JP3078161B2 - Recording and playback device - Google Patents

Recording and playback device

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JP3078161B2
JP3078161B2 JP05217393A JP21739393A JP3078161B2 JP 3078161 B2 JP3078161 B2 JP 3078161B2 JP 05217393 A JP05217393 A JP 05217393A JP 21739393 A JP21739393 A JP 21739393A JP 3078161 B2 JP3078161 B2 JP 3078161B2
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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、記録再生装置とこの記
録再生装置に使用される画像処理装置に関し、特に、プ
ローブ電極を記録媒体に対して相対的に2次元走査させ
ながら、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とこの記
録再生装置が再生した画像情報から記録された情報を抽
出する画像処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording / reproducing apparatus and an image processing apparatus used for the recording / reproducing apparatus. The present invention relates to a recording and reproducing apparatus that records information and reproduces the recorded information as image information, and an image processing apparatus that extracts recorded information from image information reproduced by the recording and reproducing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、記録装置におけるデータの記録容
量は益々大きくなる傾向がある。このような傾向におい
ては、記録単位の大きさが益々小さくなり、その密度が
更に高くなることが必須要件となる。例えば光記録によ
るディ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 in a recording apparatus tends to increase. In such a tendency, it is indispensable that the size of the recording unit is further reduced and the density thereof is further increased. For example, in a digital audio disc using optical recording, the size of a recording unit reaches about 1 μm 2 .

【0003】一方、最近物質表面の形状および表面近傍
の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(Sc
anning Tunneling Microscope;以下、STMと略す)
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。
On the other hand, recently, a scanning tunneling microscope (Sc) capable of directly observing the shape of the material surface and the electronic structure near the surface has been developed.
anning Tunneling Microscope; hereinafter abbreviated as STM)
Has been developed and has the following advantages, and is expected to be widely applied.

【0004】1.単結晶、非晶質を問わず実空間像の高
い分解能の測定ができる。
[0004] 1. High resolution measurement of a real space image can be performed irrespective of single crystal or amorphous.

【0005】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。
[0005] 2. Observation can be performed with low power without damaging the recording medium due to electric current.

【0006】3.超高真空中のみならず大気中、溶液中
でも動作する。
[0006] 3. It works not only in ultra-high vacuum but also in air and in solution.

【0007】4.種々の材料に対して用いることができ
る。
[0007] 4. It can be used for various materials.

【0008】STMは、プローブ電極(金属の探針)と
導電性物質の間に電圧を加えて1nm程度の距離まで近
づけると両者の間にトンネル電流が流れることを利用し
ている。トンネル電流はプローブ電極と導電性物質との
間の距離変化に非常に敏感である。したがって、トンネ
ル電流あるいは両者の平均的距離を一定に保つような制
御を行いながら探針を面内方向に走査することにより実
空間の表面情報を得ることができる。この際、面内方向
の分解能は10nm以下である。
The STM utilizes the fact that a tunnel current flows between a probe electrode (metal probe) and a conductive substance when a voltage is applied and the distance is reduced to about 1 nm. Tunnel current is very sensitive to changes in the distance between the probe electrode and the conductive material. Therefore, surface information in the real space can be obtained by scanning the probe in the in-plane direction while performing control so as to keep the tunnel current or the average distance between the two constant. At this time, the resolution in the in-plane direction is 10 nm or less.

【0009】このSTMの原理を応用し、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
持つ材料、例えば、π電子系有機化合物やカルコゲン化
物類の薄膜層等を用いれば記録単位が0.01μm2
下の情報記録が可能である。
Applying the principle of the STM and using a material having a memory effect on voltage-current switching characteristics, for example, a thin film layer of a π-electron organic compound or chalcogenide as a recording medium, the recording unit becomes Information recording of 0.01 μm 2 or less is possible.

【0010】また、電子ビーム、光などの電磁波を用い
て媒体の表面形状態を変化させる手法を用いれば、その
ビームの集束度の限界などから記録単位は大きくなるも
のの、現状の光記録と同等の記録密度での情報の記録再
生を行うことができる。
Further, if a method of changing the surface shape of a medium using an electromagnetic wave such as an electron beam or light is used, the recording unit becomes large due to the limit of the degree of convergence of the beam, but it is equivalent to the current optical recording. Recording and reproduction of information at a recording density of

【0011】しかしながら、上述したSTM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っ
て、再生時の信号のSN比や誤り率などが悪化するた
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。 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、マイカなどの劈開面に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。
However, in a conventional recording / reproducing apparatus to which the above-described STM principle is applied, when recording / reproducing high-density information over the entire surface (recording surface) of a recording medium having a predetermined area, The unevenness present on the recording surface deteriorates the S / N ratio and error rate of the signal at the time of reproduction, which is a major obstacle to achieving a higher recording capacity. As a method for reducing physical irregularities on the surface of the recording medium, a method in which an Au thin film is grown as a single crystal on a cleavage plane such as mica to form a smooth surface can be applied.

【0012】しかし、かかる方法による記録媒体では、
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殆ど無いが、原子オーダーのステッ
プや尾根などがやはり存在する。この原子オーダーの凹
凸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比や誤り率が低下するという問題は依然として残
る。
However, in the recording medium according to such a method,
Usually, irregularities almost equal to the recording bit size with a diameter of 10 nm or less rarely occur, but steps or ridges of the atomic order still exist. The problem that the shape of the recording bit changes due to the irregularities on the atomic order and the SN ratio and the error rate of the signal at the time of reproduction are reduced still remains.

【0013】この問題を解決するために、記録媒体に記
録された情報を画像情報として読み取った後に、読み取
った画像情報から記録情報のみを抽出する画像処理を行
うことが必要になる。例えば、あらかじめ記録ビットの
書き込まれていない記録媒体表面の状態を計測し、この
表面の状態と再生画像が示す表面の状態との差から記録
情報を判定することによって再生画像から記録ビットの
抽出を行うことが考えられる。
[0013] In order to solve this problem, it is necessary to perform image processing for extracting only recording information from the read image information after reading information recorded on the recording medium as image information. For example, the state of the recording medium surface on which the recording bits are not written is measured in advance, and the recording information is determined from the difference between the surface state and the surface state indicated by the reproduced image, thereby extracting the recording bits from the reproduced image. It is possible to do.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来のSTMの原理を応用した記録再生装置における記録
媒体の表面に存在する凹凸に起因する再生信号のSN比
の低下および誤り率の増加という問題点を解決するため
に、上述したように、記録ビットの書き込まれていない
記録媒体の表面の状態を予め測定して記録前の画像を作
成しておき、再生画像と記録前の画像とを比較する場合
には、記録前の記録媒体の表面状態を記録媒体に記憶し
ておく必要があり、記録単位に必要な領域の表面の状態
を記憶するだけでも、当然のことながら、記録媒体の記
録単位以上の情報量が必要になり、記録に使用される記
録領域が大幅に制限され、媒体に情報を記録する意味が
なくなってしまう。
However, in a recording / reproducing apparatus to which the principle of the conventional STM is applied, there is a problem that a signal-to-noise ratio of a reproduced signal is reduced and an error rate is increased due to unevenness existing on the surface of a recording medium. In order to solve this, as described above, a case where the state of the surface of the recording medium on which the recording bit is not written is measured in advance to create an image before recording, and the reproduced image is compared with the image before recording It is necessary to store the surface state of the recording medium before recording on the recording medium, and it is naturally necessary to store the surface state of the area required for the recording unit. Is required, the recording area used for recording is greatly restricted, and there is no point in recording information on a medium.

【0015】本発明は、上述した従来技術が有する問題
点を鑑みてなされたものであって、記録媒体表面の凹凸
の影響を受けた画像情報から記録情報のみを効率よく抽
出することができる記録再生装置を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has been made in consideration of the above circumstances, and provides a recording method capable of efficiently extracting only recording information from image information affected by irregularities on the surface of a recording medium. It is an object to provide a playback device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】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
2次元走査した際に、該プローブ電極と記録媒体との間
に物理的相互作用により生じ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、予め定められた
予測パラメータを用いて、2次元の画像データの画素の
予測画素値を該画素の近傍の画素の画素値から求め、該
予測画素値を有する予測画素からなる予測画像データを
作成する予測手段と、画像データの各画素値と予測画像
データの各予測画素値とを用いて、予測パラメータを最
適化する学習手段と、学習手段で最適化された予測パラ
メータを用いて、画像データの各予測画素値を予測手段
で再度求めることにより、2次元の画像データを2値化
することを特徴とする。
According to the recording / reproducing apparatus of the present invention, when a probe electrode is two-dimensionally scanned relative to a recording surface of a recording medium, a physical distance is established between the probe electrode and the recording medium. In a recording / reproducing apparatus that records information on the recording medium using a signal generated by the interaction and reproduces the recorded information as image information, a pixel of two-dimensional image data is determined using a predetermined prediction parameter. Predicting means for determining a predicted pixel value of the pixel from a pixel value of a pixel in the vicinity of the pixel, and generating predicted image data composed of a predicted pixel having the predicted pixel value; Learning means for optimizing prediction parameters using the pixel values; and using the prediction parameters optimized by the learning means to obtain again each predicted pixel value of the image data by the prediction means. Ri, characterized by binarizing the two-dimensional image data.

【0017】本発明の他の形態による記録再生装置は、
プローブ電極を記録媒体の記録面に対して相対的に2次
元走査した際に、該プローブ電極と記録媒体に物理的相
互作用により生じ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、予め定められた予測パラメ
ータを用いて、2次元の画像データの画素の予測画素値
を該画素の近傍の画素の画素値から求め、該予測画素値
を有する予測画素からなる予測画像データを作成する予
測手段と、画像データの各画素値と予測画像データの各
予測画素値とを用いて、予測パラメータを最適化する学
習手段と、学習手段で最適化された予測パラメータを用
いて、画像データの各予測画素値を予測手段で再度求め
ることにより、2次元の画像データを2値化することを
特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a recording / reproducing apparatus comprising:
When the probe electrode is two-dimensionally scanned relative to the recording surface of the recording medium, information is recorded and recorded on the recording medium using a signal generated by physical interaction between the probe electrode and the recording medium. In a recording / reproducing apparatus that reproduces information obtained as image information, a predicted pixel value of a pixel of two-dimensional image data is obtained from a pixel value of a pixel in the vicinity of the pixel using a predetermined prediction parameter. A prediction unit that generates predicted image data composed of predicted pixels having values, a learning unit that optimizes a prediction parameter using each pixel value of the image data and each predicted pixel value of the predicted image data, and a learning unit. By using the optimized prediction parameters, each prediction pixel value of the image data is obtained again by the prediction means, thereby binarizing the two-dimensional image data.

【0018】上記のいずれの記録再生装置においても、
予測手段による予測画像データの作成および学習手段に
よる予測パラメータの最適化は、記録の前に行われても
よく、 また、記録情報の記録または再生時以外のとき
に、記録されていない領域を用いて行われてもよい。
In any of the recording / reproducing apparatuses described above,
The creation of the prediction image data by the prediction unit and the optimization of the prediction parameter by the learning unit may be performed before recording, and when recording information is not recorded or reproduced, an area that is not recorded is used. May be performed.

【0019】具体的な構成例としては、予測手段によっ
て求められた各予測画素値と画像データの各画素値との
差の絶対値を計算し、該絶対値が所定のしきい値より小
さければ‘0’を、該絶対値が所定のしきい値より大き
ければ‘1’を画素値として持つ2値画像を作成する2
値画像作成手段と、2値画像作成手段で作成された2値
画像が格納される2値画像格納手段と、2値画像作成手
段で作成された2値画像の画素値が‘0’であれば画像
データの画素値を、2値画像の画素値が‘1’であれば
予測画像データの予測画素値を選択して合成画像を作成
したのち、該作成した合成画像を予測手段に出力する合
成画像作成手段と、からなる2値画像再構成手段を具備
し、予測手段は、合成画像作成手段から合成画像が入力
されると、2次元の画像データの代わりに該合成画像を
用いるとともに、学習手段で最適化された予測パラメー
タを用いて、新たな予測画像データを作成し、2値画像
作成手段は、予測手段で作成された新たな予測画像デー
タから新たな2値画像を作成し、2値画像再構成手段
は、2値画像格納手段に格納されている2値画像の画素
の値と2値画像作成手段で作成された新たな2値画像の
画素の値との論理和を求めて2値画像を再構成するとと
もに、2値画像作成手段から送られてくる2値画像のす
べての画素の値が‘0’のときに、再構成した2値画像
を外部に出力するものが挙げられる。
As a specific configuration example, an absolute value of a difference between each predicted pixel value obtained by the prediction means and each pixel value of image data is calculated, and if the absolute value is smaller than a predetermined threshold value, Create a binary image having “0” as the pixel value if the absolute value is larger than a predetermined threshold value 2
Value image creating means, binary image storing means for storing the binary image created by the binary image creating means, and the pixel value of the binary image created by the binary image creating means being '0' For example, if the pixel value of the image data is “1” and the pixel value of the binary image is “1”, a predicted pixel value of the predicted image data is selected to generate a composite image, and the generated composite image is output to the prediction unit. And a binary image reconstructing unit comprising a composite image creating unit, wherein the prediction unit uses the composite image instead of the two-dimensional image data when the composite image is input from the composite image creating unit, New prediction image data is created by using the prediction parameters optimized by the learning means, and the binary image creation means creates a new binary image from the new prediction image data created by the prediction means, The binary image reconstruction means is equivalent to a binary image storage means. The binary image is reconstructed by calculating the logical sum of the pixel value of the stored binary image and the pixel value of the new binary image created by the binary image creating means. When the values of all the pixels of the binary image sent from the means are “0”, the reconstructed binary image is output to the outside.

【0020】[0020]

【作用】本発明の画像処理装置においては、学習手段で
得られる最適化された予測パラメータを用いることによ
り、記録後の画像データから記録前の画像データを予測
することができる。予測パラメータは、予測する画素の
値を予測する画素の周辺の画素の値から求める際の演算
パラメータとなるもので、記録媒体全ての領域に対して
有効とするものである。
In the image processing apparatus of the present invention, image data before recording can be predicted from image data after recording by using optimized prediction parameters obtained by the learning means. The prediction parameter is a calculation parameter used when calculating the value of the pixel to be predicted from the values of the pixels around the pixel to be predicted, and is valid for the entire area of the recording medium.

【0021】本発明においては、上記のような予測パラ
メータを用いて画素値を予測するので、記録媒体に記録
されたビットの抽出が効率よく行われる。
In the present invention, since the pixel value is predicted using the above-described prediction parameters, the bits recorded on the recording medium can be efficiently extracted.

【0022】2値画像作成手段で、記録後の画像データ
から予測した記録前の画像データを引くことにより、記
録後の画像データから予測した記録前の画像データとの
差を示す差データを得ることができるとともに、差デー
タを2値化することにより、求める記録情報(2値画
像)を得ることができる。
The binary image forming means subtracts the predicted image data before recording from the image data after recording to obtain difference data indicating the difference from the predicted image data before recording from the image data after recording. By binarizing the difference data, desired recording information (binary image) can be obtained.

【0023】ただし、予測した記録前の画像データが必
ずしも記録前の画像データと一致しているとは限らない
ため、2値画像作成手段で作成された2値画像を2値画
像格納手段に格納したのち、合成画像作成手段におい
て、2値画像作成手段で作成された2値画像の画素値が
‘0’であれば画像データの画素値を、2値画像の画素
値が‘1’であれば予測画像データの予測画素値を選択
して合成画像を作成することにより、記録前の画像デー
タに近付けた合成画像を作成する。続いて、予測手段
で、同様にして、合成画像データから記録前の画像デー
タを予測するとともに、2値画像作成手段で、合成画像
データから予測した記録前の画像データを引くことによ
り、記録後の画像データから予測した記録前の画像デー
タとの差を示す差データを得え、得た差データを2値化
することにより、2値画像を得る。このようにして得た
2値画像は、予測した記録前の画像データが記録前の画
像データと一致した場合には、すべての画素の値が
‘0’となるため、2値画像のすべての画素の値が
‘0’になるまで、以上の動作を繰り返す。
However, since the predicted image data before recording does not always match the image data before recording, the binary image created by the binary image creating means is stored in the binary image storing means. Then, if the pixel value of the binary image created by the binary image creating means is “0”, the pixel value of the image data is changed to “1” by the composite image creating means. For example, by selecting a predicted pixel value of the predicted image data and generating a composite image, a composite image close to the image data before recording is generated. Subsequently, the predicting means similarly predicts the image data before recording from the composite image data, and the binary image creating means subtracts the predicted image data from the composite image data before recording, thereby obtaining the post-recording image data. The difference data indicating the difference from the predicted image data before recording can be obtained from the image data, and the obtained difference data is binarized to obtain a binary image. In the binary image obtained in this way, when the predicted image data before recording matches the image data before recording, the values of all the pixels are “0”, and thus all the binary image The above operation is repeated until the pixel value becomes '0'.

【0024】また、前記動作の繰り返しごとに得られる
2値画像の各画素において、画素値が‘1’のものは情
報が記録された画素に対応するものであり、画素値が
‘0’のものは情報が記録されていない画素に対応する
ものである。したがって、前記動作が行われるたびに、
2値画像再構成手段で、2値画像格納手段に格納されて
いる2値画像の画素の値と2値画像作成手段で作成され
た新たな2値画像の画素の値との論理和を求めて2値画
像を再構成することにより、最終的に、記録情報に対応
した2値画像を得ることができる。
In each pixel of the binary image obtained at each repetition of the above operation, those having a pixel value of "1" correspond to the pixels on which information is recorded, and those having a pixel value of "0". These correspond to pixels for which no information is recorded. Therefore, every time the above operation is performed,
A binary image reconstructing unit obtains a logical sum of a pixel value of the binary image stored in the binary image storage unit and a pixel value of a new binary image created by the binary image creating unit. By reconstructing the binary image in this way, a binary image corresponding to the recording information can be finally obtained.

【0025】本発明の記録再生装置においては、画像処
理手段が上述の画像処理装置と同様に構成され、学習手
段は、記録前の表面状態画像データを用いて、予測パラ
メータを最適化するので、記録前の表面状態画像データ
を記憶する必要なく、記録動作によって状態変化をおこ
した表面の領域が抽出されて2値化される。
In the recording / reproducing apparatus of the present invention, the image processing means is configured in the same manner as the above-described image processing apparatus, and the learning means optimizes the prediction parameters using the surface state image data before recording. Without storing the surface state image data before recording, the surface area that has undergone a state change by the recording operation is extracted and binarized.

【0026】ただし、ここでも予測した記録前の表面状
態画像データが必ずしも記録前の表面状態画像データと
一致しているとは限らない。情報の記録単位である記録
ビットが書き込まれた記録ビット領域内部の画素の画素
値をその近傍の画素の画素値から予測する場合、その近
傍画素も記録ビット領域の内部にあるときには、予測手
段は予測画素値をその近傍の画素の画素値から予測して
いるため、このときの予測画素値は記録前の画素の画素
値とはならない。しかし、記録ビット領域の境界部分の
画素の画素値からは、記録前の表面状態画像データを予
測することができる。このような記録ビット領域を含む
表面状態画像データとその予測画像から、2値画像作成
手段は、記録前の表面状態画像データが予測できた境界
部分の画素値に‘1’を与えた画素からなる2値画像を
作成し、合成画像作成手段は、その境界部分を記録前の
表面状態画像データに置き換えた合成画像データを作成
する。この合成画像データを予測手段の入力画像として
上述の過程を繰り返すことにより、2値画像作成手段
は、記録ビット領域の新たにできる境界部分の画素値に
‘1’を与えた画素からなる2値画像を順次作成し、合
成画像作成手段は、新たにできる境界部分を記録前の表
面状態画像データに置き換えた合成画像データを順次作
成する。2値画像のすべての画素の値が‘0’になった
ときは、記録ビット領域の画素の画素値がすべて記録前
の表面状態画像データの画素の画素値に置き換わったと
きであり、2値画像再構成手段でこのときまでに得られ
た2値画像の画素の値の論理和をとることで記録ビット
領域が‘1’に対応した2値画像が得られる。
However, also here, the predicted surface state image data before recording does not always match the surface state image data before recording. When predicting a pixel value of a pixel in a recording bit area in which a recording bit as a recording unit of information is written from a pixel value of a neighboring pixel, when the neighboring pixel is also in the recording bit area, the prediction unit Since the predicted pixel value is predicted from the pixel values of the neighboring pixels, the predicted pixel value at this time is not the pixel value of the pixel before recording. However, the surface state image data before recording can be predicted from the pixel value of the pixel at the boundary portion of the recording bit area. From the surface state image data including such a recording bit area and its predicted image, the binary image creating unit performs processing from the pixel which gives '1' to the pixel value of the boundary portion where the surface state image data before recording could be predicted. The composite image creating means creates composite image data in which the boundary portion is replaced with surface state image data before recording. By repeating the above process using the composite image data as an input image of the prediction means, the binary image creation means can generate a binary image consisting of pixels having a value "1" given to a pixel value of a new boundary portion of the recording bit area. The images are sequentially created, and the synthesized image creating means sequentially creates synthesized image data in which a newly formed boundary portion is replaced with surface state image data before recording. When the values of all the pixels of the binary image become “0”, it means that all the pixel values of the pixels in the recording bit area have been replaced with the pixel values of the pixels of the surface state image data before recording. By taking the logical sum of the pixel values of the binary image obtained up to this point by the image reconstructing means, a binary image whose recording bit area corresponds to "1" can be obtained.

【0027】走査制御手段および学習制御手段を設けた
記録再生装置においては、記録媒体の表面の一部が既に
記録に使用されていても、本装置が記録・再生動作を行
っていない空き時間を利用して、走査制御手段によって
任意に選び出された記録媒体の表面の複数の領域のなか
から、学習制御手段がこれらの差データと所定のしきい
値との大小比較をすることで未使用の領域を見つけ出す
ことができるので、この領域に対応する表面状態画像デ
ータの画素の画素値とその予測画素値を用いて予測パラ
メータの学習が随時行われる。
In the recording / reproducing apparatus provided with the scanning control means and the learning control means, even when a part of the surface of the recording medium is already used for recording, the recording / reproducing operation is not performed by the apparatus. The learning control unit compares the difference data with a predetermined threshold value from among a plurality of areas on the surface of the recording medium arbitrarily selected by the scanning control unit, and the unused data is used. Can be found, and learning of prediction parameters is performed at any time using the pixel value of the pixel of the surface state image data corresponding to this region and its predicted pixel value.

【0028】[0028]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施例の記録再生装置の
構成を示すブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a recording / reproducing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【0029】本発明の記録再生装置101の本体は、プ
ローブ電極116の微動を行う微動制御機構117およ
び記録媒体111の粗動を行う粗動制御機構112を支
持する構造体113と、構造体111が載置された大粗
動制御機構114と、大粗動制御機構114が載置され
た除震台115とからなる。
The main body of the recording / reproducing apparatus 101 of the present invention comprises a structure 113 supporting a fine movement control mechanism 117 for finely moving the probe electrode 116 and a coarse movement control mechanism 112 for coarsely moving the recording medium 111; The large coarse movement control mechanism 114 on which is mounted, and the seismic isolation table 115 on which the large coarse movement control mechanism 114 is mounted.

【0030】構造体113は、各構造部分を支えるため
のものでインバー合金からなる。この構造体113の底
面に粗動制御機構112が取り付けられ、粗動制御機構
112上に記録媒体111が載置されている。記録媒体
111は、実際に情報が書き込まれるものであって、電
流−電圧のスイッチング特性に対してメモリ効果を持つ
スクアリリウム−ビス−6−オクチルアズレンをグラフ
ァイト基板上にラングミュア・ブロジェット法(LB
法)を用いて8層累積したものである。なお、記録媒体
111は、初期状態では、非記録状態(オフ状態)にな
っている。粗動制御機構112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111の図示X
軸方向及びY軸方向への粗動制御を行うためのものであ
る。また、構造体113の上面内側には、プローブ電極
116は記録媒体111に対向するように微動制御機構
117が取り付けられている。プローブ電極116は、
情報の記録再生に用いられるものである。なお、プロー
ブ電極116は、記録再生の分解能を向上するために先
端を機械的研磨、電解研磨したタングステン針を用いて
いるが、プローブ電極116の材料はPt−Ir、Pt
等でもよく、加工法もなんらこれに限定するものではな
い。微動制御機構117は、円筒型圧電素子からなり、
プローブ電極116を記録媒体111の面内方向(X,
Y方向)および記録媒体111−プローブ電極116間
方向(Z方向)に移動させるためのものである。通常の
動作時において、プローブ電極116の先端と記録媒体
111の表面との間隔は、トンネル電流が流れる程度の
ものとなっている。
The structure 113 is for supporting each structural part, and is made of an Invar alloy. A coarse movement control mechanism 112 is attached to the bottom surface of the structure 113, and a recording medium 111 is placed on the coarse movement control mechanism 112. In the recording medium 111, information is actually written, and squarylium-bis-6-octylazulene, which has a memory effect on current-voltage switching characteristics, is formed on a graphite substrate by the Langmuir-Blodgett method (LB).
Method) is used to accumulate eight layers. Note that the recording medium 111 is in a non-recording state (off state) in an initial state. The coarse movement control mechanism 112 has a parallel spring using an elastic hinge.
This is for performing coarse movement control in the axial direction and the Y-axis direction. A fine movement control mechanism 117 is mounted inside the upper surface of the structure 113 so that the probe electrode 116 faces the recording medium 111. The probe electrode 116
It is used for recording and reproducing information. The probe electrode 116 is made of a tungsten needle whose tip is mechanically polished or electrolytically polished in order to improve the recording / reproducing resolution. The material of the probe electrode 116 is Pt-Ir, Pt
Etc., and the processing method is not limited to this. The fine movement control mechanism 117 is composed of a cylindrical piezoelectric element,
The probe electrode 116 is moved in the in-plane direction (X,
This is for moving in the direction (Y direction) and the direction between the recording medium 111 and the probe electrode 116 (Z direction). During normal operation, the distance between the tip of the probe electrode 116 and the surface of the recording medium 111 is such that a tunnel current flows.

【0031】大粗動機構114は、微動制御機構117
および粗動制御機構112の制御範囲外の大きさの制御
を行うものである。除震台115は、外部の振動が記録
再生装置101に伝わることを防止して、外部の振動に
よる記録再生装置101の誤動作を防止するためのもの
である。
The large coarse movement mechanism 114 includes a fine movement control mechanism 117.
And control of a size outside the control range of the coarse movement control mechanism 112. The anti-vibration table 115 is for preventing external vibrations from being transmitted to the recording / reproducing apparatus 101, thereby preventing a malfunction of the recording / reproducing apparatus 101 due to external vibrations.

【0032】記録再生装置101の電気および制御系
は、電圧印加装置119と、プローブ電流増幅器120
と、演算装置121と、XYコントローラー118とか
らなる。
The electrical and control system of the recording / reproducing apparatus 101 includes a voltage applying apparatus 119 and a probe current amplifier 120
, An arithmetic unit 121 and an XY controller 118.

【0033】電圧印加装置119は、情報を記録媒体1
11へ記録、再生および消去を行うためのバイアス電圧
をプローブ電極116と記録媒体111との間に−10
V〜+10Vの範囲の任意の大きさで与えるものであ
る。
The voltage application device 119 stores information in the recording medium 1.
A bias voltage for performing recording, reproduction, and erasing is set to −10 between the probe electrode 116 and the recording medium 111.
It is given at an arbitrary magnitude in the range of V to + 10V.

【0034】プローブ電流増幅器120は、プローブ電
極116に接続されているもので、バイアス電圧によっ
てプローブ電極116に流れるトンネル電流を検出し、
検出したトンネル電流を電圧信号に変換、増幅して演算
装置121に出力する。
The probe current amplifier 120 is connected to the probe electrode 116 and detects a tunnel current flowing through the probe electrode 116 by a bias voltage.
The detected tunnel current is converted into a voltage signal, amplified, and output to the arithmetic unit 121.

【0035】XYコントローラー118は、微動制御機
構117および粗動制御機構112を制御し、プローブ
電極116を記録媒体111に対して任意に相対的に変
位させるためのものである。
The XY controller 118 controls the fine movement control mechanism 117 and the coarse movement control mechanism 112 to arbitrarily displace the probe electrode 116 with respect to the recording medium 111.

【0036】演算装置121は、プローブ電流増幅器1
20の出力を入力するものであり、電圧印加装置119
とXYコントローラー118を制御する。演算装置12
1は、XYコントローラ118および電圧印加装置11
9をそれぞれ制御するマイクロプロセッサ、プローブ電
流増幅器120から送られてくる電圧信号をデジタル変
換して量子化するA/D変換器、デジタル信号化したト
ンネル電流もしくはプローブ電極116のZ方向移動の
ためにXYコントローラー118を介して微動制御機構
117に印加されている電圧を画素値とする再生画像を
格納し、この再生画像から記録ビット領域だけを抽出す
る画像処理装置からなる。
The arithmetic unit 121 includes the probe current amplifier 1
20 is input, and a voltage application device 119 is provided.
And the XY controller 118. Arithmetic unit 12
1 is an XY controller 118 and a voltage application device 11
9, an A / D converter for converting a voltage signal sent from the probe current amplifier 120 into a digital signal and quantizing the digital signal, a tunnel signal converted into a digital signal, or a movement of the probe electrode 116 in the Z direction. The image processing apparatus stores a reproduced image having a pixel value of a voltage applied to the fine movement control mechanism 117 via the XY controller 118, and extracts only a recording bit area from the reproduced image.

【0037】本記録再生装置では、通常のSTMの動作
に加え、記録媒体111上の空間の任意の位置にプロー
ブ電極116を移動させ、フィードバックを掛けた状態
でもあるいはフィードバックを切った状態でも−10V
〜+10Vの範囲で任意の大きさのバイアス電圧を印加
することができる。
In the present recording / reproducing apparatus, in addition to the operation of the normal STM, the probe electrode 116 is moved to an arbitrary position in the space on the recording medium 111, and -10 V is applied even when feedback is applied or feedback is cut off.
A bias voltage of an arbitrary magnitude can be applied in a range of up to +10 V.

【0038】本記録再生装置101の実際の記録・再生
動作については、ここでは詳細に述べないが、記録媒体
111への記録は、記録媒体111のメモリ効果が生じ
る電圧のしきい値よりも大きな+10Vの電圧を記録電
圧として記録媒体111に印加することによって行う。
メモリ効果が生じた領域は、記録電圧印加以後、しきい
値より低いバイアス電圧で、例えばSTMにおけるコン
スタント・カレント・モードで再生を行った場合、上に
凸の画像となって表れるので記録情報(‘1’または
‘0’)の記録ビット(‘1’)に対応させることがで
きる。
The actual recording / reproducing operation of the recording / reproducing apparatus 101 will not be described in detail here, but the recording on the recording medium 111 is larger than the threshold voltage of the recording medium 111 at which the memory effect occurs. This is performed by applying a voltage of +10 V to the recording medium 111 as a recording voltage.
In the area where the memory effect has occurred, when reproduction is performed with a bias voltage lower than the threshold value after application of the recording voltage, for example, in a constant current mode in the STM, an image having an upward convexity appears. It can correspond to the recording bit ('1') of '1' or '0').

【0039】ところで、本実施例の記録再生装置101
では、前述したように、演算装置121の中に画像処理
装置が組み込まれている。記録情報の最小単位である記
録ビットは、上述のように、画像上では上に凸の領域と
なって表れるが、実際の画像では、さらに記録媒体表面
の凹凸の影響が重畳されている。本画像処理装置は、ト
ンネル電流値もしくはプローブ電極116のZ方向変位
量に対応する値を画素値とする再生画像から、記録媒体
表面の凹凸の影響を避けるために一般のしきい値論理に
よる2値化とは異なる方式で記録情報を抽出し、この記
録情報を画素値とする記録ビット領域画像(2値画像)
を出力するものである。
Incidentally, the recording / reproducing apparatus 101 of this embodiment
Here, as described above, the image processing apparatus is incorporated in the arithmetic unit 121. As described above, the recording bit, which is the minimum unit of the recording information, appears as an upwardly convex area on the image, but in an actual image, the influence of irregularities on the recording medium surface is further superimposed. The image processing apparatus uses a general threshold value logic to prevent the influence of unevenness on the surface of a recording medium from a reproduced image in which a pixel value is a value corresponding to a tunnel current value or a displacement amount of the probe electrode 116 in the Z direction. A recording bit area image (binary image) in which recording information is extracted by a method different from binarization and the recording information is used as a pixel value
Is output.

【0040】図2は、画像処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus.

【0041】画像処理装置に用いられる予測器212
は、2次元画像の各画素の値をその近傍の各画素の値か
ら予測するものであり、入力される入力画像と予測した
予測画像との比較から予測パラメータの調節を行う学習
機能を有している。まず、この予測器212について説
明する。図3は、この予測器212の学習過程を示す原
理図であり、図4は、学習過程の一実施例である。
A predictor 212 used in the image processing device
Predicts the value of each pixel of a two-dimensional image from the value of each pixel in the vicinity thereof, and has a learning function of adjusting a prediction parameter based on a comparison between an input image input and a predicted image predicted. ing. First, the predictor 212 will be described. FIG. 3 is a principle diagram showing a learning process of the predictor 212, and FIG. 4 is an embodiment of the learning process.

【0042】学習過程は、記録媒体111表面の凹凸を
学習するものであるから、記録ビットが書き込まれてい
ないことが必要であり、出荷時に微動制御機構117の
走査が及ぶ範囲の表面を用いて以下のようにして行われ
る。
Since the learning process is for learning irregularities on the surface of the recording medium 111, it is necessary that no recording bit is written, and the surface of the micro motion control mechanism 117 can be used for scanning at the time of shipment. This is performed as follows.

【0043】学習過程では記録再生装置101より得ら
れた再生画像302(ただし、上述のように出荷時の非
記録状態の表面の画像で、例えば図4(a)に示される
画像)予測器212の入力とする。例えば、予測器21
2が適応ARモデルで構成されているならば、調節され
る予測パラメータは線型係数であり、その調節方法は、
再生画像302と予測画像304との平均2乗誤差30
5に基づく最急降下法で達成される。また予測器がニュ
ーラルネットワークで構成されているならば、調節され
る予測パラメータはユニット間の結合係数(ウェイト)
であり、その調節方法は、やはり再生画像302と予測
画像304との平均2乗誤差305に基づく最急降下法
で達成される。このような学習過程を経ることによっ
て、予測器212は図4に示すように、図4(a)に示
す入力画像に対して図4(b)に示す予測画像を出力す
ることができ、それらの画素の差の絶対値403はある
範囲に納まることが期待できる。
In the learning process, a reproduced image 302 obtained from the recording / reproducing apparatus 101 (however, an image of the surface in a non-recorded state at the time of shipment as described above, for example, an image shown in FIG. 4A) Input. For example, the predictor 21
2 is composed of an adaptive AR model, the adjusted prediction parameter is a linear coefficient, and the adjustment method is
Mean square error 30 between reproduced image 302 and predicted image 304
Achieved with the steepest descent method based on 5. Also, if the predictor is configured by a neural network, the adjusted prediction parameter is a coupling coefficient (weight) between the units.
The adjustment method is also achieved by the steepest descent method based on the mean square error 305 between the reproduced image 302 and the predicted image 304. Through such a learning process, the predictor 212 can output the predicted image shown in FIG. 4B with respect to the input image shown in FIG. Can be expected to fall within a certain range.

【0044】画像処理装置は、入力画像格納部211,
予測器212および予測画像格納部213からなる予測
部210と、絶対値回路221,比較回路222,出力
制限回路223,224および合成部225からなる画
素処理部220と、2値画像格納部231,2値画像合
成部232および画素値合計部233からなる画像再構
成部230とから構成される。
The image processing device includes an input image storage unit 211,
A prediction unit 210 including a predictor 212 and a prediction image storage unit 213; a pixel processing unit 220 including an absolute value circuit 221, a comparison circuit 222, output limiting circuits 223, 224, and a synthesis unit 225; It comprises a binary image synthesizing section 232 and an image reconstructing section 230 comprising a pixel value totaling section 233.

【0045】入力画像格納部211は、記録再生装置1
01からの再生画像または後述するように画素処理部2
20から入力される合成画像を予測器212に出力する
入力画像として一旦格納するとともに、入力画像を構成
する各画素の値を順次画素処理部220の絶対値回路2
21および出力制限回路223に出力する。予測器21
2は、前述のように入力画像から予測した予測画像を予
測画像格納部213に出力する。予測画像格納部213
は、予測器212が予測した予測画像を一旦格納すると
ともに予測画像を構成する各画素の値を順次画素処理部
の絶対値回路221および出力制限回路224に出力す
る。
The input image storage unit 211 stores the recording / reproducing device 1
01 or the pixel processing unit 2 as described later.
20 is temporarily stored as an input image to be output to the predictor 212, and the value of each pixel constituting the input image is sequentially stored in the absolute value circuit 2 of the pixel processing unit 220.
21 and the output limiting circuit 223. Predictor 21
2 outputs the predicted image predicted from the input image to the predicted image storage unit 213 as described above. Predicted image storage unit 213
Temporarily stores the predicted image predicted by the predictor 212 and sequentially outputs the value of each pixel constituting the predicted image to the absolute value circuit 221 and the output limiting circuit 224 of the pixel processing unit.

【0046】絶対値回路221は、入力画像格納部21
1からの入力画像の各画素と予測画像格納部213から
の予測画像の各画素の値の差、すなわち予測誤差を求
め、この予測誤差の絶対値を比較回路222に出力す
る。比較回路222は、絶対値回路221の出力である
差データの絶対値を予め設定されているしきい値と比較
し、差データの絶対値がしきい値より大きければ‘1’
を、小さければ‘0’を出力制限回路223,224と
画像再構成部230の2値画像格納部231および画素
値合計部233に出力する。出力制限回路223,22
4は、入力端子,出力端子および出力制限端子の3端子
を持ち、出力制限端子の入力が‘1’であれば、入力端
子に入力をそのまま出力端子から出力し、出力制限端子
の入力が‘0’であれば、入力の値に関わらず出力端子
から何も出力しない回路である。出力制限回路223
は、入力画像格納部211からの入力画像の各画素の値
を入力端子に入力し、比較回路222の2値出力を出力
制限端子に反転入力し、出力を制限した各画素の値を合
成部225に出力する。出力制限回路224は、予測画
像格納部213からの予測画像の各画素の値を入力端子
に入力し、比較回路222の2値出力を出力制限端子に
そのまま入力し、出力を制限した各画素の値を合成部2
25に出力する。合成部225は、出力制限回路223
および出力制限回路224の出力の各画素値を足し合わ
せて予測部210の入力画像格納部211に出力する。
したがって、この出力は、入力画像格納部211におい
て入力画像または予測画像の画素からなる合成画像を形
成する。
The absolute value circuit 221 is provided in the input image storage 21
The difference between the value of each pixel of the input image from No. 1 and the value of each pixel of the predicted image from the predicted image storage unit 213, that is, the prediction error is obtained, and the absolute value of the prediction error is output to the comparison circuit 222. The comparison circuit 222 compares the absolute value of the difference data output from the absolute value circuit 221 with a preset threshold value, and if the absolute value of the difference data is larger than the threshold value, “1”.
Is output to the output limiting circuits 223 and 224 and the binary image storage unit 231 and the pixel value totaling unit 233 of the image reconstructing unit 230 if the value is smaller. Output limiting circuits 223, 22
Reference numeral 4 has three terminals of an input terminal, an output terminal and an output limiting terminal. If the input of the output limiting terminal is "1", the input is output from the output terminal as it is to the input terminal, and the input of the output limiting terminal is " If it is 0 ', the circuit does not output anything from the output terminal regardless of the value of the input. Output limiting circuit 223
Inputs the value of each pixel of the input image from the input image storage unit 211 to the input terminal, inverts the binary output of the comparison circuit 222 to the output limiting terminal, and combines the value of each pixel whose output has been limited to the combining unit. 225. The output limiting circuit 224 inputs the value of each pixel of the predicted image from the predicted image storage unit 213 to an input terminal, inputs the binary output of the comparison circuit 222 to the output limiting terminal as it is, and outputs Combining the value into the combining unit 2
25. The synthesizing unit 225 includes an output limiting circuit 223
Then, each pixel value of the output of the output limiting circuit 224 is added and output to the input image storage unit 211 of the prediction unit 210.
Therefore, this output forms a composite image composed of pixels of the input image or the predicted image in the input image storage unit 211.

【0047】2値画像格納部231は、比較回路222
の2値出力を1画像が構成されるまで格納し、この2値
を適当な読み出し速度で2値画像構成部232に出力す
る。なお、2値画像格納部231に格納する2値画像の
各画素値は、画像毎に新たに入力される画素値に更新す
る。画素値合計部233は、比較回路222の2値出力
が1画像を形成したときにこの1画像に含まれる‘1’
の画素数を計算し、‘1’の画素数が0になった場合、
2値画像構成部232に出力開始信号を出力する。2値
画像合成部232は、2値画像格納部231の2値出力
を格納する。格納する各画素の値は、新たに画素値が入
力される毎にこの入力された画素値と既に格納した値の
論理和をとったものに更新する。画素値合計部233か
らの出力開始信号を受けて、格納している2値画像を本
画像処理装置の最終的な出力画像である記録ビット領域
画像として出力する。
The binary image storage unit 231 includes a comparison circuit 222
Is stored until one image is formed, and the binary value is output to the binary image forming unit 232 at an appropriate reading speed. Each pixel value of the binary image stored in the binary image storage unit 231 is updated to a newly input pixel value for each image. When the binary output of the comparison circuit 222 forms one image, the pixel value summing unit 233 includes “1” included in the one image.
Is calculated, and when the number of pixels of '1' becomes 0,
An output start signal is output to the binary image forming unit 232. The binary image synthesizing unit 232 stores the binary output of the binary image storage unit 231. Each time a new pixel value is input, the value of each pixel to be stored is updated to a logical sum of the input pixel value and the value already stored. Upon receiving the output start signal from the pixel value summing unit 233, the stored binary image is output as a recording bit area image which is the final output image of the image processing apparatus.

【0048】次に、画像処理装置の動作について説明す
る。
Next, the operation of the image processing apparatus will be described.

【0049】予測器212は、上述のように調節された
予測パラメータをもとに、入力画像に対して予測画像を
出力する。予測器212の入力画像は、初期値として記
録再生装置101からの再生画像が与えられる。
The predictor 212 outputs a predicted image for an input image based on the prediction parameters adjusted as described above. As the input image of the predictor 212, a reproduced image from the recording / reproducing device 101 is given as an initial value.

【0050】絶対値回路221において入力画像と予測
画像との差(差データ)の絶対値が各画素毎に計算さ
れ、比較回路222においてこの差データの絶対値とし
きい値の大小関係が調べられる。したがって、比較回路
222の出力は、2値画像格納部231において、差デ
ータの絶対値がしきい値より大である画素が‘1’であ
る2値画像となっている。
The absolute value circuit 221 calculates the absolute value of the difference (difference data) between the input image and the predicted image for each pixel, and the comparison circuit 222 checks the magnitude relationship between the absolute value of the difference data and the threshold value. . Therefore, the output of the comparison circuit 222 is a binary image in which the pixel whose absolute value of the difference data is larger than the threshold value is “1” in the binary image storage unit 231.

【0051】また、比較回路222の出力は、出力制限
回路223,224の出力制限端子に出力されている
が、出力制限回路223の出力制限端子は反転入力とな
っているので、比較回路222の出力が‘1’であれ
ば、予測画像の画素が合成部225に出力され、比較回
路222の出力が‘0’であれば、入力画像の画素が、
合成部225に出力される。したがって、入力画像格納
部211における合成画像は、差データの絶対値がしき
い値より大である画素が予測画像の画素に置き代わった
入力画像になっている。予測部210および画素処理部
220は、この合成画像を新たな入力画像として予測画
像,合成画像を作成する。
The output of the comparing circuit 222 is output to the output limiting terminals of the output limiting circuits 223 and 224. Since the output limiting terminal of the output limiting circuit 223 is an inverted input, the output of the comparing circuit 222 is If the output is “1”, the pixel of the predicted image is output to the combining unit 225, and if the output of the comparison circuit 222 is “0”, the pixel of the input image is
It is output to the combining unit 225. Therefore, the composite image in the input image storage unit 211 is an input image in which pixels whose absolute values of the difference data are larger than the threshold value are replaced with pixels of the predicted image. The prediction unit 210 and the pixel processing unit 220 create a predicted image and a composite image using the composite image as a new input image.

【0052】画像再構成部230には、予測器212が
予測画像を出力する毎に2値画像が送られてくるが、2
値画像合成部232においてこの2値画像の集合和がと
られ、画素値合計部233において画素値の和が計算さ
れる。2値画像の画素の画素値がすべて‘0’であった
場合、画素値合計部233からの出力開始信号を受け
て、2値画像合成部232は、集合和をとった2値画像
を記録ビット領域画像として最終的に出力する。
A binary image is sent to the image reconstructing section 230 every time the predictor 212 outputs a predicted image.
The value image synthesizing unit 232 calculates the sum of the sets of the binary images, and the pixel value summing unit 233 calculates the sum of the pixel values. When all the pixel values of the pixels of the binary image are “0”, the binary image synthesizing unit 232 receives the output start signal from the pixel value summing unit 233 and records the binary image obtained by performing the set sum. Finally output as a bit area image.

【0053】図5は、この動作の具体例を示すものであ
る。簡単のため図5(a)に示される再生画像は、1次
元データとした。図5(a)に示される再生画像に対し
て予測器212は、図5(b)に示すような予測画像を
出力する。これらの差データの絶対値図5(c)に示す
画像が生成され、これに基づいて、比較回路122はし
きい値によって図5(d)に示す2値画像を作成し、出
力制限回路223,224および合成部225は、図5
(e)に示す合成画像を合成する。図5(e)に示す合
成画像は、図5(a)に示す再生画像の画素に対応する
図5(d)に示した2値画像の画素の値が1である画素
を図5(b)に示した予測画像の画素に置き換えたもの
である。このようにして合成された図5(e)に示す合
成画像を入力画像として上記過程を再び行い、図5
(h),(i)に示す2値画像,合成画像を得る。図5
(h)に示す2値画像を入力画像として、再度上記過程
を行い、図5(l)に示す2値画像を得る。この2値画
像は、画素の値がいずれも0であるので、再度上記過程
を行っても得られる合成画像,2値画像は、図5(i)
に示される合成画像,図5(l)に示される2値画像と
同一である。2値画像合成部232は、このようにして
得られた図5(d),(h),に示される2値画像,の
各画素の論理和をとり、図5(m)に示される2値画像
を作成する。画像処理装置は最終的に得られる図5
(m)に示す2値画像を記録ビット領域画像として出力
する。
FIG. 5 shows a specific example of this operation. For simplicity, the reproduced image shown in FIG. 5A is one-dimensional data. The predictor 212 outputs a predicted image as shown in FIG. 5B with respect to the reproduced image shown in FIG. An image shown in FIG. 5C is generated based on the absolute values of these difference data. Based on this, the comparison circuit 122 creates a binary image shown in FIG. , 224 and the synthesis unit 225
The combined image shown in (e) is combined. The combined image shown in FIG. 5 (e) is obtained by converting the pixel of the binary image shown in FIG. 5 (d) corresponding to the pixel of the reproduced image shown in FIG. ) Are replaced with the pixels of the predicted image shown in FIG. The above process is performed again using the synthesized image shown in FIG. 5E synthesized as described above as an input image.
The binary image and the composite image shown in (h) and (i) are obtained. FIG.
The above process is performed again using the binary image shown in (h) as an input image to obtain a binary image shown in FIG. In this binary image, since the values of the pixels are all 0, the composite image and the binary image obtained by performing the above process again are shown in FIG.
And the binary image shown in FIG. 5 (l). The binary image synthesizing unit 232 calculates the logical sum of each pixel of the binary images shown in FIGS. 5D and 5H obtained as described above and obtains the binary image shown in FIG. Create a value image. FIG. 5 shows the final image processing device.
The binary image shown in (m) is output as a recording bit area image.

【0054】なお、上記実施例では、学習過程は、出荷
時に行われるとしたが、出荷後、記録媒体111の表面
状態が経時変化しても正確に予測を行うために、学習過
程を随時行って予測パラメータを更新することが考えら
れる。予測パラメータの更新は、記録再生装置101が
記録・再生の動作を行わないとき、例えば記録再生装置
101の電源が投入されて記録・再生の動作を行う前
や、記録再生装置101の電源を切る前の記録・再生動
作後などに、記録媒体111の記録ビットが書き込まれ
ていない領域を用いて行う必要がある。
In the above embodiment, the learning process is performed at the time of shipping. However, after the shipping, the learning process is performed at any time in order to accurately predict even if the surface condition of the recording medium 111 changes with time. It is conceivable to update the prediction parameters by using The prediction parameter is updated when the recording / reproducing apparatus 101 does not perform the recording / reproducing operation, for example, before the recording / reproducing apparatus 101 is turned on before the recording / reproducing operation is performed, or the recording / reproducing apparatus 101 is turned off. For example, after the previous recording / reproducing operation, it is necessary to use an area of the recording medium 111 where the recording bit is not written.

【0055】このためには、演算装置121に走査制御
部と画像処理装置の予測部210に学習制御部を新たに
設ける。走査制御部は、記録再生装置が所定の状態のと
き、例えば電源投入後、プローブ電極116を記録媒体
111の任意の領域上で自動的に走査させて再生画像を
得るためのものである。学習制御部は、走査制御部と連
動して動作するもので走査制御部によって得られた再生
画像をもとに予測器212の学習機能の制御を以下のよ
うに行う。
For this purpose, a scanning control unit is newly provided in the arithmetic unit 121 and a learning control unit is newly provided in the prediction unit 210 of the image processing apparatus. The scanning control unit is for obtaining a reproduced image by automatically scanning the probe electrode 116 over an arbitrary area of the recording medium 111 when the recording / reproducing apparatus is in a predetermined state, for example, after power is turned on. The learning control unit operates in conjunction with the scanning control unit, and controls the learning function of the predictor 212 based on the reproduced image obtained by the scanning control unit as follows.

【0056】走査制御部によってランダムに選択された
記録媒体111表面上の領域の再生画像は、順次画像処
理装置に送られる。画像処理装置は、上記の処理を行う
が、このとき学習制御部は、絶対値回路221の出力、
すなわち再生画像とその予測画像の画素の画素値の差を
監視する。学習制御部は、この差が予め設定した値より
小さいこと、すなわちこの領域に記録ビットが存在しな
いことを確認した後、この差をとった画素の画素値およ
びその近傍画素の画素値を用いて学習過程を予測器21
2に行わせる。
The reproduced images of the area on the surface of the recording medium 111 randomly selected by the scanning control unit are sequentially sent to the image processing device. The image processing device performs the above-described processing. At this time, the learning control unit outputs the output of the absolute value circuit 221,
That is, the difference between the pixel values of the pixels of the reproduced image and the predicted image is monitored. After confirming that this difference is smaller than a preset value, that is, that no recording bit exists in this area, the learning control unit uses the pixel value of the pixel having the difference and the pixel values of its neighboring pixels. Predictor 21 for learning process
2

【0057】なお、以上説明した実施例においては、記
録再生装置をプローブと記録媒体との間に生じるトンネ
ル電流を検出するSTMとして説明したが、本発明の特
徴となる構成はこれに限定されるものではなく、プロー
ブと記録媒体との原子間力を検出する原子間力顕微鏡
(AFM)であってもよい。
In the embodiment described above, the recording / reproducing apparatus has been described as the STM for detecting the tunnel current generated between the probe and the recording medium. However, the configuration which characterizes the present invention is not limited to this. Instead, an atomic force microscope (AFM) that detects an atomic force between the probe and the recording medium may be used.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明は、上述の通り構成されているの
で以下のような効果を奏する。
The present invention has the following effects because it is configured as described above.

【0059】記録再生装置においては、記録後の表面状
態画像データとこの画像データから予測した記録前の表
面状態画像データとの差をとって記録ビット領域を抽出
しているので、記録媒体の表面に凹凸があっても精度よ
く記録を再生できる。また、記録前の表面状態画像デー
タの予測は、予測パラメータを持っていればよいので、
記録媒体表面の記録領域を余分に使用する必要がない、
他に記憶手段を持つ必要がなく装置自体の負担にならな
いという利点がある。
In the recording / reproducing apparatus, the recording bit area is extracted by taking the difference between the surface condition image data after recording and the surface condition image data before recording predicted from this image data. The recording can be reproduced with high accuracy even if the surface has irregularities. In addition, since the prediction of the surface state image data before recording only needs to have a prediction parameter,
There is no need to use extra recording area on the recording medium surface,
There is an advantage that there is no need to have any other storage means and no burden is placed on the apparatus itself.

【0060】走査制御手段および学習制御手段を設けた
記録再生装置においては、予測パラメータの学習を記録
媒体の表面の未使用の領域を用いて随時行うことができ
るので、記録媒体表面が経時変化しても精度よく記録を
再生できる。
In the recording / reproducing apparatus provided with the scanning control means and the learning control means, the learning of the prediction parameters can be performed at any time by using an unused area on the surface of the recording medium. However, the recording can be accurately reproduced.

【0061】画像処理装置においては、一般的な画像デ
ータを扱うことができるので、とりわけ背景に対して変
化を検出する場合、例えば細胞を数え上げる場合などに
使用することができる。
Since the image processing apparatus can handle general image data, it can be used particularly when detecting a change with respect to the background, for example, when counting cells.

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

【図1】本発明の一実施例の記録再生装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a recording / reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の画像処理装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】予測器の学習過程を示す原理図である。FIG. 3 is a principle diagram showing a learning process of a predictor.

【図4】学習過程の一実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing one embodiment of a learning process.

【図5】画像処理装置の動作の具体例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a specific example of the operation of the image processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 記録再生装置 111 記録媒体 112 粗動制御機構 113 構造体 114 大粗動制御機構 115 除震台 116 プローブ電極 117 微動制御機構 118 XYコントローラ 119 電圧印加装置 120 プローブ電流増幅器 121 演算装置 210 予測部 211 入力画像格納部 212 予測器 213 予測画像格納部 220 画素処理部 221 絶対値回路 222 比較回路 223,224 出力制限回路 225 合成部 230 画像再構成部 231 2値画像格納部 232 2値画像合成部 233 画素値合計部 302 再生画像 304 予測画像 305 平均2乗誤差 401 入力画像 402 予測画像 403 画素の差の絶対値 501 再生画像 502,506,510 予測画像 503,507,511 差データの絶対値 504,508,511,512 2値画像 505,509 合成画像 Reference Signs List 101 recording / reproducing device 111 recording medium 112 coarse movement control mechanism 113 structure 114 large coarse movement control mechanism 115 anti-vibration table 116 probe electrode 117 fine movement control mechanism 118 XY controller 119 voltage application device 120 probe current amplifier 121 arithmetic unit 210 prediction unit 211 Input image storage unit 212 Predictor 213 Predicted image storage unit 220 Pixel processing unit 221 Absolute value circuit 222 Comparison circuit 223, 224 Output limiting circuit 225 Synthesis unit 230 Image reconstruction unit 231 Binary image storage unit 232 Binary image synthesis unit 233 Pixel value total unit 302 Reconstructed image 304 Predicted image 305 Mean square error 401 Input image 402 Predicted image 403 Absolute value of pixel difference 501 Reconstructed image 502, 506, 510 Predicted image 503, 507, 511 Absolute value of difference data 504, 5 8,511,512 binary image, 505, 509 synthetic image

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−161552(JP,A) 特開 昭63−161553(JP,A) 特開 平2−72491(JP,A) 特開 平4−47470(JP,A) 特開 平6−259546(JP,A) 特開 平6−290269(JP,A) 特開 平7−93832(JP,A) 特開 平7−244873(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 5/00 G11B 9/00 G11B 20/10 321 G11B 20/18 560 H01J 37/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-161552 (JP, A) JP-A-63-161553 (JP, A) JP-A-2-72491 (JP, A) JP-A-4- 47470 (JP, A) JP-A-6-259546 (JP, A) JP-A-6-290269 (JP, A) JP-A-7-93832 (JP, A) JP-A-7-244873 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G06T 5/00 G11B 9/00 G11B 20/10 321 G11B 20/18 560 H01J 37/28

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プローブ電極を記録媒体の記録面に対し
て相対的に2次元走査した際に、該プローブ電極と記録
媒体との間に物理的相互作用により生じる信号を利用し
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、 予め定められた予測パラメータを用いて、2次元の画像
データの画素の予測画素値を該画素の近傍の画素の画素
値から求め、該予測画素値を有する予測画素からなる予
測画像データを作成する予測手段と、 前記画像データの各画素値と前記予測画像データの各予
測画素値とを用いて、前記予測パラメータを最適化する
学習手段と、 前記学習手段で最適化された予測パラメータを用いて、
前記画像データの各予測画素値を前記予測手段で再度求
めることにより、前記2次元の画像データを2値化する
ことを特徴とする記録再生装置。
When a probe electrode is two-dimensionally scanned relative to a recording surface of a recording medium, a signal generated by a physical interaction between the probe electrode and the recording medium is used. In a recording / reproducing apparatus that records information in a pixel and reproduces the recorded information as image information, a prediction pixel value of a pixel of two-dimensional image data is calculated using a predetermined prediction parameter. A prediction unit that obtains predicted image data including predicted pixels having the predicted pixel values, and a prediction parameter obtained by using the pixel values of the image data and the predicted pixel values of the predicted image data. Learning means for optimizing, using the prediction parameters optimized by the learning means,
A recording / reproducing apparatus, wherein the two-dimensional image data is binarized by re-calculating each predicted pixel value of the image data by the prediction means.
【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2次元走査した際に、該プローブ電極と記録
媒体との物理的相互作用により生じ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、 予め定められた予測パラメータを用いて、2次元の画像
データの画素の予測画素値を該画素の近傍の画素の画素
値から求め、該予測画素値を有する予測画素からなる予
測画像データを作成する予測手段と、 前記画像データの各画素値と前記予測画像データの各予
測画素値とを用いて、前記予測パラメータを最適化する
学習手段と、 前記学習手段で最適化された予測パラメータを用いて、
前記画像データの各予測画素値を前記予測手段で再度求
めることにより、前記2次元の画像データを2値化する
ことを特徴とする記録再生装置。
2. When a probe electrode is two-dimensionally scanned relative to a recording surface of a recording medium, information is generated on the recording medium by utilizing a signal generated by a physical interaction between the probe electrode and the recording medium. Recording and reproducing the recorded information as image information, using a predetermined prediction parameter to calculate a predicted pixel value of a pixel of two-dimensional image data as a pixel value of a pixel in the vicinity of the pixel. And predicting means for generating predicted image data composed of predicted pixels having the predicted pixel value, and optimizing the prediction parameter by using each pixel value of the image data and each predicted pixel value of the predicted image data. Learning means to be converted, using the prediction parameters optimized by the learning means,
A recording / reproducing apparatus, wherein the two-dimensional image data is binarized by re-calculating each predicted pixel value of the image data by the prediction means.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の記録再
生装置において、 予測手段による予測画像データの作成および学習手段に
よる予測パラメータの最適化が、記録の前に行われるこ
とを特徴とする記録再生装置。
3. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the creation of predicted image data by the prediction means and the optimization of prediction parameters by the learning means are performed before recording. Recording and playback device.
【請求項4】 請求項1または請求項2に記載の記録再
生装置において、 予測手段による予測画像データの作成および学習手段に
よる予測パラメータの最適化が、記録情報の記録または
再生時以外のときに、記録されていない領域を用いて行
われることを特徴とする記録再生装置。
4. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the generation of the predicted image data by the prediction unit and the optimization of the prediction parameter by the learning unit are performed when recording information is not recorded or reproduced. Recording / reproducing apparatus characterized in that the recording / reproducing apparatus is performed using an unrecorded area.
【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれかに記
載の記録再生装置において、 予測手段によって求められた前記各予測画素値と前記画
像データの各画素値との差の絶対値を計算し、該絶対値
が所定のしきい値より小さければ‘0’を、該絶対値が
所定のしきい値より大きければ‘1’を画素値として持
つ2値画像を作成する2値画像作成手段と、 前記2値画像作成手段で作成された前記2値画像が格納
される2値画像格納手段と、 前記2値画像作成手段で作成された前記2値画像の画素
値が‘0’であれば前記画像データの画素値を、前記2
値画像の画素値が‘1’であれば前記予測画像データの
予測画素値を選択して合成画像を作成したのち、該作成
した合成画像を前記予測手段に出力する合成画像作成手
段と、からなる2値画像再構成手段を具備し、 前記予測手段は、前記合成画像作成手段から前記合成画
像が入力されると、前記2次元の画像データの代わりに
該合成画像を用いるとともに、前記学習手段で最適化さ
れた予測パラメータを用いて、新たな予測画像データを
作成し、 前記2値画像作成手段は、前記予測手段で作成された前
記新たな予測画像データから新たな2値画像を作成し、 前記2値画像再構成手段は、前記2値画像格納手段に格
納されている前記2値画像の画素の値と前記2値画像作
成手段で作成された新たな2値画像の画素の値との論理
和を求めて2値画像を再構成するとともに、前記2値画
像作成手段から送られてくる2値画像のすべての画素の
値が‘0’のときに、前記再構成した2値画像を外部に
出力することを特徴とする記録再生装置。
5. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein an absolute value of a difference between each of the predicted pixel values obtained by the prediction unit and each of the pixel values of the image data is calculated. A binary image creating means for creating a binary image having a pixel value of "0" if the absolute value is smaller than a predetermined threshold, and "1" if the absolute value is larger than the predetermined threshold; A binary image storage unit that stores the binary image created by the binary image creation unit; and a pixel value of the binary image created by the binary image creation unit is “0”. If the pixel value of the image data is
If the pixel value of the value image is '1', a synthesized image is created by selecting the estimated pixel value of the estimated image data, and then the synthesized image is output to the estimating unit. The prediction means comprises: receiving the composite image from the composite image creating means, using the composite image instead of the two-dimensional image data; Generating new predicted image data using the prediction parameters optimized in the step (a), wherein the binary image generating means generates a new binary image from the new predicted image data generated by the predicting means The binary image reconstructing means includes a pixel value of the binary image stored in the binary image storing means and a pixel value of a new binary image created by the binary image creating means. Find the logical sum of And outputting the reconstructed binary image to the outside when all the pixel values of the binary image sent from the binary image creating means are '0'. Recording and playback device.
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