第4の乗算回路1124の出力信号の加算を行う
第1の加算回路1131と、第1の加算回路1131の出力信号
の値を1/4にする第1の除算回路1141とからなる。
[0037] The first computing block for computing a variable K 11, pixel f i + 1, pixel values of j and pixel f i, the first multiplying circuit 112 1 for multiplying the pixel value of j + 1 , pixel f i + 1, pixel values of j and pixel f i, and 2 second multiplier circuit 112 for multiplying the pixel values of j-1, pixel f i-1, the pixel value of j and the pixel f i , a third multiplier circuit 112 3 for multiplying the pixel value of j + 1, pixel f i-1, j
Pixel value and the pixel f i, and a fourth multiplier circuit 112 4 for multiplying the pixel values of j-1, the first multiplying circuit 112 1 of the output signal, the second
Multiplier circuit 112 and second output signals, a first adder circuit 113 1 for adding the third multiplier circuit 112 third output signal and the fourth multiplication circuit 112 4 of the output signal, the first adder circuit 113 1 It becomes the value of the output signal from the first divider circuit 114 1 Tokyo to 1/4.

【0038】変数K12を演算する第2の演算ブロック
は、画素fi+1,j の画素値と画素fi, j の画素値との乗
算を行う第5の乗算回路1125と、画素fi-1,j の画素値
と画素fi,j の画素値との乗算を行う第6の乗算回路11
26と、画素fi,j+1 の画素値と画素fi,j の画素値との
乗算を行う第7の乗算回路1127と、画素fi,j-1 の画素
値と画素fi,j の画素値との乗算を行う第8の乗算回路
1128と、第5の乗算回路1125の出力信号,第6の乗算回
路1126の出力信号,第7の乗算回路1127の出力信号およ
び第8の乗算回路1128の出力信号の加算を行う第2の加
算回路1132と、第2の加算回路1132の出力信号の値を1
/2にする第2の除算回路1142と、第2の除算回路1142
の出力信号の符号を反転して負の値とする第1の符号反
転回路1151とからなる。
[0038] The second computing block for computing a variable K 12, pixel f i + 1, pixel values of j and pixel f i, a multiplier circuit 112 5 5 for multiplying the pixel values of j, the pixel Sixth multiplication circuit 11 for multiplying the pixel value of f i-1, j by the pixel value of pixel f i, j
2 6, pixel f i, j + 1 pixel value and the pixel f i, and the seventh multiplier circuit 112 7 for multiplying the pixel values of j, pixel f i, j-1 of the pixel value and the pixel f Eighth multiplication circuit that multiplies the pixel values of i and j
And 112 8, the output signal of the fifth multiplier circuit 112 5, the output signal of the multiplier circuit 112 6 sixth, the addition of the seventh multiplier circuit 112 7 output signal and the output signal of the eighth multiplier circuit 112 8 of the a second adder circuit 113 2 for performing the value of the second adder circuit 113 and second output signal 1
/ 2, a second division circuit 114 2, and a second division circuit 114 2
Consisting of a first sign inversion circuit 115 Tokyo and to a negative value inverts the output signal of the code.

【0039】変数K13を演算する第3の演算ブロック
は、画素fi,j の画素値の2乗演算を行う第9の乗算回
路1129からなる。
The third computing block for computing a variable K 13 consists ninth multiplier circuit 112 9 for squaring the pixel values of the pixel f i, j.

【0040】変数K14を演算する第4の演算ブロック
は、画素fi+1,j+1 の画素値の2乗演算を行う第10の
乗算回路11210 と、画素fi+1,j-1 の画素値の2乗演算
を行う第11の乗算回路11211 と、画素fi-1,j+1 の画
素値の2乗演算を行う第12の乗算回路11212 と、画素
i-1,j-1 の画素値の2乗演算を行う第13の乗算回路
11213 と、第9の乗算回路1129の出力信号,第10の乗
算回路11210 の出力信号,第11の乗算回路11211 の出
力信号および第12の乗算回路11212 の出力信号の加算
を行う第3の加算回路1133と、第3の加算回路1133の出
力信号の値を1/16にする第3の除算回路1143と、第
3の除算回路1143の出力信号の符号を反転して負の値と
する第2の符号反転回路1152とからなる。
[0040] The fourth computing block for computing a variable K 14, pixel f i + 1, the first 10 multiplication circuit 112 10 which performs the square operation j + 1 pixel values, pixel f i + 1, j a multiplier circuit 112 11 of the 11 for squaring the pixel values of -1, the twelfth multiplier circuit 112 12 to perform the square operation on the pixel value of the pixel f i-1, j + 1, pixel f i Thirteenth multiplication circuit that performs a square operation on pixel values of -1, j-1
112 and 13, the output signal of the ninth multiplier circuit 112 9, the output signal of the tenth multiplier circuit 112 10, the addition of a 11 multiplying circuit 112 11 output signal and a 12 multiplier circuit 112 12 output signal of the the a third adding circuit 113 3 to perform, and the third divider circuit 114 3 to the value of the third addition circuit 113 third output signal to 1/16, the sign of the third divider circuit 114 third output signal reversed and made of a second sign inversion circuit 115 2 which is a negative value.

【0041】変数K15を演算する第5の演算ブロック
は、画素fi+1,j+1 の画素値と画素f i-1,j-1 の画素値
との乗算を行う第13の乗算回路11213 と、画素f
i+1,j-1 の画素値と画素fi-1,j+1 の画素値との乗算を
行う第14の乗算回路11214 と、画素fi+1,j+1 の画素
値と画素fi+1,j-1 の画素値との乗算を行う第15の乗
算回路11215 と、画素fi+1,j+1 の画素値と画素f
i-1,j+1 の画素値との乗算を行う第16の乗算回路112
16 と、画素fi+1,j-1 の画素値と画素fi-1,j-1 の画
素値との乗算を行う第17の乗算回路11217 と、画素f
i-1,j+1 の画素値と画素fi- 1,j-1 の画素値との乗算を
行う第18の乗算回路11218 と、第15の乗算回路112
15 の出力信号,第16の乗算回路11216 の出力信号,
第17の乗算回路11217の出力信号および第18の乗算
回路11218 の出力信号の加算を行う第4の加算回路1134
と、第4の加算回路1134の出力信号の符号を反転して負
の値とする第3の符号反転回路1153と、第13の乗算回
路11213 の出力信号,第14の乗算回路11214 の出力信
号および第3の符号反転回路1153 の出力信号の加算を
行う第5の加算回路1135と、第5の加算回路1135の出力
信号の値を1/8にする第4の除算回路1144と、第4の
除算回路1144の出力信号の符号を反転して負の値とする
第4の符号反転回路1154とからなる。
Variable K15Fifth calculation block for calculating
Is the pixel fi + 1, j + 1 Pixel value and pixel f i-1, j-1 Pixel value of
13th multiplication circuit 112 for multiplying by13 And the pixel f
i + 1, j-1 Pixel value and pixel fi-1, j + 1 Multiplication with the pixel value of
Fourteenth Multiplying Circuit 11214 And the pixel fi + 1, j + 1 Pixel
Value and pixel fi + 1, j-1 15th power of multiplying by the pixel value of
Arithmetic circuit 11215 And the pixel fi + 1, j + 1 Pixel value and pixel f
i-1, j + 1 16th multiplication circuit 112 that performs multiplication with the pixel value of
16 And the pixel fi + 1, j-1 Pixel value and pixel fi-1, j-1 Painting
Seventeenth multiplying circuit 112 for multiplying by a prime value17 And the pixel f
i-1, j + 1 Pixel value and pixel fi- 1, j-1 Multiplication with the pixel value of
Eighteenth Multiplying Circuit 11218 And the fifteenth multiplication circuit 112
15 Output signal of the sixteenth multiplication circuit 11216 Output signal,
Seventeenth multiplication circuit 11217Output signal and eighteenth multiplication
Circuit 11218 Adding circuit 113 for adding the output signals ofFour
And the fourth adder circuit 113FourInvert the sign of the output signal of
Of the third sign inversion circuit 115ThreeAnd the thirteenth multiplication
Road 11213 Output signal of the fourteenth multiplication circuit 11214 Output signal
Signal and third sign inverting circuit 115Three Add the output signal of
Fifth adding circuit 113FiveAnd the fifth adder circuit 113FiveOutput
Fourth division circuit 114 for reducing signal value to 1/8FourAnd the fourth
Division circuit 114FourInverts the sign of the output signal to a negative value
Fourth sign inversion circuit 115FourConsists of

【0042】全曲率の分子K1 を演算する第6の演算ブ
ロックは、第1の符号反転回路1151の出力信号,第1の
符号反転回路1151 の出力信号,第2の符号反転回路115
2の出力信号および第4の符号反転回路1154 の出力信号
の加算を行う第6の加算回路1136 からなる。
The sixth computing block for computing a molecular K 1 of total curvature, the first sign inversion circuit 115 1 of the output signal, the first sign inversion circuit 115 1 of the output signal, the second sign inversion circuit 115
Performs addition of 2 the output signal and the fourth sign inversion circuit 115 4 of the output signal consists of the addition circuit 113 6 sixth.

【0043】全曲率の分子の値K1 の符号化を行う第1
の符号化ブロックは、第6の加算回路1136 の出力信号
の値(全曲率の分子の値K1 )が正のときには画素f
i,j の画素値を”1”とするとともに、第6の加算回路
1136 の出力信号の値(全曲率の分子の値K1 )が正で
ないときには画素fi,j の画素値を”0”とする第1の
比較器1161 からなる。
First encoding of the numerator value K 1 of the total curvature
Coding block, a sixth pixel f when the value of the adding circuit 113 6 output signal (the value K 1 of the total curvature molecule) is a positive
The pixel value of i, j is set to “1” and the sixth adder circuit
When 113 of the 6 output signal value (a value K 1 of the total curvature molecule) is not positive it consists of a first comparator 116 1, pixel f i, the pixel value of the j "0".

【0044】次に、上記(27)式で表わされる平均曲
率の分子H1 を求める図1に示した平均曲率の分子計算
部103 の具体的構成について、図4を参照して説明す
る。
Next, the specific configuration of the average curvature numerator calculator 103 shown in FIG. 1 for obtaining the average curvature numerator H 1 represented by the above equation (27) will be described with reference to FIG.

【0045】平均曲率の分子計算部103 は、上記(2
8)式で表わされる変数H11を演算する第7の演算ブロ
ックと、上記(29)式で表わされる変数H12を演算す
る第8の演算ブロックと、上記(30)式で表わされる
変数H13を演算する第9の演算ブロックと、第7乃至第
9の演算ブロックの出力信号より上記(27)式で表わ
される平均曲率の分子の値H1 を演算する第10の演算
ブロックと、平均曲率の分子の値H1 の符号化を行う第
2の符号化ブロックとからなる。なお、図4には、説明
の都合上、第1乃至第9のシフトレジスタ1111〜1119
記載している。
The numerator calculator 103 for the average curvature calculates the above (2)
8) a seventh computing block for computing a variable H 11 represented by formula, and an eighth computing block for computing a variable H 12 represented by the formula (29), the variable represented by the formula (30) H 13 , a ninth operation block for calculating the numerator value H 1 of the average curvature represented by the above equation (27) from the output signals of the seventh to ninth operation blocks, and a second encoding block for coding the value H 1 of curvature molecule. Incidentally, in FIG. 4, for convenience of description, the first to ninth shift register 111 1 to 111 9 also described.

【0046】変数H11を演算する第7の演算ブロック
は、画素fi,j-1 の画素値の符号を反転して負の値とす
る第5の符号反転回路1155と、画素fi,j+1 の画素値お
よび第5の符号反転回路1155の出力信号の加算を行う第
7の加算回路1137と、第7の加算回路1137の出力信号の
値を1/2にする第5の除算回路1145と、第5の除算回
路1145の出力信号の値の2乗演算を行う第19の乗算回
路11219 と、第19の乗算回路11219 の出力信号の値
に”1”を加算する第8の加算回路1138と、画素f i,j
の画素値の符号を反転して負の値とする第6の符号反転
回路1156と、第6の符号反転回路1156の出力信号の値を
2倍にする第20の乗算回路11220 と、画素fi+1,j
画素値,画素fi-1,j の画素値および第20の乗算回路
11220 の出力信号の値の加算を行う第9の加算回路1139
と、第9の加算回路1139の出力信号の値を1/2にする
第6の除算回路1146と、第8の加算回路1138の出力信号
の値と第6の除算回路1146の出力信号の値との乗算を行
う第20の乗算回路11220 とからなる。
Variable H11The seventh operation block for calculating
Is the pixel fi, j-1 Invert the sign of the pixel value of
Fifth sign inversion circuit 115FiveAnd the pixel fi, j + 1 Pixel value
And fifth sign inversion circuit 115FiveOutput signal
7 adder circuit 1137And the seventh adder circuit 1137Output signal
Fifth division circuit 114 for halving the valueFiveAnd the fifth division
Road 114Five19th multiplication that performs the square operation of the value of the output signal of
Road 11219 And a nineteenth multiplication circuit 11219 Output signal value of
Adder 113 for adding "1" to the8And the pixel f i, j 
Sixth sign inversion that inverts the sign of the pixel value of
Circuit 1156And the sixth sign inverting circuit 1156Output signal value
Twentieth multiplier circuit 112 for doubling20 And the pixel fi + 1, j of
Pixel value, pixel fi-1, j Pixel value and twentieth multiplication circuit
11220 Ninth adding circuit 113 for adding the values of the output signals of9
And the ninth adder circuit 1139Halves the output signal value of
Sixth division circuit 1146And an eighth adder circuit 1138Output signal
And the sixth division circuit 1146Multiply with the output signal value of
20th multiplication circuit 11220 Consists of

【0047】変数H12を演算する第8の演算ブロック
は、画素fi-1,j の画素値の符号を反転して負の値とす
る第7の符号反転回路1157と、画素fi+1,j の画素値お
よび第6の符号反転回路1156の出力信号の加算を行う第
10の加算回路11310 と、第10の加算回路11310 の出
力信号の値を1/2にする第7の除算回路1147と、第7
の除算回路1147の出力信号の値の2乗演算を行う第21
の乗算回路11221 と、第21の乗算回路11221 の出力信
号の値に”1”を加算する第11の加算回路1131 1 と、
画素fi,j+1 の画素値,画素fi,j-1 の画素値と第20
の乗算回路11220の出力信号の値との加算を行う第12
の加算回路11312 と、第12の加算回路1312の出力信
号の値を1/2にする第8の除算回路1148と、第11の
加算回路11311 の出力信号の値と第8の除算回路1148
出力信号の値との乗算を行う第22の乗算回路11222
からなる。
The eighth computing block for computing a variable H 12, a seventh sign inversion circuit 115 7, negative values by inverting the sign of the pixel value of the pixel f i-1, j, pixel f i + 1, and the 10 adder circuit 113 10 which performs addition of j pixel value and the sixth sign inversion circuit 115 6 output signals of the, the value of the output signal of the tenth adder circuit 113 10 1/2 The seventh division circuit 114 7 and the seventh division circuit
21 to perform the square operation value of the division circuit 114 7 output signal
A multiplication circuit 112 21, and the 11 adder circuit 113 1 1 of which adds "1" to the value of the output signal of the 21 multiplication circuit 112 21,
The pixel value of the pixel f i, j + 1, the pixel value of the pixel f i, j-1
12 to perform the addition of the value of the output signal of the multiplier circuit 112 20
The adder circuit 113 12, a divider circuit 114 8 of the eighth to the value of the output signal of the first 12 adder circuit 13 12 of the half, the output signal of the eleventh adder circuit 113 11 values and the eighth consisting 22nd multiplication circuit 112 22 for performing multiplication of the value of the output signal of the divider circuit 114 8.

【0048】変数H13を演算する第9の演算ブロック
は、画素fi+1,j-1 の画素値と画素f i-1,j+1 の画素値
との加算を行う第13の加算回路11313 と、第13の加
算回路11313 の出力信号の値の符号を反転して負の値と
する第8の符号反転回路1158と、画素fi+1,j+1 の画素
値,画素fi-1,j-1 の画素値および第13の加算回路11
313 の出力信号の値の加算を行う第14の加算回路113
14 と、第14の加算回路11314 の出力信号の値を1/
2にする第9の除算回路1149と、第7の除算回路1147
出力信号の値と第8の除算回路1148の出力信号の値と第
9の除算回路1149の出力信号の値との乗算を行う第23
の乗算回路11223 と、第23の乗算回路1122 3 の出力信
号の値の符号を反転して負の値とする第9の符号反転回
路1159とからなる。
Variable H13Ninth operation block for calculating
Is the pixel fi + 1, j-1 Pixel value and pixel f i-1, j + 1 Pixel value of
13th adder circuit 113 for adding13 And the thirteenth
Arithmetic circuit 11313 Invert the sign of the output signal value of
Eighth sign inversion circuit 1158And the pixel fi + 1, j + 1 Pixel
Value, pixel fi-1, j-1 Pixel value and the thirteenth addition circuit 11
Three13 Fourteenth adder circuit 113 for adding the values of the output signals of
14 And the fourteenth adder circuit 11314 Output signal value is 1 /
Ninth division circuit 114 for making 29And the seventh division circuit 1147of
Output signal value and eighth division circuit 1148Output signal value and
9 division circuit 114923rd multiplication with the value of the output signal of
Multiplication circuit 112twenty three And the twenty-third multiplication circuit 112Two Three Output signal
Ninth sign inversion cycle in which the sign of the sign value is inverted to a negative value
Road 1159Consists of

【0049】平均曲率の分子の値H1 を演算する第10
の演算ブロックは、第20の乗算回路11220 の出力信号
の値,第22の乗算回路11222 の出力信号の値および第
9の符号反転回路1159の出力信号の値の加算を行う第1
5の加算回路11315 からなる。
The tenth calculation of the numerator value H 1 of the average curvature is performed.
Calculation block of the performing addition of the first 20 multiplication circuit 112 20 value of the output signal of the value of the 22 values of the multiplying circuit 112 22 output signal and the ninth output signal of the sign inversion circuit 115 9 of 1
Consisting of five of the adding circuit 113 15.

【0050】平均曲率の分子の値H1 の符号化を行う第
2の符号化ブロックは、第15の加算回路11315 の出力
信号の値(平均曲率の分子の値H1 )が負のときには画
素f i,j の画素値を”1”とするとともに、第15の加
算回路11315 の出力信号の値(平均曲率の分子の値H
1 )が負でないときには画素fi,j の画素値を”0”と
する第2の比較器1162からなる。
The numerator value H of the average curvature1 The encoding of
The second coding block is a fifteenth adder 11315 Output
Signal value (average curvature numerator value H1 ) Is negative when
Element f i, j Is set to “1” and the fifteenth processing
Arithmetic circuit 11315 Output signal value (average curvature numerator value H
1 ) Is not negative, the pixel fi, j Pixel value of “0”
Second comparator 116TwoConsists of

【0051】次に、画像処理装置100 を用いた一実験結
果について、図5を参照して説明する。
Next, the results of an experiment using the image processing apparatus 100 will be described with reference to FIG.

【0052】画像情報入力部101 により入力された、等
高線で表示された原画像200 は、記録ビットを示す楕円
的点領域201 と、ステップまたは尾根を示す放物的点領
域202 との組み合わせからなるが、楕円的点領域201 と
放物的点領域202 との組み合わせによって、また、画像
の定義域としての空間座標を離散化したことによって、
双曲的点領域203 も存在する。原画像200 を示す画像信
号を全曲率の分子計算部102 に入力することにより、放
物的点領域202 と双曲的点領域203 とが孤立点となった
全曲率の分子計算部出力画像210 が得られる。また、原
画像200 を示す画像信号を平均曲率の分子計算部103 に
入力することにより、凹の領域と平坦な領域とが孤立点
となった平均曲率の分子計算部出力画像220 が得られ
る。したがって、全曲率の分子計算部102 の出力信号と
平均曲率の分子計算部103 の出力信号とを論理積演算部
104 にそれぞれ入力することにより、記録ビットを示す
楕円的点領域201 が抽出された論理積演算部出力画像23
0 が得られる。しかし、論理積演算部出力画像230 に
は、記録ビットを示す楕円的点領域201 のほか、空間座
標の離散化による誤差に起因する楕円的点領域も抽出さ
れている。そこで、論理積演算部104 の出力信号をメデ
ィアンフィルタ105 に入力することにより、記録ビット
を示す楕円的点領域201 のみが抽出された楕円的点抽出
画像240 が得られる。
The original image 200 displayed by the contour lines input by the image information input unit 101 is composed of a combination of an elliptical point area 201 indicating recording bits and a parabolic point area 202 indicating steps or ridges. Is, by the combination of the elliptical point area 201 and the parabolic point area 202, and by discretizing the spatial coordinates as the domain of the image,
There is also a hyperbolic point region 203. By inputting the image signal indicating the original image 200 to the numerator of full curvature 102, the output image 210 of the numerator of full curvature where the parabolic point region 202 and the hyperbolic point region 203 are isolated points is obtained. Is obtained. Also, by inputting the image signal indicating the original image 200 to the average curvature numerator calculator 103, an output image 220 of the numerator of the average curvature in which the concave area and the flat area are isolated points is obtained. Therefore, the output signal of the numerator of total curvature 102 and the output signal of the numerator of average curvature 103 are ANDed.
104, the elliptical point area 201 indicating the recording bit is extracted and the logical product operation unit output image 23
0 is obtained. However, in the AND operation unit output image 230, in addition to the elliptical point area 201 indicating recording bits, an elliptical point area due to an error due to discretization of spatial coordinates is also extracted. Therefore, by inputting the output signal of the AND operation unit 104 to the median filter 105, an elliptical point extraction image 240 in which only the elliptical point area 201 indicating the recording bit is extracted is obtained.

【0053】図6は、画像処理装置100 による記録ビッ
トの認識マップの一実験例を示すグラフである。同図に
おいて、横軸は、高さに関するSNRh の対数値(=l
og(記録ビットの高さ/リッジの高さ))を示し、縦軸
は、直径に関するSNRW の対数値(=log(記録ビ
ットの直径/リッジの幅))を示している。また、境界
線L1 は、記録ビットの高さが255レベルで、記録ビ
ットの直径が5画素の場合の認識境界線を示しており、
境界線L2 は、記録ビットの高さが255レベルで、記
録ビットの直径が7画素の場合の認識境界線を示してお
り、境界線L3 は、記録ビットの高さが255レベル
で、記録ビットの直径が9画素の場合の認識境界線を示
している。なお、各境界線L1,L2,L3 の右側の条件
で、記録ビットが100%認識される。
FIG. 6 is a graph showing an experimental example of a recording bit recognition map by the image processing apparatus 100. In the figure, the horizontal axis represents the logarithmic value of the SNR h related to the height (= l
og (record bit height / ridge height)), and the vertical axis indicates the logarithmic value of SNR W related to the diameter (= log (record bit diameter / ridge width)). The boundary line L 1 is a 255-level height of the recording bit, the diameter of the recording bits indicates the recognition boundary in the case of 5 pixels,
A boundary line L 2 indicates a recognition boundary line when the recording bit height is 255 levels and the recording bit diameter is 7 pixels, and a boundary line L 3 is when the recording bit height is 255 levels. The recognition boundary line when the recording bit diameter is 9 pixels is shown. Note that 100% of the recording bits are recognized under the conditions on the right side of each of the boundary lines L 1 , L 2 , and L 3 .

【0054】図6に示す結果より、ある高さと幅をもっ
たリッジ(ステップも同様)に対して、高さに関するS
NRh の対数値および直径に関するSNRW の対数値が
各境界線L1,L2,L3 の右側にくるように記録ビット
の高さと直径を選ぶことにより、記録ビットを100%
認識することができる。
From the results shown in FIG. 6, for a ridge having a certain height and a certain width (same for steps), the S
By logarithm of SNR W about logarithm and diameter of NR h choose the height and diameter of the recording bit to come to the right of each boundary line L 1, L 2, L 3 , the recording bit 100%
Can be recognized.

【0055】図7は、本発明の記録再生装置の一実施例
を示す概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing one embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention.

【0056】記録再生装置10は、記録媒体11と、粗
動制御機構12と、構造体13と、大粗動機構14と、
除震台15と、プローブ電極16と、微動制御機構17
と、XYコントローラ18と、電圧印加装置19と、プ
ローブ電流増幅器20と、演算装置21とを含む。記録
再生装置10の各構成要素について、以下詳細に説明す
る。
The recording / reproducing apparatus 10 includes a recording medium 11, a coarse movement control mechanism 12, a structure 13, a large coarse movement mechanism 14,
Isolation table 15, probe electrode 16, fine movement control mechanism 17
, An XY controller 18, a voltage application device 19, a probe current amplifier 20, and an arithmetic device 21. Each component of the recording / reproducing device 10 will be described in detail below.

【0057】(1)記録媒体11 記録媒体11は、スクアリリウム−ビス−6−オクチル
アズレンをグラファイト基板上にLB法を用いて8層累
積したものからなる。ここで、スクアリリウム−ビス−
6−オクチルアズレンは、電圧電流のスイッチング特性
に対してメモリ効果を有する。なお、記録媒体11は、
初期状態では、非記録状態(オフ状態)になっている。
また、記録媒体11の記録面は、図8に示すように、4
つの1一般記録領域(第1乃至第4の一般記録領域30
1〜304)に分割されており、第1乃至第4の一般記録
領域301〜304の同図示左側には、第1乃至第4の位
置基準パターン領域311〜314が確保されている。
(1) Recording Medium 11 The recording medium 11 is formed by accumulating eight layers of squarylium-bis-6-octylazulene on a graphite substrate by using the LB method. Here, squarylium-bis-
6-octylazulene has a memory effect on the switching characteristics of voltage and current. Note that the recording medium 11 is
In an initial state, it is in a non-recording state (off state).
As shown in FIG. 8, the recording surface of the recording medium 11
One general recording area (first to fourth general recording areas 30)
1 to 30 4 ), and first to fourth position reference pattern areas 31 1 to 31 4 are secured on the left side of the first to fourth general recording areas 301 to 304 in the drawing. ing.

【0058】(2)粗動制御機構12,構造体13,大
粗動機構14および除震台15 記録媒体11が載置された粗動制御機構12は、弾性ヒ
ンジを用いた平行バネを有するものであり、記録媒体1
1の図示X軸方向およびY軸方向への粗動制御を行うた
めのものである。構造体13は、記録再生装置10の各
構造部分を支えるためのインバー(Inbar)からな
るものである。大粗動機構14は、粗動制御機構12の
制御範囲外において、記録再生装置10を図示X軸方向
およびY軸方向へ粗動制御するためのものである。大粗
動機構14が載置された除震台15は、外部の震動が記
録再生装置10に伝わることを防止して、外部の震動に
よる記録再生装置10の誤動作を防止するためのもので
ある。
(2) Coarse Motion Control Mechanism 12, Structure 13, Large Coarse Motion Mechanism 14, and Vibration Isolation Table 15 The coarse motion control mechanism 12 on which the recording medium 11 is placed has a parallel spring using an elastic hinge. Recording medium 1
1 for performing coarse movement control in the illustrated X-axis direction and Y-axis direction. The structure 13 is composed of Inbar for supporting each structural part of the recording / reproducing apparatus 10. The large coarse movement mechanism 14 is for performing coarse movement control of the recording / reproducing apparatus 10 in the illustrated X-axis direction and the Y-axis direction outside the control range of the coarse movement control mechanism 12. The seismic isolation table 15 on which the large coarse movement mechanism 14 is mounted is for preventing external vibrations from being transmitted to the recording / reproducing apparatus 10 and for preventing malfunction of the recording / reproducing apparatus 10 due to external vibrations. .

【0059】(3)プローブ電極16,微動制御機構1
7およびXYコントローラ18 プローブ電極16は、情報の記録および再生に用いられ
るものである。なお、プローブ電極16の先端は、記録
および再生の分解能を上げるために、タングステン針の
先端を機械的研磨,電解研磨したものである。ただし、
プローブ電極16の材料としては、Pt−IrやPtな
どでもよく、加工法も何らこれに限定されるものではな
い。プローブ電極16が取り付けられている微動制御機
構17は、円筒形圧電素子を用いて構成されており、プ
ローブ電極16を図示Z軸方向に移動させてプローブ電
極16と記録媒体11との間の距離を微調させるととも
に、プローブ電極16を図示X軸方向およびY軸方向に
移動させてプローブ電極16を記録媒体11の表面(記
録面)に対して二次元走査させるものである。XYコン
トローラ18は、演算装置21の指令に従って粗動制御
機構12および微動制御機構17を駆動制御するもので
あり、粗動制御機構12および微動制御機構17の駆動
量を示す各操作電圧を粗動制御機構12および微動制御
機構17へそれぞれ出力する。
(3) Probe electrode 16 and fine movement control mechanism 1
7 and XY controller 18 The probe electrode 16 is used for recording and reproducing information. The tip of the probe electrode 16 is obtained by mechanically polishing or electrolytically polishing the tip of a tungsten needle in order to increase the resolution of recording and reproduction. However,
The material of the probe electrode 16 may be Pt-Ir, Pt, or the like, and the processing method is not limited thereto. The fine movement control mechanism 17 to which the probe electrode 16 is attached is configured by using a cylindrical piezoelectric element, and moves the probe electrode 16 in the Z-axis direction in the figure so that the distance between the probe electrode 16 and the recording medium 11 is increased. Is finely adjusted, and the probe electrode 16 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction in the drawing, so that the probe electrode 16 is two-dimensionally scanned on the surface (recording surface) of the recording medium 11. The XY controller 18 drives and controls the coarse movement control mechanism 12 and the fine movement control mechanism 17 in accordance with a command from the arithmetic unit 21. The XY controller 18 adjusts each operation voltage indicating the drive amount of the coarse movement control mechanism 12 and the fine movement control mechanism 17 by coarse movement. Output to the control mechanism 12 and the fine movement control mechanism 17, respectively.

【0060】 (4)電圧印加装置19およびプローブ電流増幅器20 電圧印加装置19は、演算装置21の指令に従って、プ
ローブ電極16と記録媒体11との間に、記録用電圧,
再生用電圧および消去用電圧をそれぞれ印加するもので
ある。なお、電圧印加装置19は、プローブ電極16と
記録媒体11との間に−10V〜+10Vまでの任意の
バイアス電圧を与えることもできる。プローブ電流増幅
器20は、プローブ電極16と記録媒体11との間に流
れる電流を検出し、検出した電流を増幅するものであ
る。なお、増幅された電流は、プローブ電流増幅器20
で電圧に変換されたのち、プローブ電流増幅器20から
演算装置21へ出力される。
(4) Voltage Applying Apparatus 19 and Probe Current Amplifier 20 The voltage applying apparatus 19 applies a recording voltage, between the probe electrode 16 and the recording medium 11 in accordance with a command from the arithmetic unit 21.
A reproducing voltage and an erasing voltage are applied, respectively. Note that the voltage applying device 19 can also apply an arbitrary bias voltage between −10 V and +10 V between the probe electrode 16 and the recording medium 11. The probe current amplifier 20 detects a current flowing between the probe electrode 16 and the recording medium 11 and amplifies the detected current. The amplified current is supplied to the probe current amplifier 20.
After that, it is output from the probe current amplifier 20 to the arithmetic unit 21.

【0061】(5)演算装置21 演算装置21は、プローブ電流増幅器20から送られて
くる電圧をデジタル信号化するA/D変換回路と、XY
コントローラ18および電圧印加装置19をそれぞれ制
御するマイクロプロセッサと、記録媒体11上の位置基
準が格納された位置基準メモリと、記録すべき情報をパ
ターン認識してコード化するプロセッサと、A/D変換
回路から出力されるデジタル信号より画像情報を作成す
るとともに、作成した画像情報から記録ビット領域だけ
を抽出する画像処理回路とを含むものである。なお、こ
の画像処理回路における画像処理は、図1に示した画像
処理装置100 と同様にして行われる。
(5) Arithmetic Unit 21 The arithmetic unit 21 includes an A / D converter for converting the voltage sent from the probe current amplifier 20 into a digital signal, and an XY converter.
A microprocessor for controlling the controller 18 and the voltage application device 19; a position reference memory for storing position references on the recording medium 11; a processor for pattern-recognizing and coding information to be recorded; and A / D conversion An image processing circuit that creates image information from a digital signal output from the circuit and extracts only a recording bit area from the created image information. Note that image processing in this image processing circuit is performed in the same manner as in the image processing apparatus 100 shown in FIG.

【0062】次に、記録再生装置10における記録媒体
11上の位置基準パターンと記録信号領域とについて、
図8を参照して説明する。
Next, the position reference pattern and the recording signal area on the recording medium 11 in the recording / reproducing apparatus 10 will be described.
This will be described with reference to FIG.

【0063】記録再生装置10では、記録媒体11の第
1乃至第4の一般記録領域301〜304に情報が記録さ
れる前に、位置基準パターンが、以下に示す手順に従っ
て、第1乃至第4の位置基準パターン領域311〜314
にそれぞれ記録される。
In the recording / reproducing apparatus 10, before information is recorded in the first to fourth general recording areas 30 1 to 304 of the recording medium 11, the position reference pattern is changed according to the following procedure. Fourth position reference pattern areas 31 1 to 31 4
Respectively.

【0064】構造体13の機械精度により、記録媒体1
1上のプローブ電極16の先端は、記録媒体11のホー
ムポジションHP から図7図示Z軸方向に約200μm
離れた位置に、±10μmの精度で位置される。300
mVのバイアス電圧が、プローブ電極16と記録媒体1
1との間に電圧印加装置19から印加される。プローブ
電極16と記録媒体11との間に流れる電流がプローブ
電流増幅器20で検出され増幅されたのち電圧に変換さ
れる。演算装置21では、プローブ電流増幅器20から
送られてくる電圧よりプローブ電極16と記録媒体11
との間に流れている電流の値が検出され、検出された電
流の値が1pAとなるまで、粗動制御機構12が演算装
置21によって駆動される。その結果、最終的には、プ
ローブ電極16と記録媒体11との間に流れる電流の値
が1pAとなる距離まで、プローブ電極16の先端が記
録媒体11の記録面に近づけられる。微動制御機構17
が演算装置21によって同様にして駆動されることによ
り、プローブ電極16と記録媒体11との間に流れる電
流の値が1nAとなる距離まで、プローブ電極16の先
端が記録媒体11の記録面に近づけられる。その後、記
録媒体11の図8の点線で囲まれた領域内において、プ
ローブ電極16が演算装置21によって二次元走査され
る。
According to the mechanical accuracy of the structure 13, the recording medium 1
Tip of the probe electrode 16 on one is a home position approximately 200μm from H P in FIG. 7 the Z-axis direction of the recording medium 11
It is located at a remote position with an accuracy of ± 10 μm. 300
The bias voltage of mV is applied between the probe electrode 16 and the recording medium 1.
1 is applied from the voltage application device 19. A current flowing between the probe electrode 16 and the recording medium 11 is detected and amplified by the probe current amplifier 20 and then converted into a voltage. In the arithmetic unit 21, the probe electrode 16 and the recording medium 11 are calculated based on the voltage sent from the probe current amplifier 20.
The coarse movement control mechanism 12 is driven by the arithmetic unit 21 until the detected current value becomes 1 pA. As a result, the tip of the probe electrode 16 is brought closer to the recording surface of the recording medium 11 until the value of the current flowing between the probe electrode 16 and the recording medium 11 becomes 1 pA. Fine movement control mechanism 17
Is similarly driven by the arithmetic unit 21 so that the tip of the probe electrode 16 approaches the recording surface of the recording medium 11 until the value of the current flowing between the probe electrode 16 and the recording medium 11 becomes 1 nA. Can be Thereafter, in the area of the recording medium 11 surrounded by the dotted line in FIG.

【0065】プローブ電極16が第1の位置基準パター
ン領域311 の記録位置まで走査されてくると、記録媒
体11のオン/オフ情報のしきい値より大きい+10V
のバイアス電圧が、プローブ電極16と記録媒体11と
の間に電圧印加装置19から印加される。これにより、
記録媒体11のこの部分が記録状態(オン状態)とされ
て、位置基準パターンが記録される。なお、位置基準パ
ターンの記録時には、プローブ電極16と記録媒体11
との間の距離制御への影響をなくするため、プローブ電
極16と記録媒体11との間に流れる電流の平均値が
0.9nAとなるように、微動制御機構17が演算装置
21によって制御されることより、プローブ電極16と
記録媒体11との間の平均的な距離が一定にされる。
When the probe electrode 16 is scanned to the recording position of the first position reference pattern area 311, +10 V which is larger than the threshold value of the on / off information of the recording medium 11.
Is applied from the voltage applying device 19 between the probe electrode 16 and the recording medium 11. This allows
This portion of the recording medium 11 is set to a recording state (ON state), and the position reference pattern is recorded. When recording the position reference pattern, the probe electrode 16 and the recording medium 11 are used.
The fine movement control mechanism 17 is controlled by the arithmetic unit 21 so that the average value of the current flowing between the probe electrode 16 and the recording medium 11 is 0.9 nA in order to eliminate the influence on the distance control between the probe electrode 16 and the recording medium 11. Accordingly, the average distance between the probe electrode 16 and the recording medium 11 is made constant.

【0066】以上の動作が繰り返されることにより、第
1乃至第4の位置基準パターン領域311〜314に、位
置基準パターンが順次記録されていく。なお、このと
き、第1乃至第4の位置基準パターン領域311〜314
には、方向用パターンと位置用パターン361〜364
がそれぞれ記録される。ここで、第1の位置基準パター
ン領域311 に記録される3つの方向用パターン3511
〜3513と、第3の位置基準パターン領域311,313
に記録される3つの方向用パターン3531〜35 33
は、互いに対応する位置にそれぞれ記録される。また、
第2の位置基準パターン領域312 に記録される3つの
方向用パターン3521〜3523と、第4の位置基準パタ
ーン領域314に記録される3つの方向用パターン35
41〜3543とは、互いに対応する位置にそれぞれ記録さ
れる。さらに、各一般記録領域301〜304と各位置基
準パターン311〜314との間には、第1乃至第4の同
期パターン371〜374もそれぞれ記録される。
By repeating the above operation, the
First to fourth position reference pattern areas 311~ 31FourTo the rank
The placement reference patterns are sequentially recorded. In addition,
The first to fourth position reference pattern areas 311~ 31Four
The direction pattern and the position pattern 361~ 36FourWhen
Are respectively recorded. Here, the first position reference pattern
Area 311 Direction patterns 35 recorded in the11
~ 3513And the third position reference pattern area 311, 31Three
Direction patterns 35 recorded in the31~ 35 33When
Are recorded at positions corresponding to each other. Also,
Second position reference pattern area 31Two Three recorded in
Direction pattern 35twenty one~ 35twenty threeAnd the fourth position reference pattern
Region 31FourDirection patterns 35 recorded in the
41~ 3543Are recorded at the positions corresponding to each other.
It is. Further, each general recording area 301~ 30FourAnd each position group
Quasi-pattern 311~ 31FourBetween the first and fourth
Period pattern 371~ 37FourAre also recorded.

【0067】次に、記録再生装置10における各一般記
録領域301〜304への情報の記録動作および各一般記
録領域301〜304からの情報の再生動作についてそれ
ぞれ説明する。
Next, description each operation for reproducing information from the general recording area 30 1 to 30 information recording operation and the general recording area 30 1 to 30 4 to 4 in a recording and reproducing apparatus 10.

【0068】まず、次の手順に従って、プローブ電極1
6の位置決めが行われる。記録媒体11のオン/オフ状
態(記録/非記録状態)のしきい値より小さい+5Vの
バイアス電圧が、プローブ電極16と記録媒体11との
間に電圧印加装置19から印加される。この状態で、プ
ローブ電極16が記録媒体11の記録面全体に渡って二
次元走査される。このときにプローブ電極16と記録媒
体11との間に流れる電流の値を検出して、記録媒体1
1のオン/オフ状態を検出することにより、位置基準パ
ターンの検出が行われる。
First, according to the following procedure, the probe electrode 1
6 is performed. A bias voltage of +5 V which is smaller than the threshold value of the ON / OFF state (recording / non-recording state) of the recording medium 11 is applied from the voltage applying device 19 between the probe electrode 16 and the recording medium 11. In this state, the probe electrode 16 is two-dimensionally scanned over the entire recording surface of the recording medium 11. At this time, the value of the current flowing between the probe electrode 16 and the recording medium 11 is detected, and the recording medium 1 is detected.
The position reference pattern is detected by detecting the on / off state of No. 1.

【0069】位置基準パターンは、一般記録領域301
〜304に記録される情報の記録単位よりも広い記録単
位で記録されているため、各位置基準パターン領域31
1〜314において検出される電流は、各一般記録領域3
1〜304において検出される電流よりも周波数の低い
ものとなる。したがって、検出された電流を帯域通過フ
ィルタに通すことにより、位置基準パターンと情報とを
近似的に分離することができる。分離した各位置基準パ
ターンの二次元情報に基づいて、プローブ電極16が、
4つある位置基準パターン領域311〜314のうちの1
つの位置基準パターン領域周辺に移動される。続いて、
位置基準パターン領域よりも少し広い範囲に渡ってプロ
ーブ電極16が二次元走査され、このとき演算装置21
で得られるデジタル信号が、二次元情報としてメモリに
格納される。
The position reference pattern corresponds to the general recording area 30 1
30 4 because it is recorded in a wide recording unit than the recording unit of information recorded in the respective position reference pattern area 31
1-31 4 current detected in each general recording area 3
0 becomes lower frequency than the current detected in 1 - 30 4. Therefore, by passing the detected current through the band-pass filter, the position reference pattern and the information can be approximately separated. Based on the two-dimensional information of each separated position reference pattern, the probe electrode 16
One of the four position reference pattern areas 31 1 to 31 4
Are moved around the two position reference pattern areas. continue,
The probe electrode 16 is two-dimensionally scanned over a slightly wider range than the position reference pattern area.
Is stored in the memory as two-dimensional information.

【0070】前述したように、第1および第3の位置基
準パターン領域311,313の互いに対応する位置に
は、3つの方向用パターン3511〜3513,3531〜3
33がそれぞれ記録されており、また、第2および第4
の位置基準パターン領域312,314の互いに対応する
位置には、3つの方向用パターン3521〜3523,35
41〜3543がそれぞれ記録されているため、プローブ電
極16の走査方向が、各方向用パターン3511〜3
13,3531〜3533,3521〜3523,3541〜35
43を検出することによりわかる。また、第1乃至第4の
位置基準パターン領域311〜314には、位置用パター
ン361〜364がそれぞれ記録されているため、各位置
用パターン361〜364を検出することにより、プロー
ブ電極16の相対的な位置がわかる。すなわち、各位置
基準パターンは方向情報と位置情報とを含んでいるた
め、一般に行われている画像処理の手法を用いて、プロ
ーブ電極16の走査方向の情報と位置情報とが得られ
る。さらに、各位置基準パターンの位置関係から、次に
走査する一般記録領域の位置基準パターンの大まかな位
置の情報が得られる。
[0070] As described above, the first and third position reference pattern area 31 1, 31 to one another corresponding position of the 3, three directions patterns 35 11-35 13, 35 31-3
5 33 are recorded respectively, and the second and fourth
The position reference pattern area 31 2, 31 mutually corresponding positions of 4, three directions patterns 35 21-35 23, 35
Since 41 to 35 43 are recorded respectively, the scanning direction of the probe electrode 16 is changed to the pattern 35 11 to 3 for each direction.
5 13 , 35 31 to 35 33 , 35 21 to 35 23 , 35 41 to 35
It can be seen by detecting 43 . Further, in the first to fourth position reference pattern area 31 1-31 4, the position patterns 36 1 to 36 4 are respectively recorded, by detecting the respective position patterns 36 1 to 36 4 And the relative position of the probe electrode 16 can be understood. That is, since each position reference pattern includes the direction information and the position information, the information on the scanning direction of the probe electrode 16 and the position information can be obtained by using a generally used image processing technique. Further, information on the approximate position of the position reference pattern in the general recording area to be scanned next can be obtained from the positional relationship between the position reference patterns.

【0071】情報の記録は、次の手順に従って行われ
る。得られた位置情報に基づいて、プローブ電極16が
たとえば第1の一般記録領域301 の周辺に移動され
る。続いて、第1の一般記録領域301 よりも広い範囲
に渡って、プローブ電極16が二次元走査される。第1
の位置基準パターン領域361 に記録された第1の同期
パターン371 の同期信号を検出したのち、得られた位
置情報に基づいて、第1の一般記録領域301 の所定の
記録位置に、情報が圧電素子の精度で記録される。
Recording of information is performed according to the following procedure. The probe electrode 16 is moved to, for example, the periphery of the first general recording area 301 based on the obtained position information. Then, over a range wider than the first general recording area 30 1, the probe electrode 16 is scanned two-dimensionally. First
After detecting the first synchronization pattern 37 1 of the sync signal recorded on the position reference pattern area 36 1, based on the position information obtained, the first predetermined recording position of the general recording area 30 1, Information is recorded with the accuracy of the piezoelectric element.

【0072】また、たとえば第1の一般記録領域301
に記録された情報の再生は、第1の同期パターン371
の同期信号以後の領域全体に渡ってプローブ電極16が
二次元走査され、このとき得られた二次元情報が、別に
入力された圧電素子のもつヒステリシスおよび記録媒体
11の温湿度伸縮などの情報を考慮して、図2(A)〜
(C)にそれぞれ示したような記録単位(単位情報領
域)に領域分けされ、記録単位ごとに画像処理が施され
ることにより行われる。第1の一般記録領域30 1 に記
録された情報の再生が終わると、得られた位置情報に基
づいて、プローブ電極16が第2の一般記録領域302
の周辺に移動される。
Further, for example, the first general recording area 301 
Of the information recorded in the first synchronization pattern 371 
Over the entire area after the synchronization signal of
Two-dimensional scanning is performed, and the two-dimensional information obtained at this time is separately
Hysteresis of input piezoelectric element and recording medium
Considering information such as the temperature and humidity expansion and contraction of FIG.
The recording unit (unit information area) as shown in FIG.
Area), and image processing is performed for each recording unit.
It is done by doing. First general recording area 30 1 Written in
When playback of the recorded information is completed, based on the obtained location information,
Then, the probe electrode 16 is connected to the second general recording area 30.Two 
Moved around.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次の効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.

【0074】請求項1記載の発明(本発明の画像処理装
置)は、記録面に対して凸の曲面上の楕円的点が必要な
情報を示すことが予めわかっている場合には、全曲率の
分子計算手段の出力信号と平均曲率の分子計算手段の出
力信号との論理積を演算することにより、画像情報に含
まれている誤情報を排除して、必要な情報のみを抽出す
ることができるとともに、論理積演算手段の出力信号を
メディアンフィルタに入力することにより、空間座標の
離散化による誤差に起因する誤情報を排除することがで
きるため、画素数に依存しない高い並列性をもたせるこ
とができるとともに、全曲率の分子の値および平均曲率
の分子の値を求めれば足りるため、演算速度の向上が図
れる。
According to the first aspect of the invention (the image processing apparatus of the present invention), when it is known in advance that an elliptical point on a curved surface that is convex with respect to a recording surface indicates necessary information, the total curvature is calculated. By calculating the logical product of the output signal of the numerator of the numerator and the output signal of the numerator of the average curvature, it is possible to eliminate erroneous information included in the image information and extract only necessary information. In addition, by inputting the output signal of the AND operation means to the median filter, it is possible to eliminate erroneous information due to errors due to discretization of spatial coordinates, thereby providing high parallelism independent of the number of pixels. It is sufficient to obtain the value of the numerator of the total curvature and the value of the numerator of the average curvature, so that the calculation speed can be improved.

【0075】請求項2および請求項3記載の発明(本発
明の記録再生装置)は、画像情報に含まれている放物的
点,双曲的点および記録面に対して凹の曲面上の楕円的
点を排除して、記録面に対して凸の曲面上の楕円的点と
なっている記録ビットのみを抽出した新たな画像情報を
得ることができるため、原子オーダーのステップや尾根
による、再生時の誤り率低下を軽減することができる。
The invention according to the second and third aspects (the recording / reproducing apparatus of the present invention) is characterized in that a parabolic point, a hyperbolic point included in the image information and a curved surface concave with respect to the recording surface are provided. By removing the elliptical points, it is possible to obtain new image information by extracting only the recording bits that are elliptical points on the curved surface that is convex with respect to the recording surface. It is possible to reduce a decrease in the error rate during reproduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の画像処理装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of an image processing apparatus according to the present invention.

【図2】記録媒体の記録面に存在する原子オーダーの尾
根,ステップおよび記録ビットの形状を示す図であり、
(A)は尾根の形状を示す図、(B)はステップの形状
を示す図、(C)は記録ビットの形状を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing shapes of ridges, steps, and recording bits in atomic order existing on a recording surface of a recording medium;
(A) is a diagram showing a shape of a ridge, (B) is a diagram showing a shape of a step, and (C) is a diagram showing a shape of a recording bit.

【図3】図1に示した全曲率の分子計算部の具体的構成
を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration of a numerator calculator of all curvatures shown in FIG. 1;

【図4】図1に示した平均曲率の分子計算部の具体的構
成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of a numerator calculator for average curvature shown in FIG. 1;

【図5】図1に示した画像処理装置を用いた一実験結果
を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an experimental result using the image processing apparatus shown in FIG. 1;

【図6】図1に示した画像処理装置による記録ビットの
認識マップの一実験例を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an experimental example of a recording bit recognition map by the image processing apparatus shown in FIG. 1;

【図7】本発明の記録再生装置の一実施例を示す概略構
成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a recording / reproducing apparatus of the present invention.

【図8】図7に示した記録再生装置における記録媒体上
の位置基準パターンと記録信号領域とを説明するための
図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a position reference pattern and a recording signal area on a recording medium in the recording / reproducing apparatus shown in FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 記録再生装置 11 記録媒体 12 粗動制御機構 13 構造体 14 大粗動機構 15 除震台 16 プローブ電極 17 微動制御機構 18 XYコントローラ 19 電圧印加回路 20 プローブ電流増幅器 21 演算装置 301〜304 一般記録領域 311〜314 第1乃至第4の位置基準パターン領域 3511〜3513,3521〜3523,3531〜3533,3
41〜3543 方向用パターン 361〜364 位置用パターン 371〜374 同期パターン 100 画像処理装置 101 画像情報入力部 102 全曲率の分子計算部 103 平均曲率の分子計算部 104 論理積演算部 105 メディアンフィルタ 1111〜1119 シフトレジスタ 1121〜11222 乗算回路 1131〜11315 加算回路 1141〜1149 除算回路 1151〜1159 符号反転回路 1161,1162 比較器 200 原画像 201 楕円的点領域 202 放物的点領域 203 双曲的点領域 210 全曲率の分子計算部出力画像 220 平均曲率の分子計算部出力画像 230 論理積演算部出力画像 240 楕円的点抽出画像 K1 全曲率の分子の値 H1 平均曲率の分子の値 K11〜K15,H11〜H13 変数 fi-1,j-1 ,fi,j-1 ,fi+1,j-1 ,fi-1,j ,f
i,j ,fi+1,j ,fi-1,j+ 1 ,fi,j+1i+1,j+1
画素 X,Y,Z 軸 HP ホームポジション
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Recording / reproducing apparatus 11 Recording medium 12 Coarse movement control mechanism 13 Structure 14 Large coarse movement mechanism 15 Seismic isolation table 16 Probe electrode 17 Fine movement control mechanism 18 XY controller 19 Voltage application circuit 20 Probe current amplifier 21 Arithmetic unit 30 1 -30 4 General recording areas 31 1 to 31 4 First to fourth position reference pattern areas 35 11 to 35 13 , 35 21 to 35 23 , 35 31 to 35 33 , 3
5 41 to 35 43 direction pattern 36 1 to 36 4 position pattern 37 1 to 37 4 synchronous pattern 100 Image processing unit 101 Image information input unit 102 Molecular calculator for full curvature 103 Molecular calculator for average curvature 104 Logical product operation Part 105 median filter 111 1 to 111 9 shift register 112 1 to 112 22 multiplication circuit 113 1 to 113 15 addition circuit 114 1 to 114 9 division circuit 115 1 to 115 9 sign inversion circuit 116 1 , 116 2 comparator 200 original image 201 Elliptical point area 202 Parabolic point area 203 Hyperbolic point area 210 Output image of numerator calculation unit of full curvature 220 Output image of numerator calculation unit of average curvature 230 Output image of AND operation unit 240 Elliptical point extraction image K 1 The value of the numerator of the total curvature H 1 The value of the numerator of the average curvature K 11 to K 15 , H 11 to H 13 Variables f i−1, j−1 , f i, j−1 , f i + 1, j−1 , F i-1, j , f
i, j , fi + 1, j , fi -1, j + 1 , fi , j + 1 fi + 1, j + 1
Pixels X, Y, Z axis H P home position

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紫藤 俊一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 酒井 邦裕 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−290269(JP,A) 特開 平6−259546(JP,A) 特開 平4−155475(JP,A) 特開 昭63−161552(JP,A) 特開 昭63−161553(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 5/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shunichi Shito 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Kunihiro Sakai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-6-290269 (JP, A) JP-A-6-259546 (JP, A) JP-A-4-155475 (JP, A) JP-A-63-161552 (JP, A) A) JP-A-63-161553 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06T 5/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 画像情報の各画素における全曲率の分子
の値を計算する全曲率の分子計算手段と、 前記画像情報の各画素における平均曲率の分子の値を計
算する平均曲率の分子計算手段と、 前記全曲率の分子計算手段の出力信号と前記平均曲率の
分子計算手段の出力信号との論理積を演算する論理積演
算手段と、 該論理積演算手段の出力信号が入力されるメディアンフ
ィルタとを含む画像処理装置。
1. A numerator of total curvature for calculating a value of a numerator of total curvature at each pixel of image information, and a numerator of average curvature for calculating a value of a numerator of average curvature at each pixel of the image information. AND operation means for calculating the logical product of the output signal of the numerator calculation means of the total curvature and the output signal of the numerator calculation means of the average curvature, and a median filter to which the output signal of the AND operation means is inputted An image processing apparatus including:
【請求項2】 プローブ電極を記録媒体の記録面に対し
て相対的に二次元走査させながら、該プローブ電極と該
記録媒体との間に生じる物理相互作用による信号を利用
して、該記録媒体に情報を記録するとともに、該記録さ
れた情報を画像情報として再生する記録再生装置におい
て、 前記物理相互作用による信号から再生された画像情報の
各画素における全曲率の分子の値と平均曲率の分子の値
とをそれぞれ計算して新たな画像情報を作成する画像情
報作成手段を含むことを特徴とする記録再生装置。
2. A recording medium using a signal caused by a physical interaction generated between the probe electrode and the recording medium while the probe electrode is two-dimensionally scanned relative to a recording surface of the recording medium. In the recording / reproducing apparatus for recording information in the image information and reproducing the recorded information as image information, the numerator of the total curvature and the numerator of the average curvature in each pixel of the image information reproduced from the signal by the physical interaction A recording / reproducing apparatus including image information creating means for creating new image information by calculating the respective values of
【請求項3】 前記画像情報作成手段が、 前記物理相互作用による信号から再生された画像情報の
各画素における全曲率の分子の値を計算する全曲率計算
手段と、 前記画像情報の各画素における平均曲率の分子の値を計
算する平均曲率計算手段と、 前記全曲率の分子計算手段の出力信号と前記平均曲率の
分子計算手段の出力信号との論理積を演算する論理積演
算手段と、 該論理積演算手段の出力信号が入力されるメディアンフ
ィルタとを含む請求項2記載の記録再生装置。
3. The image information generating means, wherein: a total curvature calculating means for calculating a value of a numerator of a total curvature in each pixel of the image information reproduced from the signal due to the physical interaction; An average curvature calculating means for calculating a value of a numerator of an average curvature; an AND operation means for calculating an AND of an output signal of the numerator calculating means of the total curvature and an output signal of the numerator calculating means of the average curvature; 3. The recording / reproducing apparatus according to claim 2, further comprising a median filter to which an output signal of the AND operation means is input.
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