JP3448486B2 - 画像伝送方法および装置およびそれらのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラムとして
の干渉縞を利用することで、画像情報を効率よく圧縮あ
るいは暗号化して蓄積または伝送する技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ホログラフィは、光の回折により物体か
らの波面を再現する技術である。一般に、ホログラムは
立体写真としての位置づけとして発展してきた。一方、
ホログラムは光の干渉縞を記録する技術であり、表示物
体の形状及び参照光の波長等が既知であれば、計算によ
り求めることが可能である。これは、計算機ホログラム
という分野として古くから研究されてきている。メリッ
トとしては、実在しない物であっても計算により干渉縞
を生成することができることが大きな特徴であり、この
干渉縞をフィルタとして利用し、光通信用デバイスや、
CD-ROM装置の光ピックアップに利用されるなど、これま
で立体表示とは別の分野での発展が主体であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、立体表示以
外のホログラムの大きな特徴は、情報の冗長性である。
つまり、ホログラムの一部が欠落していても、再生像へ
の影響が少ないということである。これにより、３次元
情報並びに画像情報を干渉縞と記録することで、従来の
画像圧縮、暗号化機能を同時に保持した技術を形成する
ことが可能である。しかしながら、ホログラムとしての
干渉縞を表示するためには、膨大な画素数を有する干渉
縞を、高解像度のデバイスに表示する必要がある。その
ため一般に、計算機ホログラムでは、表示デバイスの製
造が困難であるという問題だけでなく、干渉縞を生成す
ること自体でデータ量が膨大になってしまうことが大き
な課題であった。そのため、これまでホログラムを利用
した画像圧縮／暗号化技術に関してはほとんど研究され
ていなかった。

【０００４】また、昨今の電子表示技術の発展により、
高解像度デバイスが実現されたとしても、問題となる点
が、画像（干渉縞）のデータ量が膨大であるという点は
変わらない。例えば５インチの画面を考えた場合、ホロ
グラムを表示するためには約８Ｇピクセル以上が必要で
ある。一方、HDTVは２Ｍピクセル程度であり、一枚の画
像のデータ量が約４０００倍近くになってしまう。将
来、光ファイバ等による大容量伝送技術が確立したとし
ても、データ圧縮技術が今後の大きな課題となってい
る。

【０００５】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、三次元画像情報を複素振幅により表現して伝送する
時の伝送容量を削減すること目的とする。また、本発明
は、３次元あるいは２次元画像データを干渉縞を利用し
て効率的に暗号化することを目的とする。また、本発明
は、複数の干渉縞をデジタル化した画像のデータ量削減
を行うを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、参照光と物
体からの光による干渉縞として記録した物体の三次元情
報を逐次伝送し、受信側では、受信した干渉縞を逐次表
示すると共に、再生光を照射し、物体を三次元的に表示
する画像伝送方法において、前記送信側では、複素数で
表現された干渉縞の画像を振幅成分画像と位相成分画像
に分解する過程と、前記分解された振幅成分画像には空
間周波数の高周波成分を削減する処理を施し、前記位相
成分画像には階調変換処理を施し、前記各処理後の各画
像を圧縮符号化処理する過程と、前記圧縮符号化された
２つの成分の画像データを別々に伝送する過程と、を有
し、前記受信側では、前記別々に伝送された２つの成分
の画像データを受信する過程と、前記受信した画像デー
タを振幅成分画像と位相成分画像に逐次復号する過程
と、前記復号された振幅成分画像と位相成分画像を再度
複素成分に合成して表示する過程と、を有することを特
徴とする位相振幅分解処理による画像伝送方法である。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像
伝送方法において、前記伝送する過程では、前記干渉縞
の画像の種類に応じて、位相成分と振幅成分の前記各画
像データの伝送順序または伝送周期を変更することを特
徴としている。

【０００７】次に、請求項３に記載の発明は、三次元物
体に参照光を照射し、物体からの光による干渉縞として
記録した情報を逐次伝送し、受信側では、受信した干渉
縞を逐次表示すると共に、この干渉縞に再生光を照射
し、物体を立体的に表示する画像伝送装置において、前
記送信側は、複素振幅の干渉縞の画像を入力する手段
と、前記干渉縞の画像を位相成分画像と振幅成分画像に
分解する手段と、前記分解された振幅成分画像に空間周
波数の高周波成分を削除する処理を施す画像処理する手
段と、前記分解された位相成分画像に階調変換処理を施
す画像処理する手段と、 前記画像処理された各成分画
像を圧縮符号化処理する手段と、を備え、前記受信側
は、前記圧縮符号化された各画像データを位相成分画像
と振幅成分画像に復号化処理する手段と、前記復号化さ
れた位相成分画像と振幅成分画像を複素振幅の画像に合
成する手段と、を備えることを特徴とする位相振幅分解
処理による画像伝送装置である。また、請求項４に記載
の発明は、参照光と物体からの光による干渉縞として記
録した物体の三次元情報を逐次伝送し、受信側では、受
信した干渉縞を逐次表示すると共に、再生光を照射し、
物体を三次元的に表示する画像伝送プログラムを記録し
たコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記
送信側用の画像伝送プログラムは、複素数で表現された
干渉縞の画像を振幅成分画像と位相成分画像に分解する
手順と、前記分解された振幅成分画像には空間周波数の
高周波成分を削除する処理を施し、前記位相成分画像に
は階調変換処理を施し、前記各処理後の各画像を圧縮符
号化処理する手順と、前記圧縮符号化された２つの成分
の画像データを別々に伝送する手順と、をコンピュータ
に実行させ、前記受信側用の画像伝送プログラムでは、
前記別々に伝送された２つの成分の画像データを受信す
る手順と、前記受信した画像データを振幅成分画像と位
相成分画像に逐次復号する手順と、前記復号された振幅
成分画像と位相成分画像を再度複素成分に合成して表示
する手順と、をコンピュータに実行させる画像伝送プロ
グラムを記録した記録媒体である。また、請求項５に記
載の発明は、請求項４に記載の画像伝送プログラムを記
録した記録媒体において、前記伝送する手順では、前記
干渉縞の画像の種類に応じ て、位相成分と振幅成分の前
記各画像データの伝送順序または伝送周期を変更するこ
とを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本実施形態で
は、ホログラム表示のための複素振幅の干渉縞に対し、
振幅成分、位相成分に適したデータ圧縮処理を施し、伝
送する画像伝送方法および装置について説明する。以
下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明
する。

【００１８】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の方法での
一実施形態例を示すフロー図であって、図１（ａ）は送
信側での手順、図１（ｂ）は受信側での手順を示してい
る。以下の説明では、表示対象物のホログラムは、逐次
生成され、複素振幅の干渉縞として入力されるものとす
る。尚、表示対象物の一例として、図２の１２１に示す
画像を用いる。この例は、２次元画像であるが、表示対
象物が三次元物体であっても、生成される干渉縞に対す
る処理は、２次元、３次元物体でも同様の処理であるた
め、画像１２１を用いて説明することとする。

【００１９】送信側では、まず、複素振幅で記述された
干渉縞を入力する（ステップ１０１）。図２の１２２，
１２３は、入力画像１２１に対する干渉縞（複素振幅）
Ｉ（ｘ，ｙ）＝ａ（ｘ，ｙ）＋ｉｂ（ｘ，ｙ）の実数成
分ａ（ｘ，ｙ）（１２２）と、虚数成分ｂ（ｘ，ｙ）
（１２３）を表したものである。

【００２０】次に、この複素振幅成分で表現された干渉
縞は、 Ｉ（ｘ，ｙ）＝ｃ（ｘ，ｙ）ｅⁱφ^(x,y) の様に表すことができるため、位相成分φ（ｘ，ｙ）
と、振幅成分ｃ（ｘ，ｙ）に分解する（ステップ１０
２）。図２の１２４は、振幅成分ｃ（ｘ，ｙ）を表した
ものであり、図２の１２５は、位相成分φ（ｘ，ｙ）を
表したものである。これらの画像は、２５６階調の濃淡
を持つ画像として表現されている。

【００２１】次に、各成分の圧縮符号化処理を行う。ま
ず、振幅成分ｃ（ｘ，ｙ）の圧縮処理手順を図３に示
す。最初に、前処理としてローパスフィルタ処理を施し
（１３１１）、ローパスフィルタ処理後の画像をブロッ
クに分割し（１３１２）、個々のブロックを離散コサイ
ン変換（１３１３）し、量子化テーブルによる量子化処
理（１３１４）を行い（ステップ１０３）、圧縮データ
を生成する。フィルタ処理後の画像が図２の１２６であ
る。

【００２２】振幅成分の画像は、全体的にぼけた画像
（空間周波数の低い成分を多く含む画像）であるため、
ローパスフィルタを掛けることによる再生像の画質劣化
はほとんどない。また、空間周波数が低いため、量子化
テーブルも、高周波成分をかなりカットするテーブルを
用いることで、更に圧縮率を高めることも可能である。

【００２３】また、位相成分については、まず、階調処
理（１３２１）を行う。この成分画像は、２５６階調で
あるため、各画素は８ビットで表現されていることにな
る。そこで例えば、４ビット階調の画像に変換する。位
相成分の画像は、物体の形状（あるいは、テクスチャの
輪郭など）などの情報を含んだ成分であり、濃淡情報に
比べて、縞の間隔が重要な情報である。そのため、極端
な例として、２値画像を用いることも可能である。そし
て、階調変換された画像をブロック分割し（１３２
２）、離散コサイン変換し（１３２３）、量子化テーブ
ルによる量子化（１３２４）を行い（ステップ１０
４）、圧縮データを生成する。階調処理後の画像が図２
の１２７である。

【００２４】なお、位相成分ではその高空間周波数が重
要となる。よって、階調低減処理（１３２１）をした位
相成分を周波数変換して量子化する場合、高周波数成分
もあまり落とさない量子化テーブルとする。また、位相
成分に対する処理は、その高空間周波数を保存するため
に、階調低減処理（１３２１）をした位相成分を周波数
変換して量子化する処理（１３２２〜１３２４）の代わ
りに、ハフマンコード化のような可逆圧縮をするように
してもよい。なお、この場合、後程説明する符号１３３
１、１３３２に示す処理では、階調低減化され可逆圧縮
された位相成分を展開することになる。

【００２５】そして、図２の画像１２６，１２７の圧縮
データを別々に送信する（ステップ１０５）。受信装置
側との送受信手順は、装置毎の決められた手順を用いる
（ステップ１０６，１１１）。

【００２６】以上の処理は、新たな干渉縞が入力される
毎に、逐次処理される。

【００２７】受信側では、圧縮データを受信すると（ス
テップ１１２）、まず、復号化処理を行い（ステップ１
１３）。画像１２６，１２７を生成する。つまり、送信
されてきた圧縮データを逆量子化（１３３１）、逆ＤＣ
Ｔ演算（１３３２）を施すことにより、位相成分、振幅
成分の画像を生成する。そして、２つの成分画像を、再
度複素振幅成分に変換した画像を生成する（ステップ１
１４）。図２の１２８は、複素振幅の実数成分を表した
画像の例でり、図２の１２９は、複素振幅の虚数成分を
表した画像の例である。

【００２８】変換された画像に、再生光を照射すること
で、図２の１３０に示すような画像を再生することがで
きる（ステップ１１５，１１６）。

【００２９】次に、上述のような特徴部分を有する本発
明での三次元映像伝送装置の構成例と動作例を説明す
る。図４は、本発明の装置の一実施形態例を説明するブ
ロック図である。

【００３０】図において、１４０１は干渉縞入力手段、
１４０２は位相／振幅成分分解手段、１４０３は位相成
分圧縮符号化手段、１４０４は振幅成分圧縮符号化手
段、１４０５は送信手段であり、これらの各部は送信側
を構成している。また、１４１１は受信手段、１４１２
は位相成分復号化手段、１４１３は振幅成分復号化手
段、１４１４は複素振幅合成手段、１４１５は表示手段
であり、これらの各部は受信側を構成している。以上の
構成の装置の動作例を以下に述べる。

【００３１】送信側では、干渉縞入力手段１４０１より
入力された干渉縞は、位相／振幅成分分解手段１４０２
により、位相成分、振幅成分に分解される。

【００３２】位相成分は、位相成分符号化手段１４０３
により、符号化圧縮処理が行われる。振幅成分は、振幅
成分符号化手段１４０４により、符号化圧縮処理が行わ
れる。上記２つの処理は並列に処理され、送信手段１４
０５において、圧縮データが、それぞれ送信される。

【００３３】受信側では、受信手段１４１１により受信
された位相成分と振幅成分の圧縮データは、その受信手
段１４１１でデータのヘッダ等が検出されて識別され、
それぞれの成分の復号化処理手段へ送られる。位相成分
の圧縮データは、位相成分復号化手段１４１２により、
圧縮データから、もとの位相成分画像に変換される。ま
た、振幅成分の圧縮データも、振幅成分復号化手段１４
１３により、圧縮データから、もとの振幅成分画像に変
換される。

【００３４】そして、複素振幅合成手段１４１４にて、
２つの成分画像を、複素振幅画像に変換し、表示手段１
４１５にて、ホログラムとして表示する。

【００３５】上述のような制御態様を採れば、それぞれ
の成分画像の特徴に応じた符号化が行われるため、従来
の複素振幅を圧縮するよりも高い圧縮率を実現できる。

【００３６】尚、本実施形態例では、位相成分の符号化
の前処理として階調処理を用いているが、この階調処理
の仕方は、８ビットを４ビットにする方法で限定される
ものではない。また、前処理としては、階調処理に特化
されることはなく、縞の間隔のパターンを保持できる処
理であればよく、画像処理の種類は限定されない。

【００３７】また、振幅成分の符号化の前処理として、
本実施形態例ではローパスフィルタを用いているが、他
に、空間周波数の低周波成分を保持できる処理であれば
よく、処理の内容は限定されない。

【００３８】また、本実施形態例では、符号化処理とし
て、離散コサイン変換、量子化処理を用いているが、他
に、フラクタル変換等多数考えられ、本実施形態例に限
定されない。

【００３９】また、本実施形態例では、動領域、静止領
域の区別をなく説明したが、圧縮データは、入力される
干渉縞が逐次更新されるたびに、更新された圧縮データ
が伝送され、受信側では、動画像として画像を観察する
とができる。そのため、圧縮データの伝送手順の方法と
して、他にも多数考えられる。例えば、動領域の多い画
像の場合、振幅成分を３フレームに一回のみの伝送を行
う方法や、照明光のみの変化といった画像では、位相成
分画像を３フレームに一回のみの伝送を行う方法など、
このフレーム数を表示画像の内容によって、位相、振幅
成分の画像の伝送順序／周期を変更することも考えられ
る。

【００４０】光の波面は複素数で表現され、複数の波面
の重なり合いにより引き起こされる干渉縞も複素振幅と
して表現される。従って、この干渉縞の成分は、振幅成
分と、位相成分に分解することができる。この振幅成分
は、対象物の輝度、色、等の特徴を反映した情報を持
ち、位相成分は、位置、形状等の特徴を反映した情報を
持つということができる。

【００４１】ところで、単に干渉縞の画像データを圧縮
符号化して伝送による方法では、高周波成分の濃淡値
（コントラスト）が低いため、圧縮処理によって、高周
波成分がカットされ易く、再生像の画質劣化が大きくな
ってしまうという欠点がある。

【００４２】そこで、以上説明したように本実形態にお
ける画像伝送方法は、複素成分画像として生成された干
渉縞の画像を振幅成分、位相成分画像に分解し、前記分
解された振幅成分画像には、空間周波数の高周波成分を
削除する画像処理を施し、前記位相成分画像には、階調
数を削減する等の階調数変換の画像処理を施し、前記画
像処理後の各成分画像を圧縮符号化処理して別々に伝送
するようにし、受信側では、受信した各成分の画像デー
タを振幅成分画像と位相成分画像に復号化処理して、再
度複素成分画像に合成し、表示する。

【００４３】また、前記送信側では、干渉縞の画像の種
類（例えば、動領域の多い画像、照明光のみ変化する画
像等）によって、位相成分と振幅成分の各画像データの
伝送順序または伝送周期を変更する。

【００４４】また、本実形態における画像伝送装置は、
送信側に、複素振幅の干渉縞の画像を入力する手段と、
前記干渉縞の画像を位相成分画像と振幅成分画像に分解
する手段と、前記分解された振幅成分画像に空間周波数
の高周波成分を削除する処理を施す画像処理する手段
と、前記分解された位相成分画像にを階調変換処理を施
す画像処理する手段と、前記画像処理された各成分画像
を圧縮符号化処理する手段と、を備え、受信側に、前記
圧縮符号化された各画像データを位相成分画像と振幅成
分画像に復号化処理する手段と、前記復号化された位相
成分画像と振幅成分画像を複素振幅の画像に合成する手
段と、を設けている。

【００４５】人間の視覚が、色などに比べ形状に敏感で
あるため、振幅情報の欠落は、位相情報の欠落と比較し
て、画質が劣化したという感覚への影響が少ないことに
着目し、干渉縞の画像データの振幅成分は、ローパスフ
ィルタ等による処理を施して高周波成分をカットするこ
とで、符号化処理による圧縮率を高める一方、位相情報
は、縞の間隔、パターンが重要な情報であるため、縞の
濃淡値はそれ程重要ではないことに着目して、位相成分
には濃淡の階調数を少なくする等の処理を施して、符号
化処理の圧縮率を高める。これにより、複素振幅情報そ
のものを伝送するよりも、少ない容量での伝送を可能と
している。

【００４６】また、伝送順序や伝送周期を変更すること
により、動領域の多い画像の伝送では、位相成分を重視
したり、照明光のみ変化する画像の伝送では、振幅成分
を重視したりすることで、さらに伝送容量を削減するこ
とを可能としている。

【００４７】以上述べたように、本実施形態の本発明に
よれば、位相成分画像、振幅成分画像のそれぞれの特徴
を保存した前処理を行うことで、冗長な部分を削除する
ことができ、再生画像の画質を劣化させることなく、圧
縮率をさらに高めることができるようになる。

【００４８】（第２の実施形態）本実施形態では、計算
により求めた複素振幅を有する干渉縞を、各画素に関し
て実数部成分と虚数部成分とに分解して２つの画像を生
成し、この２つの画像を別々に暗号化するとともに、干
渉縞を生成した時の各種設定条件のパラメータを暗号化
鍵とする画像処理方法および装置について説明する。以
下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明
する。

【００４９】図５に本発明の基本的なシステム構成の実
施形態例を示す。図５に示すように、本実施形態例は、
画像蓄積管理手段２１０、画像変換手段２１１、計算パ
ラメータ決定手段２１２、画像送受信手段２１３、画像
表示手段２１４からなる。以下では、画像を変換して蓄
積もしくは伝送する側（以下、送信側と呼ぶ）と、蓄積
もしくは伝送された画像を復元して再生、表示する側
（以下、受信側と呼ぶ）とを含めた構成として説明す
る。

【００５０】画像蓄積管理手段２１０では、生成もしく
は受信した投影像や計算パラメータを蓄積し、画像変換
手段２１１では、表示対象画像に応じて各種画像処理あ
るいは暗号化などの画像変換処理を施す。具体的には、
送信側では特定の計算パラメータを用いて入力画像の投
影像を計算し、受信側では受信した投影像と計算パラメ
ータを用いて元の画像（投影像）を再生する。計算パラ
メータ決定手段２１２では、送信側において投影像を計
算するための計算パラメータを決定する。

【００５１】画像送受信手段２１３では、スタンドアロ
ンのシステムであれば、画像蓄積管理手段２１０と画像
表示手段２１４との間での画像の入出力を制御する機構
を有し、送信側と受信側がネットワークを介して接続さ
れている場合であれば、画像の送受信機能を有すること
になる。画像表示手段２１４は、再生した投影像の画像
データに応じて、画像を表示する。

【００５２】これらの各部分はお互い、連絡を取り合っ
て機能し、具体的な機能（処理）の一例として、図６
（ａ），（ｂ）のフローを用いて説明する。

【００５３】本発明の第一の実施形態例として、投影像
の計算の具体的な一つの例である、フレネル投影を用い
た具体例を説明する。

【００５４】図７（ａ）に示すように、表示画像（原画
像Ａ（２３１））に参照光２３３を照射し、原画像Ａを
透過した光の波面が、距離Ｚ離れた位置でのスクリーン
２３２に生成する干渉縞（画像Ｂ）を画像変換後の画像
とする系を想定する。

【００５５】図７（ｂ）に示すように、このスクリーン
２３２の画像Ｂに、再度参照光と同様の光（２３４）を
照射することにより、２３５の位置に画像（投影像
Ａ’）が投影される。この投影像Ａ’は、原画像Ａと同
じ物が再現される。以下、この画像Ａ−Ｂ−Ａ’変換の
系を用いて本実施形態例を説明する。

【００５６】まず、図７（ａ）の２３１に示すような原
画像Ａ（例えばＮ×Ｎ画素）を入力する（ステップ２０
１）。そして、入力された原画像Ａの各画素には点光源
があると仮定する。各点光源の振幅Ｕ₀には、例えば、
各画素の濃淡値を用い、距離Ｚの位置に設置したスクリ
ーン２３２上での波面を求めることにする。ここで、点
光源とは、 ｕ＝（Ｕ₀／ｒ）・ｅｘｐ［ｊ（ｋｒ＋φ）］・・・（１） で表され、振幅Ｕ₀、位相ｋｒ＋φ、φは初期位相、ｊ
＝（−１）^1/2であり、スクリーン２３２に投影される
画像Ｂは、Ｍ×Ｍ画素からなるとする。ここで、ｋは、
２π／λ、λは参照光の波長、ｒは、各点光源からスク
リーン２３２上の各画素間の距離を表す。

【００５７】次に、入力画像の画素ピッチＰ_A、投影画
像の画素ピッチＰ_B並びに参照光の波長λ及び初期位相
φ₀、投影像を設置する距離Ｚを計算パラメータとして
決定する（ステップ２０２）。次に、各点光源毎に、先
に決められた波長λ及び位相φ ₀を用いて、画像Ｂの各
画素において、個々の点光源からの光の波面を加算する
ことで、画像Ｂの各画素での波面の値を計算する（ステ
ップ２０３）。これにより、スクリーン２３２上での投
影像（画像Ｂ）が得られる。

【００５８】具体的には、図９（ａ）の２５１に示すよ
うな入力画像（原画像Ａ）上の各画素に位置する点光源
（（１）式）からの光がスクリーン２３２上に生成する
千渉縞を次式により計算する。 ｕＢ＝ΣΣｕＡ ・・・（２） ここで”ｕＡ”は、入力画像（原画像Ａ）上の各画素に
位置する点光源からの光がスクリーン２３２上の当該画
素（ｕＢの示す位置）において有する振幅値、ｕＢはス
クリーン２３２のある位置（画素）での光の複素振幅
（全ての点光源ｕＡの総和）を表わす。

【００５９】そして、各画素の複素数ｕＢを実数部と虚
数部に分解し、図９（ｃ），（ｄ）の２５３，２５４の
ような投影像を得る。 ｕＢ＝Ｂ_Re＋ｊＢ_Im・・・（３）

【００６０】そして、２つの投影像Ｂ_Re（実数部）、Ｂ
_Im（虚数部）を生成し、２つの投影像並びに計算パラメ
ータを保持しておく（ステップ２０４）。

【００６１】次に、投影像並びに、計算に用いたパラメ
ータをそれぞれ送受信する（ステップ２０６，２０
７）。

【００６２】つまり、実数部の投影像Ｂ_Re、虚数部の投
影像Ｂ_Imならびに、像を計算するためのパラメータとし
て、投影像の位置Ｚ、参照光の波長λ、参照光の初期位
相φ ₀、投影像の画素ピッチＰ_B、原画像の画素ピッチＰ
_Aが同時に送受信される。

【００６３】受信側では、受信データを蓄積しながら
（ステップ２０８）、実数部の投影像に対して、計算に
用いたパラメータ（Ｚ、λ、φ₀、Ｐ_A、Ｐ_B）を用い
て、距離Ｚでの投影像Ｂ_Reを計算する（ステップ２０
９）。次に虚数部の投影像に対して、パラメータ（Ｚ、
λ、φ₀＋π／２）を用いて、距離Ｚでの投影像Ｂ_Imを
求める（ステップ２１０）。そして、２つの投影像
Ｂ_Re、Ｂ_Imを画素毎に加算することで、新たな投影像
（加算像）Ａ’（図９（ｂ）の再生画像２５２）を生成
し、表示する（ステップ２１１）、つまり、原画像Ａを
表示することになる。このとき、実数部および虚数部の
２つの投影像に対し単純に再生光を照射した場合、共役
像による２重の像が再生され、原画像が、何であるかが
わからない。そこで、虚数の縞には、再生光の位相をπ
／２ずらしたものを照射するようにすることで、共役像
をキャンセルでき原画像を忠実に再生できるようにな
る。

【００６４】次に、投影像の計算の第二の例として、フ
レネル投影型の特殊形態となるフーリエ変換型の投影方
法を利用した一例について説明する。フーリエ変換型と
は、先のフレネル投影型の距離Ｚの値を無限大にしたと
きの変換方法である。無限遠に配置することは現実的で
はないが、この系は、物理的には、焦点距離ｆのレンズ
を用いることで容易に実現できる。また、計算上、この
投影像は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いることで高
速に計算することが可能である。

【００６５】フーリエ変換型の投影像とは、図８（ａ）
に示すように、入力画像（原画像Ｃ（２４１））の前に
焦点距離ｆのレンズ２４２を置き、画像Ｃに参照光とし
て平面波２４３を投射したときの透過光が、レンズ２４
２から距離ｆの位置に配置したスクリーン２４４上に投
影する像Ｄを求めることに相当する。

【００６６】図８（ｂ）に示すように、このスクリーン
２４４上の投影像Ｄに対して、再度、参照光と同じ平面
波を照射し、その先に焦点距離ｆのレンズ２４５を設置
し、レンズ２４５を透過した波面が焦点距離ｆの位置に
生成する投影像を得ることで、原画像と同じ再投影像
Ｃ’（２４６）が得られる。

【００６７】フーリエ変換での結果は、複素数で出力さ
れる。この複素数による投影像に、再度同様のフーリエ
変換を施すことで、元の画像が再現される。

【００６８】次に具体的処理の例を説明する。

【００６９】図１０（ａ）の２５１に示すような入力画
像Ｃ（ｘ，ｙ）を入力した後（ステップ２０１）、計算
パラメータ（参照光の波長λ、初期位相φ₀、入カ画像
の画素ピッチ、投影像の画素ピッチ、焦点距離ｆ）を決
定する（ステップ２０２）。次に入力画像Ｃ（ｘ，ｙ）
をフーリエ変換する。フーリエ変換した画像の各画素Ｆ
Ｃ（ｆ_x，ｆ_y）を、パラメータ変換をかけて、各画素の
値を次式、 ｆ_x＝ｘ／（λ・ｚ），ｆ_y＝ｙ／（λ・ｚ）・・・（４） で置き換えることで投影像Ｄを計算により求める（ステ
ップ２０３）。

【００７０】すなわち、 ｘ＝ｆ_x・λ・ｚ， ｙ＝ｆ_y・λ・ｚ によりフーリエ変換した画像の各画素ＦＣ（ｆ_x，ｆ_y）
から投影像Ｄの各画素の値を求めることができる。

【００７１】投影像Ｄは複素数で表され、この投影像Ｄ
を実数部ＤＲｅと虚数部ＤＩｍに分解し（ステップ２０
４）、図１０（ｄ），（ｅ）の２６３，２６４に示すよ
うな２つの画像を生成し、計算パラメータと共に蓄積す
る（ステップ２０５）。

【００７２】そして、画像ＤＲｅ、ＤＩｍならびに、計
算パラメータとして、参照光に使用した波長λ、位相
φ、原画像の画素ピッチ、投影像の画素ピッチ、焦点距
離ｆを送受信するようにする（ステップ２０６，２０
７）。

【００７３】そして、受信側では、受信データを蓄積し
ながら（ステップ２０８）、実数部の画像ＤＲｅに対し
ては、参照光と同じパラメータを用いてフーリエ変換に
よる投影像を求め（ステップ２０９）、虚数部の画像Ｄ
Ｉｍに対しては、参照光に対して位相をπ／２ずらした
ときの投影像をフーリエ変換を用いて計算する（ステッ
プ２１０）。そして、２つの投影像を足し合わせた画像
を生成すると、原画像が再現される（ステップ２１
１）。なお、図１０（ｃ）の２６２は本発明による光学
再生画像例である。

【００７４】仮に、実数部のみを用いると、図１０
（ｂ）の２６１に示すように上下逆さまの原画像を重ね
た状態の画像が再生されてしまう。原画像が複雑な画像
であれば、このような重ね画像では原画像の認識ができ
ないことがわかる。

【００７５】以上の実施形態例では、実数部、虚数部を
別々に伝送するが、複素振幅の段階で、振幅成分と虚数
成分に分解し、それぞれを別々に蓄積及び伝送すること
も考えられる。たとえば、フレネル投影型であれば、振
幅、位相成分の投影像は図９（ｅ），（ｆ）の２５５，
２５６の様な画像であり、フーリエ変換型の例であれ
ば、振幅、位相成分の投影像は図１０（ｆ）、（ｇ）の
２６５，２６６に示すような画像が生成される。そし
て、受信側において、振幅成分と位相成分から、再度複
素成分の画像を生成し、実数部を表示する。あるいは、
さらに実数部と虚数部とに分解し、先に述べたような変
数変換処理を加えた後、実数部と虚数部の投影像の合成
画像を生成することも考えられる。

【００７６】ここで、再生像の生成は、計算機上で計算
により求めることも可能であるが、光の振幅及び位相制
御の可能な表示デバイスによる表示も可能である。ま
た、振幅のみ表示可能な表示デバイスのみを使用した場
合であれば、前述の実数虚数分解された画像をそれぞれ
再生する方法を用いることで、光学的に高速画像再生す
ることが可能となる。

【００７７】また、投影像のダイナミックレンジを特定
の関数変換等で変化させ、前記関数のパラメータも同時
に送受信する事も考えられる。つまり、ダイナミックレ
ンジが操作されることで、送信された画像からそのまま
投影像を生成しても、ノイズに埋もれて画像が判別でき
ないようにすることも可能である。つまり、特定レンジ
の画像情報のみを投影像として利用すようにすることも
可能である。例えば、図１１（ａ）の２７１に示すよう
に、通常は投影像として求められた投影像を線形に変換
して画像の濃淡値に置き換えるが、図１１（ｂ）の２７
２に示すように、投影像の計算値と画像濃淡値との関係
を非線形にするなどの方法が考えられる。

【００７８】また、投影像の大きさは、本実施形態例で
は、入力像（Ｎ×Ｎ画素）に対して、投影像（Ｍ×Ｍ画
素）として述べているが、このＭ，Ｎの値は任意であ
り、Ｍ＝Ｎ、あるいは、Ｍ＝２＊Ｎとすることも可能で
ある。また、縦横比も任意であり、上記実施形態例に特
定はされない。

【００７９】また、投影像生成のためのパラメータは、
一つの画像に一種類の例を述べているが、画素毎に変化
させることも可能であり、例えば、予め決められた関数
変換により画素毎のパラメータを変化させ、前記関数の
パラメータも伝送するようにすることも可能である。

【００８０】また、上記実施形態例では、画像Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの大きさは固定している例を説明したが、このサ
イズもパラメータとして伝送することで、表示画像のサ
イズを任意に設定することができる。

【００８１】また、フレネル投影型では、画像伝送の際
に、送信している画像テータが全て受信してから、投影
像を計算するという例を示しているが、受信したデータ
から逐次投影像を計算することも可能である。

【００８２】つまり、計算パラメータを最初に送受信す
るようにし、そのパラメータを用いて、逐次受信した画
素から投影像を計算するようにする、そうすることで、
少ない画素数ではぼけていた投影像が、徐々にクリアに
なり、ブログレッシブ表示が可能となる。

【００８３】また、画素毎ではなく、画像を特定のブロ
ックに区切り、ブロック毎にデータを受信したならば、
投影像の計算を行うという方法も考えられ、受信データ
の処理手順は上記実施形態例に特定はされない。

【００８４】また、送信する画素データの順番も、左上
の画素から順次する方法、画像の中心からスパイラル上
に外側へ走査する方法など多数考えられ、送信データの
順番も特定されない。

【００８５】また、フレネル投影型例では、一つの画像
の投影像を伝送するという例を示しているが、複数の画
像あるいは動画シーケンスを異なるＺ値で配置し、ある
いは参照光の入射角θを各フレーム毎に異なる値で計算
し、同一のスクリーンに投影される投影像を伝送するよ
うにすることもできる。この場合、パラメータは、個々
の画像毎に（Ｚ、λ、φ、θ等）が与えられ、それぞれ
のＺ値あるいはそれぞれのθ値での投影像を計算するこ
とで、元の画像を復元する事ができる。即ち、同時に複
数の画像情報を伝送することが可能となる。

【００８６】次に、上述のような特徴部分を有する本発
明の画像処理装置の実施形態例の動作を説明する。

【００８７】表示すべき画像、あるいは伝送すべき画像
が入力されると、再像変換手段２１１に送られる。画像
変換手段２１１では、決められた計算パラメータ決定手
段２１２により決定された計算パラメータを用いて、入
力画像の投影像を計算し、計算された投影像並びにその
計算パラメータは画像蓄積管理手段２１０に蓄積され保
持される。画像蓄積管理手段２１０では、画像送受信手
段２１３のトリガによって、所望の投影像並びにその計
算パラメータを送信する。受信側では、画像送受信手段
２１３を経由して、受信データは、画像蓄積管理手段２
１０に蓄積され、画像表示手段２１４のトリガに従っ
て、画像変換手段２１１により、上記で受信し蓄積され
た投影像と計算パラメータから元の投影像を計算し、画
像表示手段２１４に計算後の投影像を表示する。

【００８８】上述のような制御態様をとれば、表示対象
画像は、投影像に変換されることで、原画像に何が表示
されているかの判読は無理であり、さらに計算パラメー
タがわからない限りもとの原画像を求めることが不可能
であり、画像情報の暗号化伝送、蓄積が可能となる。

【００８９】また、本実施形態例では、変換画像の再生
にも画像生成と同様の投影画像を計算により求めていた
が、再生に関しては光学的にリアルタイムに再生するこ
とも可能である。

【００９０】例えば、実数部のみを利用した再生系を一
つの例として図１２を用いて説明すると、受信した投影
像をディスプレイ２８１に表示する。ディスプレイ２８
１に表示された投影像は、レンズ２８２によって縮小さ
れ、２８３のディスプレイに投影される。ここで、レン
ズ２８２は、計算パラメータ（投影像ピッチあるいは距
離Ｚ）に応じて縮小率が変えられるレンズとする（例え
ば、レンズを前後に可動型に設置するとか、電子的に表
示されたフレネルレンズ等が考えられる）。

【００９１】ディスプレイ２８３は、微細表示が可能な
高解像度の表示装置であり、反射型液晶などが考えられ
る。ディスプレイ２８３には、計算パラメータ（波長
λ）に対応した光が２８５から照射され、再生光２８５
は、ハーフミラー２８４を通してディスプレイ２８３に
照射される。ディスプレイ２８３を反射した光は、ハー
フミラー２８４を通して、スクリーン２８７に投影され
る。スクリーン２８７に投影された像は、拡大レンズ２
８８により拡大され、スクリーン２８９に原画像のサイ
ズで再生される。ここで、拡大レンズの拡大率は、計算
パラメータ（画素ピッチあるいは距離Ｚ）により変えら
れるものを用いることで柔軟に対応できる。

【００９２】以上の様な系を用いることにより、画像の
生成は計算により行い、伝送時は投影像を伝送すること
で、セキュリティ上保護され、再生に関しては、光学的
に瞬時に原画像が再生されるようになる。

【００９３】なお、本実施の形態において、第１の実施
形態で説明した方法との組み合わせも可能である。

【００９４】すなわち、暗号化・符号化過程において
は、図６（ａ）のステップ２０４において、実数部／虚
数部に成分分解するのではなく、振幅／位相成分に分解
し、それらを第１の実施形態で説明したように符号化す
る。また、ステップ２０５では、実数部の投影像、虚数
部の投影像の代わりに、符号化された振幅成分、位相成
分を記憶する。

【００９５】そして、復号化・表示過程においては、図
６（ｂ）のステップ２０８と２０９との間で、受信した
データのうち、符号化された振幅成分、位相成分をそれ
ぞれ復号し、復号した振幅成分、位相成分から実数部、
虚数部を求める処理を加える。

【００９６】以上により、第１の実施形態で説明したデ
ータ圧縮効果に加えて、受信側では、暗号化されたデー
タとして蓄積管理できること、並びに、通常の濃淡値が
表示できる画像表示装置を用いて、光学再生が可能とな
る。

【００９７】なお、本発明は、投影像とその計算パラメ
ータ等のデータを蓄積、保存し、それらを自由に読み出
し可能なハードディスクやその他の記憶装置と、投影像
の生成や再生のための計算、およびその他の画像処理等
を行う際にデータの保持等に必要なバッファやそれに準
ずる装置と、再生した投影像を表示するディスプレイな
どの出力装置と、キーボードやマウスなどの入カ装置を
備え、それらハードディスク、バッファ、出カ装置及び
入カ装置などをあらかじめ定められた手順に基いて制御
するコンピュータやそれに準ずる装置により、図５の構
成の実施形態例における各部の機能、あるいは図６
（ａ）、（ｂ）のフロー図で示した本発明の方法の実施
形態例での処理の手順ないしアルゴリズムを適宜、実行
することが可能であり、その手順ないしアルゴリズムを
コンピュータ等に実行させるためのプログラムを該コン
ピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばフロッピー
ディスクやメモリカード、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭなどに記
録して配布することが可能である。

【００９８】また、本発明による方法により蓄積あるい
は伝送しようとする投影像並びに計算パラメータの一方
もしくは双方を、コンピュータで伝送又は再生表示する
ためにそのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例
えばフロッピーディスクやメモリカード、ＭＯ、ＣＤ−
ＲＯＭなどに記録して配布することが可能である。

【００９９】以上説明したように、本実施形態で説明し
た方法は、蓄積／伝送する際には、画像に波長（λ）の
参照光を入射角θの角度で照射し、前記画像からある距
離（Ｚ）離れたスクリーン上に投影される投影像を複素
振幅として計算し、前記複素振幅投影像を実数部と虚数
部に分解し、前記２つに分解された投影像並びに計算パ
ラメータ（距離（Ｚ）、波長（λ）等）を蓄積もしくは
伝送するようにし、再生／表示する際には、波長（λ）
の光を実数部の投影像に入射角θで照射したときの、距
離（Ｚ）の投影像を計算し、虚数部の投影像には、前記
波長（λ）の光に更にπ／２位相をずらした光を照射し
たときの距離（Ｚ）の投影像を計算し、前記２つの投影
像を足し合わした画像を生成するようにしている。

【０１００】また、他の方法として、投影像を複素振幅
として計算する際に、画像の全面にレンズを設置し、そ
のレンズを透過した光の像を投影像として用いるように
している。

【０１０１】また、上記方法において、投影像の画像の
各画素を実数部と虚数部に分解した２種類の画像並び
に、計算パラメータをそれぞれ別々に蓄積もしくは伝送
するようにしている。

【０１０２】また、上記方法において、計算により求め
た投影像並びに計算パラメータ（距離（Ｚ）、波長
（λ）等）を蓄積もしくは伝送する際に、これら投影像
のデータ並びに計算パラメータを暗号化させたデータを
保持すると共に、暗号化の鍵も同時に保持するようにし
ている。

【０１０３】また、上記方法において、蓄積もしくは伝
送された投影像を元の原画像に再生して表示する際に、
蓄積もしくは伝送されたデータを逐次読み出しながら、
順次投影像を再生するようにしている。

【０１０４】さらに、上記方法において、投影像を再生
し表示する際に、投影像を拡大縮小可能なレンズを通し
て投影像を光学的に再生し表示するようにしている。

【０１０５】また、本実施形態の装置において、投影像
を蓄積もしくは伝送する側では、入カ画像の投影像を特
定の計算パラメータを用いて生成する画像変換手段と、
前記計算パラメータを決定する手段と、前記投影像並び
に前記計算パラメータを蓄積する手段、前記投影像並び
に前記計算パラメータを伝送する手段の一方または双方
と、を設け、上記投影像を再生し表示する側では、前記
蓄積もしくは伝送された投影像並びに計算パラメータを
受信する手段と、前記受信した投影像並びに計算パラメ
ータにより投影像を再生する手段と、前記再生された投
影像を表示する手段と、を設けている。

【０１０６】また、本実施形態における方法の記録媒体
として、上記方法を、コンピュータに実行させるプログ
ラムとして、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒
体に記録するようにする。

【０１０７】また、本実施形態における画像の記録媒体
として、上記方法により求められた投影像並びに計算パ
ラメータの一方もしくは双方をコンピュータが読み取り
可能な記録媒体に記録するようにする。

【０１０８】参照光と画像透過光の光の干渉を記録する
とは、つまり、ホログラムを記録していることと等価で
ある。そして、このホログラムは、参照光（再生光）を
照射して、生成される像を観察しない限り、ホログラム
に何が記録されているかを認識することは不可能であ
る。つまり、画像を暗号化して保持することができるこ
とになる。

【０１０９】また、参照光と同じ光をホログラムに照射
しないかぎり、再生像は観察出来ないため、投影像を計
算するための計算パラメータがわからない限り、原画像
の再生はできないので、第三の方法により計算パラメー
タと投影像を別々に管理することで、セキュリティ上、
更に安全に画像データを保持できることになる。

【０１１０】また、投影像の求め方として、画像を透過
した光の無限遠点での投影像を用いる第二の方法は、物
理的には透過光をレンズを通して見ることで実現でき
る。この系は光学的フーリエ変換を行っていることに相
当するため、投影像はフーリエ変換を応用することで高
速に計算できる。この時、フーリエ変換の出力の結果は
複素数になり、この投影像としては実数部の投影像を利
用することになる。そして、この投影像に再度光学的フ
ーリエ変換を施すことで原画像を再生することができ
る。このようなフーリエ変換を利用した像の投影、再投
影は、計算機ホログラムのシミュレーション等でよく使
われている。

【０１１１】通常、計算機ホログラムでは、投影像とし
ては、上記の実数部のみを用いている。しかし、実数部
のみで画像を再生すると、真の像と共役像が同時に発生
し、原画像と原画像を逆さにした画像が重畳して再生さ
れ、原画像が認識できないといった問題がある（２重像
の問題）。これは、言い換えると、実数部のみであれ
ば、画像の秘匿が保持できる一種の暗号化ともいえる。
ところで、元の画像を再現するために、この２重像の問
題を起こさない再表示方法として、複素振幅そのものを
伝送に用いた場合、再生光の波長がわかれば画像データ
が容易に再生されてしまう可能性がある。しかし、本発
明のように、２つの千渉縞（つまり実数部の千渉縞と虚
数部の千渉縞）を別々に伝送するようにすることで、片
方の千渉縞による再生では、２重像の間題で画像として
何が記録されているのかの認識が困難であるが、２つの
千渉縞を合成することで、２重像の問題が回避でき、し
かも、セキュリティ上でも単純な複素振幅伝送より、２
倍の安全性が確保できるようになる。

【０１１２】また、投影像の画像データ並びに計算パラ
メータを保持しておく際に、それぞれのデータを暗号化
して保持しておくことで、例えば、この画像データをネ
ットワークを介して送受信する際のセキュリティ上の安
全性が確保できる。

【０１１３】また、ホログラムの特徴として、部分デー
タだけであっても、再生像の全体像が観察できるという
特徴がある。そして、ホログラムが小さければ再生像の
画質は悪いが、より大きな（大画面の）ホログラムを用
いることで、より再生像はクリアになる（参考文献：
「０ｐｔｉｃａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」Ｃｏｌｌｏ
ｅｒ，Ｂｕｒｃｋｈａｒｄｔ ａｎｄ Ｌｉｎ著，ｐ
ｐ．５２６−５４１，（１９７１））。つまり、本発明
で用いている投影像も同様に、投影像の部分データであ
っても、原画像の再生が可能である。そこで、第五の方
法により、投影画像のデータをメモリ等に全て読み込ん
でから再生像を計算するのではなく、逐次読み込みなが
ら、読み込まれたデータから逐次再生（再投影）するこ
とで、再生像が徐々にクリアに表示されるようになり、
プログレッシブな画像再生が可能となる。

【０１１４】また、再生光に用いる波長は、実在するレ
ーザ光の波長を使用する必要はなく、計算シミュレーシ
ョンとして計算できればよいため、使用する波長の種類
は無限に存在することになり、簡単には、再生光波長を
解読することは出来ない。

【０１１５】そして、実在する可視波長レーザなどの波
長を投影像生成に用いると、再投影の処理を光学的にリ
アルタイムに行うことができる。つまり、ネットワーク
等を介して送られてくるデータをリアルタイムに再生
し、原画像を表示することが可能となる。

【０１１６】以上述べたように、本発明によれば、画像
情報を安全度の高い暗号化を施して送受信並びに蓄積し
ておくことが実現でき、しかも、プログレッシブ再生が
できるという効果が得られる。

【０１１７】（第３の実施形態）第１、第２の実施形態
で説明してきた計算機ホログラムの干渉縞をデジタル画
像として見たとき、上位ビットに再生像の主な情報が含
まれているという特性がある。そのため、各画素の下位
ビットを削除しても再生像の画質劣化への影響が少な
い。従って、この下位ビットの部分を他の画像情報の蓄
積場所として利用することが可能となる。そこで、本実
施形態では、上記特性を利用して、干渉縞に関する複数
のデジタル画像を多重化して多重化画像を生成する画像
処理方法および装置について説明する。以下、本発明の
実施の形態について図を用いて詳細に説明する。

【０１１８】まず、本実施形態における干渉縞に関する
デジタル画像の定義について図１４を用いて説明する。
なお、以下では計算機ホログラムの干渉縞をデジタル化
したデジタル画像を単に「デジタル画像」と呼ぶものと
する。本実施形態にけるデジタル画像は、各画素が８ビ
ットからなるものとする。そして、デジタル画像を構成
する各画素のビット各位を、図１４に示すように下位ビ
ットから順に２⁰、２¹，２²，２³，２⁴，２⁵，２⁶，２⁷
の位と呼ぶことにする。なお、図１４において、符号３
０１、３０２、３０５、３１１等は、デジタル画像を構
成する画素を示す符号であり、図１４では、一例とし
て、画素３１１を取り出し、そのビット各位について示
している。デジタル画像のビット数、８ビットは一例で
あり、自由に設定可能である。なお、干渉縞に関する画
像の生成、干渉縞を利用したホログラム表示（画像表
示）については、第１、第２の実施形態で説明した通り
であるので、以下ではその説明を省略する。

【０１１９】次に、図１３（ａ）、（ｂ）を用いて複数
のデジタル画像から多重化画像を生成するＧ像処理方法
について説明を行う。まず、多重化処理対象となる複数
のデジタル画像の入力を行う（ステップ４０１）。本実
施形態では、図１５に示すようなサイズの異なる３つの
デジタル画像が入力されたものとして説明する。例え
ば、デジタル画像のサイズとして、符号２１のデジタル
画像Ａのサイズは２５６×２５６画素、符号２２のデジ
タル画像Ｂのサイズは１２８×１２８画素、符号２３に
示すデジタル画像Ｃのサイズは６４×６４画素であるも
のとする。なお、図１５において、３つのデジタル画像
に振られた符号は、それぞれのデジタル画像の画素を特
定するためのものである。また、図１６は図１５に示す
各デジタル画像の特定画素のビット列を示した図であ
る。図１６の符号３１は図１５のデジタル画像Ａの画素
３０１〜３１６のビット列を示しており、符号３２は図
１５のデジタル画像Ｂの画素３２１〜３２４のビット列
を示しており、符号３３は図１５のデジタル画像Ｃの画
素３３１のビット列を示している。なお、以下では、図
１６の符号３２において、画素３２１〜３２４の上位６
ビットを上位ビットから順番にａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ
と呼ぶものとする。同様に符号３３において、画素３３
１の上位６ビットを上位ビットから順番にｇ，ｈ，ｉ，
ｊ，ｋ，ｌと呼ぶものとする。

【０１２０】次に、画像の多重化に関するビット入れ替
え方法を決定する（ステップ４０２）。ここでは、各デ
ジタル画像の各画素の各上位ビットを保持するようにビ
ットの入れ替え方法を規定する。ここで、干渉縞のデジ
タル画像の各画素の各上位ビットのみを利用して画像を
再生しても、画質の劣化が少ない理由について以下に説
明する。物体が一つの点光源の場合を考える。この点光
源からの波面の干渉縞をホログラムとして記録すると、
一つの点の情報がホログラム面全体にばらまかれている
状態になる。ホログラムは、情報のかなり冗長な記録方
式であるため、再生する場合に、ホログラムの一部の情
報が欠けていても元の像を再現できる。このホログラム
は、平面的な冗長性のみでなく、デジタル画像のビット
位に対しても同様の冗長性があるといえる。極端な例で
言えば、画像を二値化したとしても、原画像の濃淡情報
は、ホログラムの中にばらまかれて、保持されている。
なぜならば、ホログラムで必要な情報とは、第１の実施
形態で説明したように記録されている干渉縞の縞の間隔
（位相成分）であり、縞の濃淡は位相情報に比べて重要
度が少ないからである。実際、二値で表現されたバイナ
リーホログラムでも濃淡値が表現できる。つまり、ホロ
グラムを透過した光は二値化されているわけではなく、
アナログ波形になっているため、縞の間隔で光の量を調
節すれば容易に濃淡値を変化させることができるからで
ある。そこで、干渉縞をデジタル画像として見たとき、
上位ビットに再生像の主な情報が含まれているという特
性を利用して、各デジタル画像の各画素の各上位ビット
を保持するようにビットの入れ替え方法を規定して、画
像の多重化を行う。例えば、ビットの入れ替え方法とし
て、デジタル画像Ａの上位６ビットをデジタル画像Ａの
情報として残し、残りの下位２ビットに他のデジタル画
像Ｂ、Ｃの上位６ビットの情報を割り当てるようにす
る。

【０１２１】このビット入れ替え方法の一例を図１７、
図１８を用いて説明する。図１７は、デジタル画像Ａを
基に生成された多重化画像の各画素のビット列である。
なお、符号３０１〜３１６は、図１５の画素をそれぞあ
らわしている。一例としてのビット入れ替え方法は、画
素３０１〜３１６の上位６ビットをデジタル画像Ａの上
位６ビットとする。そして、デジタル画像Ｂの画素３２
１の上位６ビットは、図１７に示すように画素３０１、
３０２、３０３，３０４の下位ビットに割り振られる。
図１７の例では、画素３０１の下位２¹、２⁰のビット
に、デジタル画像Ｂの画素３２１のａ，ｂが割り振ら
れ、画素３０２の下位ビットに画素３２１のｃ、ｄが割
り振られ、画素３０３の下位ビット２¹に画素３２１の
ｅが与えられ、画素３０４の下位ビット２¹に画素３２
１のｆの値を割り振るビット入れ替え方法を規定してい
る。同様にして、ビット入れ替え方法において、デジタ
ル画像Ｂの画素３２２、３２３、３２４の上位６ビット
の値が、図１７に示すように画素３０５〜３１６の下位
ビットに割り振られる。次に、ビット入れ替え方法で
は、デジタル画像Ｃの画素３３１について、図１７に示
すように画素３０３、３０４、３０７、３０８、３１
１、３１２の最下位ビット２⁰に画素３３１の上位ビッ
トｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌの値が順次割り振られるよう
にする。なお、図１８は、図１７の画素３０１〜３１６
をビット位ごとに示した図であり、符号３４は１６画素
の最下位のビット位２⁰を、符号３５はビット位２¹を、
符号３６はビット位２²〜２⁷を示している。ところで、
図１７、図１８から分かるように、このビット入れ替え
方法では、符号３４１に示す各ビットに情報は割り振ら
れないことになる。

【０１２２】そして、ステップ４０２で規定されたビッ
トの入れ替え方法に基づき、デジタル画像Ｂ，Ｃの各画
素の上位ビットを分解し、デジタル画像Ａの下位ビット
に分解したデジタル画像Ｂ，Ｃのビット割り振っていく
（ステップ４０３，４０４）。これにより、異なるサイ
ズの画像が、一枚のデジタル画像Ａの画素数、情報量で
記録できたことになる。そして、生成した多重化画像を
保持、表示、あるいは送受信するようにする（ステップ
４０５）。以上の様にして、複数のデジタル画像の多重
化画像が生成される。

【０１２３】ここで、デジタル画像Ａ，Ｂ，Ｃを異なる
画像として説明しているが、これを同一画像であって、
解像度の異なる画像として用いることで、多重解像度の
画像情報を一枚の画像情報分のデータ量で保持できるよ
うになる。これにより、画像のプログレッシブ表示や、
表示装置の解像度に適した解像度の画像表示も可能にな
る。

【０１２４】また、デジタル画像Ａが背景画像に関する
画像で、デジタル画像Ｂ、Ｃが背景画像に合成される部
品画像に関する画像とすることも可能である。この場
合、デジタル画像Ｂ、Ｃのデジタル画像Ａへの配置情報
として、それぞれの画像Ｂ、Ｃのオフセット値を多重化
画像に対しヘッダ等で添付する。なお、ここでは、背景
画像に対し、部分画像の画像サイズは上記のような方法
により多重化できる程度に十分に小さいものとする。

【０１２５】ところで、図１７、図１８の符号３４１で
示すように、画素３１５及び３１６の最下位ビット２⁰
に対応する部分は、空白になっている。デジタル画像Ａ
の全体をみると、この例の場合、４ｘ４画素に対して２
ビットの空きがあり、全部で８１９２｛＝（２５６／
４）×（２５６／４）×２｝ビット余っていることにな
る。この部分を用いて、画像の付加情報、例えば上述の
部品画像のオフセット値を保持させることもできる。な
お、こまでの実施形態で説明した、画像の配分、ビット
の配分は一例であり、画像情報により変えることも可能
であり、本実施形態の例に特定されるものではない。

【０１２６】次に、この多重化された画像を送受信して
表示する一例を図１３（ｂ）を用いて説明する。なお、
以下では、この処理を行う側を”受信側”と呼ぶことに
する。上記の多重化に関する画像処理方法において、ビ
ットの入れ替え方法により規定される画像配分やビット
配分に関する対応テーブルを用意し、前記多重画像に添
付して送受信するようにする（ステップ４１１）。受信
側では、添付テーブルをまず読み込み（ステップ４１
２）、テーブルに対応したデータをビット分割し（ステ
ップ４１３）、それぞれの画像を元のサイズに戻し、生
成／表示するようにする（ステップ４１４）。なお、蓄
積した多重化画像を展開表示する場合、上記ステップ４
１２〜４１４を行うことになる。

【０１２７】また、表示装置の表示能力に応じた表示方
法を説明する。まず、上記で説明した方法で、複数の解
像度の画像が多重化された多重化画像並びにその対応テ
ーブルを生成し、何らかの記録媒体に保持、あるいは送
受信する（ステップ４０１〜４０５並びにステップ４１
１）。表示装置側では、予め規定されている表示画面サ
イズに従って、例えば１２８×１２８画素が有効画像表
示サイズであるとすると、保持されている対応テーブル
を参照して（ステップ４１２）、多重画像から１２８×
１２８画素に対応するビット情報のみを取り出すように
する（ステップ４１３）。これにより、表示する画像情
報自体が対応する表示装置の性能にあっているため、効
率よく画像を操作することができる。また、当該画像を
印刷する場合などは（ステップ４１５）、より高解像度
の画像が必要となるため、再度対応テーブルを参照し
（ステップ４１２）、印刷に適したサイズの画像に対応
するビットを読み出し（ステップ４１３）、画像を印刷
するようにする。干渉縞を多重解像度画像とするメリッ
トの１つは、表示対象物の表示精度を変えることができ
ることである。つまり、解像度の高い干渉縞の場合、空
間周波数の高い成分まで表現することができる。これ
は、物体の詳細な凹凸等の形状や表面の細かな模様等が
表現できるということである。また、解像度が低い場
合、空間周波数の低周波成分しか記述できないため、物
体の大まかな形状しか表現できないことになる。つま
り、表示装置の解像度のみならず、必要に応じて、その
都度干渉縞を選択することで、物体に必要な解像度（精
細度）で表現することが可能となる。

【０１２８】また、多重化する画像として、背景画像と
部品画像を用意した例を説明する。背景画像に対して、
同一解像度の部品画像を複数組み合わせで、多重化する
場合は、先に述べた方法を利用する。一方、部品画像の
背景画像に対するサイズは、同じであっても、多重化す
る画像サイズは、それよりも大きなサイズも同様に多重
化するようにする。すなわち、背景画像は所定サイズの
１枚の画像とし、部品画像は解像度の異なる複数の画像
とし、１枚の背景画像に対し、解像度の異なる複数の部
品画像を多重化する。これらを多重化した多重化画像か
ら背景画像と部品画像を展開して表示する場合、まず、
先に述べた方法で、背景画像と部品画像を分解し、背景
画像に、背景画像と同一解像度の部品画像を合成するこ
とにより行う。また、背景画像と部品画像の合成画像全
体の解像度を上げる場合、背景画像は所定の画像処理に
より取り出した背景画像の解像度を高め、部品画像は上
げた解像度に相当する解像度のものを多重化画像から取
り出し、解像度を高めた背景画像に合成するようにす
る。部品画像の部分は、元々の高解像度情報を用いるこ
とから、部品画像に関してより鮮明な画像とすることが
できる。

【０１２９】次に、上述のような方法を実施する画像処
理装置について説明する。図１９は、本実施形態の装置
構成例を示すブロック図である。図１９より画像処理装
置は、画像入力手段５１，フレームメモリ５２，画像ビ
ット操作手段５３，画像ビット配分決定手段５４，画像
保持手段５５を備える。また、多重化された画像を表示
する場合には、画像表示手段５６が設けられる。さら
に、多重化した画像の送受信を行う場合には、画像送受
信手段５７が設けられる。ここで、画像入力手段５１
は、参照光と物体からの光による干渉縞に関する画像で
あって、多重化処理の対象となる複数枚のデジタル化さ
れたデジタル画像を入力するために設けられている。フ
レームメモリ５２は、多重化画像の生成の際の作業メモ
リとなる、画像保持手段５５は、画像入力手段５１によ
り入力された複数の画像や生成された多重化画像を保持
するために設けられている。そして、画像ビット配分決
定手段５４は、複数の画像の各画素の各上位ビットを保
持するようにビットの入れ替え方法を規定する機能を、
画像ビット操作手段５３は、記画像ビット配分決定手段
５４により決定された各ビットの入れ替え方法に基づき
入力されたデジタル画像の各画素のビット列を操作して
フレームメモリ５２上に多重化画像を生成する機能を備
えている。

【０１３０】この装置の動作を以下に説明する。まず、
画像入力手段５１に入力されたデジタル画像は、画像保
持手段５５に保持されるとともに、一枚のデジタル画像
がフレームメモリ５２に読み込まれ、画像のビット数、
サイズなどの情報を元に、下位ビットの配分及び他の画
像の配置方法等とったビット入れ替え方法がビット配分
決定手段５４により決定する。次に、別の画像をフレー
ムメモリ５２に読み込み、先に決定したビット入れ替え
方法に基づき、ビット操作手段５３にて、新たに読み込
まれた画像をビットに分割し、先に読み込まれている画
像の下位ビットに割り当てていく。最初に読み込まれた
画像に関して、すべて多重化を行った後、新たな画像は
画像保持手段５５に保持される。また、保持されている
画像を伝送する場合は、画像送受信手段５７を介して、
他の表示装置、記憶媒体等に送られる。そして、表示装
置５６では、保持されている画像から、表示装置のスペ
ックにあった部分の画像のみを、逐次読み出しながら表
示を行う。ここで、図１９の各手段と、図１３（ａ）の
処理ステップとの対応について説明すると、画像入力手
段５１がステップ４０１を実施し、画像ビット配分決定
手段５４がステップ４０２を実施し、画像ビット操作手
段５３がステップ４０３、４０４を実施し、画像保持手
段５５がステップ４０５を実施する。また、図１９に示
す装置により多重化された画像を表示する場合には、送
受信手段５７が図１３（ｂ）のステップ４１１を実施
し、画像ビット操作手段５３がステップ４１２、４１３
を実施し、画像表示手段５６がステップ４１４、４１５
を実施することになる。

【０１３１】なお、本実施形態では、入力画像としてデ
ジタル画像を用いているが、入力される画像はアナログ
情報であってもよく、画像入力手段５１にて、画像の属
性に応じて、あるいは情報量に応じてデジタル画像に変
換することで、本発明を適用することができる。

【０１３２】以上説明したように、デジタル画像を、各
画素ｎビットの画像とするとき、画像情報として重要な
情報は主に高位ビットに含まれている。従って、下位ビ
ットを異なる情報に書き換えたとしても、画像の画質へ
の影響は少ない。つまり、画像に応じて、画質に影響な
い下位ビットを決定することが可能である。そこで、複
数の画像のそれぞれ、予め規定した高位ビット（例えば
ｎ／２ビット）までを取り出し、それぞれを合成する様
にする。つまり、ある一枚の画像（例えば最も情報量の
多い画像）を選択し、その下位ビットに、他の画像の高
位ビットの情報を組み込む。このとき、どのビットの位
からが異なる画像の情報であるかは、決め事として、シ
ステムで持つか、あるいは、当該画像に付加情報として
添付するようにする。これにより、一枚の画像のデータ
量で、２枚の画像の情報が組み込まれることになる。

【０１３３】また、画像のサイズを１／２ずつ縮小した
画像情報を多重化する方法として、最初に選択した画像
の４個の画素の下位ビットに、１／２サイズの当該画像
の１画素の高位ビットを割り当てるようにする。この処
理を繰り返すと、当該画素の上位ビットにノーマルサイ
ズの画像情報、次にその下位ビットのさらに上位半分
に、１／２サイズの画像情報、さらにその下位ビットの
上位半分のビットに１／４サイズの画像情報が組み込ま
れるようになる。この画像を読み出す場合は、表示装置
の画面サイズに合わせて、どの位のビットの情報を取り
出すかで、表示装置の画面に最適なサイズの画像を容易
に表示することができるようになる。また、部品画像と
背景画像を用意することもできる。このとき、背景画像
の解像度と、部品画像の解像度は同じにする必要はな
く、部品画像の解像度を背景画像に対して相対的に多く
することで、部品画像の部分を高精細にすることも可能
となる。また、本実施形態で説明したデジタル画像の多
重化は、実施例２で説明した暗号化に関する処理との組
み合わせが可能である。

【０１３４】このように、本発明によれば、複数の画像
を一枚の画像のデータ量で保持する、あるいは送受信す
る事が可能となり、また、表示装置のスペックにあわせ
て、表示が可能となり、無駄なメモリ容量や、画像処理
を必要とされなくなるという効果が得られる。

【０１３５】なお、第１〜第３の実施形態で示した装置
の各手段は、処理部として機能するものである。すなわ
ち、各手段（各処理部）は、専用のハードウェアにより
実現される、あるいは、プログラムとして提供され図示
しないメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により実行
されその機能が実現されるものである。また、各実施形
態で説明した方法を実現するためのプログラムをコンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒
体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読
み込ませ、実行することにより画像伝送／画像処理を行
ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステ
ム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むもの
とする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒
体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＲＯ
Ｍ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可般媒体、コンピュータシステム
に内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをい
う。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」と
は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通
信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のよ
うに、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、
その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシ
ステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラ
ムを保持しているものも含むものとする。また上記プロ
グラムは、前述した機能の一部を実現するためのもので
あっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシス
テムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせ
で実現できるものであっても良い。

【０１３６】次に、第１〜第３の実施形態で説明した画
像伝送／処理方法および装置の利用分野について説明す
る。本発明は、計算機ホログラフィを利用した画像伝送
／処理技術であり、立体映像のみならず通常の２次元画
像の伝送／蓄積技術に関するものである。そして、この
技術は、ネットワークを介した立体映像伝送において、
バーチャルリアリティのデータ伝送に利用できる。具体
的アプリケーションとしては、立体テレビ、ＣＡＤシス
テム、ネットワーク型バーチャル・リアリティ・コンピ
ュータゲームなどである。

【０１３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による画像
伝送／処理方法および装置およびそれらのプログラムを
記録した記録媒体によれば、下記の効果を得ることがで
きる。位相成分画像、振幅成分画像のそれぞれの特徴を
保存した前処理を行うことで、冗長な部分を削除するこ
とができ、再生画像の画質を劣化させることなく、転送
時における圧縮率をさらに高めることができるようにな
る。また、処理対象画像に特定の参照光を照射し、画像
を透過した、あるいは反射した光により生成される投影
像を計算によりもとめた複素振幅の値を利用すること
で、画像情報を安全度の高い暗号化を施して送受信並び
に蓄積しておくことが実現でき、しかも、プログレッシ
ブ再生ができるという効果が得られる。また、複数の干
渉縞をデジタル化した画像の多重化によりデータ量の削
減を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 それぞれ第１の実施形態における送信側の手
順、受信側の手順を示すフロー図である。

【図２】 入力画像並びに干渉縞の具体例を示す図であ
る。

【図３】 上記実施形態例における符号化／復号化処理
の具体例を示す図である。

【図４】 本発明における装置の一構成例を示したブロ
ック図である。

【図５】 第２の実施形態における装置の基本的な構成
を示したブロック図である。

【図６】 第２の実施形態における基本的な処理手順を
示すフロー図である。

【図７】 本発明の方法のフレネル投影像を計算する上
での系を説明した図である。

【図８】 本発明の方法のフーリエ変換投影像を計算す
る上での系を説明した図である。

【図９】 フレネル投影像を利用した場合の画像の具体
例を示した図である。

【図１０】 フーリエ変換投影像を利用した場合の具体
的画像例を示した図である。

【図１１】 投影像と画像濃淡値との変換方法を表す図
である。

【図１２】 投影像を光学的に表示するためのシステム
構成ブロックの一実施形態例を示す図である。

【図１３】 第３の実施形態における方法の処理手順を
示したフロー図である。

【図１４】 画像とビット位との関係を示した図であ
る。

【図１５】 画像の画素の配列の一例を示した図であ
る。

【図１６】 図１５に示す各画像の各画素のビット列を
示した図である。

【図１７】 生成された多重化画像の各画素のビット列
を示した図である。

【図１８】 生成された多重化画像の各ビット位におけ
るビットの割り付けを示した図であ。

【図１９】 第３の実施形態における装置の一構成例を
示したブロック図である。

【符号の説明】

１４０１ 干渉縞入力手段 １４０２ 位相／振幅成分分解手段 １４０３ 位相成分圧縮符号化手段 １４０４ 振幅成分圧縮符号化手段 １４０５ 送信手段 １４１１ 受信手段 １４１２ 位相成分復号化手段 １４１３ 振幅成分復号化手段 １４１４ 複素振幅合成手段 １４１５ 表示手段 ２１０ 画像蓄積管理手段 ２１１ 画像変換手段 ２１２ 計算パラメータ決定手段 ２１３ 画像送受信手段 ２１４ 画像表示手段 ５１ 画像入力手段 ５２ フレームメモリ ５３ 画像ビット操作手段 ５４ 画像ビット配分決定手段 ５５ 画像保持手段 ５６ 画像表示手段 ５７ 送受信手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−113339（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 13/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 参照光と物体からの光による干渉縞とし
   て記録した物体の三次元情報を逐次伝送し、受信側で
   は、受信した干渉縞を逐次表示すると共に、再生光を照
   射し、物体を三次元的に表示する画像伝送方法におい
   て、 前記送信側では、 複素数で表現された干渉縞の画像を振幅成分画像と位相
   成分画像に分解する過程と、 前記分解された振幅成分画像には空間周波数の高周波成
   分を削減する処理を施し、前記位相成分画像には階調変
   換処理を施し、前記各処理後の各画像を圧縮符号化処理
   する過程と、 前記圧縮符号化された２つの成分の画像データを別々に
   伝送する過程と、を有し、 前記受信側では、 前記別々に伝送された２つの成分の画像データを受信す
   る過程と、 前記受信した画像データを振幅成分画像と位相成分画像
   に逐次復号する過程と、 前記復号された振幅成分画像と位相成分画像を再度複素
   成分に合成して表示する過程と、を有することを特徴と
   する位相振幅分解処理による画像伝送方法。
2. 【請求項２】 前記伝送する過程では、 前記干渉縞の画像の種類に応じて、位相成分と振幅成分
   の前記各画像データの伝送順序または伝送周期を変更す
   ることを特徴とする請求項１に記載の位相振幅分解処理
   による画像伝送方法。
3. 【請求項３】 三次元物体に参照光を照射し、物体から
   の光による干渉縞として記録した情報を逐次伝送し、受
   信側では、受信した干渉縞を逐次表示すると共に、この
   干渉縞に再生光を照射し、物体を立体的に表示する画像
   伝送装置において、 前記送信側は、 複素振幅の干渉縞の画像を入力する手段と、 前記干渉縞の画像を位相成分画像と振幅成分画像に分解
   する手段と、 前記分解された振幅成分画像に空間周波数の高周波成分
   を削除する処理を施す画像処理する手段と、 前記分解された位相成分画像に階調変換処理を施す画像
   処理する手段と、 前記画像処理された各成分画像を圧縮符号化処理する手
   段と、を備え、 前記受信側は、 前記圧縮符号化された各画像データを位相成分画像と振
   幅成分画像に復号化処理する手段と、 前記復号化された位相成分画像と振幅成分画像を複素振
   幅の画像に合成する手段と、を備えることを特徴とする
   位相振幅分解処理による画像伝送装置。
4. 【請求項４】 参照光と物体からの光による干渉縞とし
   て記録した物体の三次元情報を逐次伝送し、受信側で
   は、受信した干渉縞を逐次表示すると共に、再生光を照
   射し、物体を三次元的に表示する画像伝送プログラムを
   記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっ
   て、 前記送信側用の画像伝送プログラムは、 複素数で表現された干渉縞の画像を振幅成分画像と位相
   成分画像に分解する手順と、 前記分解された振幅成分画像には空間周波数の高周波成
   分を削除する処理を施し、前記位相成分画像には階調変
   換処理を施し、前記各処理後の各画像を圧縮符号化処理
   する手順と、 前記圧縮符号化された２つの成分の画像データを別々に
   伝送する手順と、をコンピュータに実行させ、 前記受信側用の画像伝送プログラムでは、 前記別々に伝送された２つの成分の画像データを受信す
   る手順と、 前記受信した画像データを振幅成分画像と位相成分画像
   に逐次復号する手順と、 前記復号された振幅成分画像と位相成分画像を再度複素
   成分に合成して表示する手順と、をコンピュータに実行
   させる 画像伝送プログラムを記録した記録媒体。
5. 【請求項５】 前記伝送する手順では、 前記干渉縞の画像の種類に応じて、位相成分と振幅成分
   の前記各画像データの伝送順序または伝送周期を変更す
   ることを特徴とする請求項４に記載の画像伝送プログラ
   ムを記録した記録媒体。