JP4129263B2 - Ｈｄｄｓシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法 - Google Patents

Description

本発明はＨＤＤＳ（Holographic Digital Data Storage）システムに関し、より詳しくは、ＨＤＤＳシステムにおいて、１：１ピクセルマッチング信号処理によりホログラフィック格納媒体に記録されているページ単位の情報イメージをＣＣＤにより検出するとき、ＣＣＤピクセル非マッチングを補償するイメージ補正方法に関する。

通常、ＨＤＤＳシステムは、データ記録／再生の原理上、体積ホログラムの原理を用いるページ向けのメモリ（Page-oriented Memory）であって、入出力方式として、並列データ処理方式を用いて入出力速度を１Ｇｂｐｓ以上に超高速化させることができ、且つ、機械的な駆動部を取り除いたシステムの構成が可能であるため、データへの接近時間も１００μｓ以下に極めて迅速に実現することができるなどの理由から、次世代メモリとして脚光を浴びている。

一方、上述のＨＤＤＳシステムでは、再生の際、格納媒体に記録されているページ単位の情報イメージをＣＣＤにより検出してデコーディングすることになり、格納媒体で再生されるページ単位のイメージデータ、すなわち、２進ピクセルデータを元のデータにデコーディングするために、ＣＣＤなどにより、１：１ピクセルマッチングの信号処理を実施している。すなわち、格納媒体で再生されるイメージのピクセルとＣＣＤアレイのピクセルを１：１にマッチングさせることにより、元のピクセルデータを復元している。

しかし、上記のような１：１ピクセルマッチングを適用するシフトマルチプレクシング方式のシステムでは、データピクセルとＣＣＤピクセルとの間の非マッチング（misalignment）がＣＣＤピクセルの大きさの約１／２に達する場合、ＣＣＤアレイで検出されるデータに深刻な劣化が発生する問題点があった。

これを解決するために、従来、ＩＢＭのＢｕｒｒが提案した方法として、光学的なモデルに基づいて光学モデルの逆変換を用いて、ＳＬＭのオン、オフレベルを逆計算することにより、非マッチングされたピクセルを補正する方法が提案されている。Ｂｕｒｒにより提案された方法では、ＰＳＦ（point spread function）をｓｉｎｃ関数に仮定すると、ＳＬＭ（fill factor：ff_s）を通過する光学場ｈ（ｘ）は、フーリエ・トランスフォーム・アパーチャーの幅をＤ、ナイキスト・アパーチャーの幅をＤ_Ｎにしたとき、下記数式３のように示すことができる。

このとき、ＳＬＭから伝送される信号の強さを、図１に示すように、ｐ_０、ｐ_１、ｐ_２とし、且つ、ＰＳＦがピクセルピッチ以上にビームを拡散しないと仮定すると、図１中で、例えば、ＣＣＤ検出部で検出する光学場ｒ_２は、ｐ_１、ｐ_２によりのみ影響を受けることになるため、このとき、ｒ_２は下記数式４のように示すことができる。

このとき、ｆｆ_ｄは検出器のフィルファクタである。従って、上記数式４をまとめると、下記数式５のように３つの項に示される。

このとき、Ｈ_００、Ｈ_０１、Ｈ_１１は、検出器ピクセルで検出される光学場の値であって、上記のような光学モデルを用いると、ｐ_１を得る場合、ｐ_２は下記の数式６でのように求められる。すなわち、検出器で検出される光学場の値により、逆にｐ_０、ｐ_１、ｐ_２のＳＬＭのオン、オフレベルを逆計算することができることにより、再生の際にピクセル非マッチングが発生しても、検出器で検出されるイメージの補正が可能になる。

しかし、上述のようなＢｕｒｒの光学モデルを用いるピクセル非マッチングイメージ補正方法では、検出器ピクセルから検知される光学場の値を用いてＳＬＭ通過時の元の信号のインテンシティ値を計算するのにかなり長い時間がかかり、イメージデータの処理速度が遅くなる問題点があった。

一方、上記のような１：１ピクセルマッチングを適用するとき、ＣＣＤアレイで検出されたデータに深刻な劣化が発生する問題点を解決するための他の方法として、格納媒体で再生されるイメージのピクセル１つをＣＣＤアレイのピクセル９個でオーバーサンプリングを行い、その内の真ん中の１つのピクセルデータのみを元のデータとして復元するオーバーサンプリング方法が提案されている。これは、上記のＢｕｒｒの光学的なモデリング方法よりは、計算量が少なくて済み、且つ、比較的に正確なデータの復元が可能であるとの利点があるが、再生の際に元のイメージデータのオーバーサンプリングを行う必要があることにより、ＣＣＤアレイの大きさが大きくなる問題点があった。

米国特許第６，６９７，３１６号

したがって、本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ＨＤＤＳシステムにおいて、１：１ピクセルマッチング信号処理により、ホログラフィック格納媒体に記録されているページ単位の情報イメージをＣＣＤにより検出するとき、ＣＣＤピクセル非マッチングを補償するイメージ補正方法を提供することにある。

前記のような目的を達成するために本発明は、ＨＤＤＳシステムにおいて、再生の際のピクセル非マッチングを補償するイメージ補正方法であって、（ａ）再生の際、格納されているページ単位のイメージをＣＣＤを用いてデータピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の１：１ピクセルマッチングにより検出するステップと、（ｂ）前記１：１ピクセルにおいて、ピクセル非マッチングが発生する場合、データピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチング量δ（０≦δ＜１）を算出するステップと、（ｃ）前記算出された非マッチング量に応じるＣＣＤ検出ピクセルに対する隣接ピクセルの干渉影響を算出し、ＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正するステップと、（ｄ）前記非マッチング量に応じる非マッチングの影響を補償し、ＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正するステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、ＨＤＤＳシステムにおいて、１：１ピクセルマッチング信号処理により、ホログラフィック格納媒体に記録されているページ単位の情報イメージをＣＣＤにより検出するときにＣＣＤピクセル非マッチングを補償するイメージ補正方法であって、データピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチング量に応じるＣＣＤ検出隣接ピクセルにおける干渉影響をルックアップテーブルとして予め格納しておき、再生の際に、データピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチング量に対応するルックアップテーブルの隣接ピクセルの干渉影響の値を用いてＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正することにより、非マッチングに応じるイメージ補償の信号処理時間を減らし、より信頼性のあるデータのデコーディングを可能にする。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図２では、本発明の実施例が適用されるＨＤＤＳシステムのブロック構成を示す。以下、図２を参照して、ＨＤＤＳシステムにおけるホログラフィックデータ記録／再生の動作を詳述する。

まず、ビームスプリッタ２０２では、光源２００から入射されるレーザービームを参照光と物体光（object beam）に分岐する。ここで、分岐される垂直偏光の参照光は、参照光処理経路Ｓ１に沿って提供され、分岐される物体光は、物体光処理経路Ｓ２に沿って提供される。また、参照光処理径路Ｓ１上では、シャッター２０４、反射鏡２０６が参照光の出射方向に沿って設けられており、このような光伝達経路を介して、参照光処理経路Ｓ１では、ホログラフィックデータの記録又は再生に必要な参照光を予め定められた所定の偏向角で反射させて、格納媒体２１６に提供する。

言い換えれば、ビームスプリッタ２０２から分岐されて、シャッター２０４の開口を介して入射される垂直偏向の参照光は、光学レンズ（図示せず）などにより調整され、任意の大きさに拡張（すなわち、後述する物体光処理経路Ｓ２で、図示しないビームエキスパンダーにより拡張される物体光の大きさをカバーするのに十分な程度の大きさに拡張）され、反射鏡２０６により予め定められた所定の角度、例えば、記録時の記録角又は再生のために予め定められた再生角に偏向された後、格納媒体２１６に入射される。ここで、記録又は再生の際に用いられる参照光は、各ページ単位の２進データを格納媒体２１６に記録する毎に、反射鏡２０６を回転させることにより、その偏向角度θを変化させる方法で制御されており、このような参照光の偏向技法により、数百〜数千ページのホログラフィックデータを格納媒体２１６に格納するか、或いは、格納されているホログラフィックデータを格納媒体から再生することができる。

一方、物体光処理経路Ｓ２上では、シャッター２１０、反射鏡２１２及び空間光変調器２１４が物体光の出射方向に沿って順次設けられる。シャッター２１０は、記録モードの際は、開放状態を保持し、再生モードの際は、遮断状態を保持する。ビームスプリッタ２０２から分岐されて、シャッター２１０の開口を介して入射される物体光は、反射鏡２１２により所定の偏向角で反射された後、空間光変調器２１４に伝達される。

次に、反射鏡２１２から伝達される物体光は、データコーディング部２２４から提供される入力データに応じて、空間光変調器２１４で、複数のピクセルがなす明暗の２進データの１ページ単位の物体光に変調（一例として、入力データが映像の１フレーム単位からなる画像データであるとき、空間光変調器２１４に入射される物体光は、１フレーム単位の物体光に変調）された後、参照光処理経路Ｓ１の反射鏡２０６から入射される参照光と同期して、格納媒体２１６に入射される。従って、格納媒体２１６では、記録モードの際、空間光変調器２１４から提供される２進データのページ単位に変調された物体光と、これに対応する偏向角度θで反射鏡２０６から入射される記録用の参照光との間の干渉により得られる干渉縞が記録される。すなわち、変調された物体光と参照光との間の干渉により得られる干渉縞の強度に応じて、格納媒体２１６の内部で運動電荷の光誘導現象が発生し、このような過程を通して、格納媒体２１６に３次元像ホログラフィックデータの干渉縞が記録される。

また、格納媒体２１６に記録されているホログラフィックデータを再生する場合は、物体光処理経路Ｓ２側のシャッター２１０は遮断状態になり、参照光処理経路Ｓ１側のシャッター２０４は開放状態になる。すると、ビームスプリッタ２０２から分岐される参照光（再生用の参照光）は、反射鏡２０６により反射されて、格納媒体２１６に照射され、その結果、格納媒体２１６では、記録されている干渉縞が入射される再生用の参照光を回折させることにより、元のピクセル明暗から構成される一ページの２進データに復調させ、復調された再生出力は、ＣＣＤ２１８に照射される。これにより、ＣＣＤ２１８では、格納媒体２１６から照射される再生出力が元のデータ、すなわち、電気信号に復元される。ここで、復元された再生信号は、データデコーディング部２２０を介して再生出力される。

一方、前記デコーディング部２２０では、再生の際にオーバーサンプリングを行わず、本発明の実施例により１：１ピクセルマッチングでデータを復元する。このとき、１：１ピクセルマッチングの信号処理の過程中、データピクセルとＣＣＤピクセルとの間の非マッチングによるデータの劣化を補償するために、ＣＣＤアレイで検出されるデータピクセルの非マッチングの移動量を計算し、ＣＣＤピクセルで測定されたインテンシティ値及びピクセル非マッチングによる隣接ピクセルの干渉を考慮して再生されたイメージの補正を行うことになる。

以下、デコーディング部２２０での動作をより詳細に述べる。まず、ＳＬＭ、フーリエ・トランスフォーム・アパーチャーＤと、ナイキスト・アパーチャーＤ_Ｎを介してＣＣＤで検出される１つのオンピクセルは、Ｂｕｒｒの光学的なモデルでのように、前記数式３のようにモデリングされる。

すなわち、ＣＣＤ検出ピクセルでの光学場は、非マッチングが生じない場合、図３のように示される。図３において、Ｉ^Ｓ（０）は、ＣＣＤ検出ピクセルで露出時間中の前記数式３の光学場ｈ（ｘ）を積分した値であり、このように１つのオンピクセルが存在する場合、δだけの非マッチングが発生すれば、図４に示すように、光学場が移動して、オンピクセルの隣接ＣＣＤ検出ピクセルに影響を与えることになる。

従って、図４に示すように、Ｉ^Ｓ（δ）はδだけの非マッチングが生じた場合、該当ＣＣＤ検出ピクセルで検出されるインテンシティを示し、Ｉ^Ｓ _Ｐ（δ）は、δだけの非マッチングにより隣接ＣＣＤ検出ピクセルに追加されるインテンシティを示すことになる。このとき、図５に示すように、隣接するピクセルに他のオンピクセルがある場合、ホログラフィック格納装置に用いられる光が干渉を起こすビームであるため、隣接する更に他のオンピクセルにより干渉を受けることになる。

すなわち、図５中のＩ（δ）は、単純にＩ^Ｓ _Ｐ（δ）＋Ｉ^Ｓ（δ）で求めた値とは異なる値になる。これは、隣接するオンピクセルにより光学場５０１が光学場５０２と干渉を起こしたからである。そこで、このような隣接するピクセルの光学場による干渉影響をＩ_ｉｎｔ（δ）で表現すると、Ｉ（δ）は、下記数式７のように示すことができる。

ここで、αは、隣接ピクセルがオフである場合は０であり、隣接ピクセルがオンである場合は１である。

従って、現在、ＣＣＤデコーディング部２２０で検出した光学場インテンシティから隣接ピクセルの影響を取り除くと、下記数式８のように、１つのオンピクセルが存在する場合、非マッチングがδだけ発生するとき、当該ＣＣＤ検出ピクセルで検出される値、すなわち、Ｉ^Ｓ（δ）を求めることができる。

また、非マッチング量δが分かると、下記数式９でのように、非マッチングの影響を補償することにより、結局ＣＣＤ検出ピクセルで検出されるＩ（δ）値からＩ^Ｓ（０）を計算することができることになる。このとき、Ｉ_ｄｉｆｆ（０、δ）は、非マッチングにより発生するインテンシティに対する影響を示す値であって、簡単な実験で求めることができ、非マッチング量ごとに予め求められて、例えば、ルックアップテーブルとして作成されて、参照できる。

図６は、前記ＨＤＤＳシステムのデコーディング部２２０でなされる再生の際のピクセル非マッチングイメージを補正する動作制御のフローを示す。以下、図６を参照して、本発明の実施例を詳述する。

ＨＤＤＳシステムのデコーディング部２２０は、ホログラフィック格納媒体の再生要求がある場合、ステップＳ６００でこれに応答し、ステップＳ６０２に進行し、ステップＳ６０２でホログラフィック格納媒体に記録されているページ単位の情報イメージをＣＣＤにより検出する。
この後、デコーディング部２２０は、ステップＳ６０４において、ホログラフィック格納媒体から再生されるデータピクセルとＣＣＤピクセルとの間の非マッチングが発生する場合、データピクセルとＣＣＤピクセルとの間の非マッチング量（０≦δ＜１）を検出する。これは、上述のように、ＣＣＤ検出ピクセルで検出されるＩ（δ）値から非マッチングの影響を補償してＩ^Ｓ（０）を算出するためである。

次に、デコーディング部２２０は、ステップＳ６０６において、非マッチング量δが０．５ピクセルを超えるか否かを検査し、非マッチングされたイメージのインテンシティ値の補正方向を決定することになる。

このとき、図７Ｂに示すように、ＣＣＤピクセルとデータピクセルとの間の非マッチング量δが０．５ピクセルを超える場合、これはＣＣＤピクセルから左側にデータピクセルが非マッチングされたものと判断する。このとき、ＣＣＤピクセルのIIの方にオンピクセルが存在すると、その影響がIの方のＣＣＤピクセルに及ぶことになり、本発明によるイメージ補正方法の数式７におけるαを決定する隣接ピクセルがIIの方になるため、デコーディング部２２０は、ステップＳ６０６からステップＳ６０８に進行し、ステップＳ６０８でＣＣＤ検出ピクセルの右側方向にイメージ補正を行うことになる。

しかし、これとは異なって、図７Ａに示すように、ＣＣＤピクセルとデータピクセルとの間の非マッチング量δが０．５ピクセルを超えない場合、これはＣＣＤピクセルから右側にデータピクセルが非マッチングされたものと判断する。このとき、非マッチングされたＣＣＤ検出ピクセルIは、IIの方のオンピクセルの影響を受けることができるようになるため、デコーディング部２２０は、ステップＳ６０６からステップＳ６１０に進行し、ステップＳ６１０においてＣＣＤ検出ピクセルの左側方向にイメージ補正を行うことになる。

従って、図８に示すように、データパターンのイメージ再生の際、例えば、０．５ピクセル非マッチングが発生する場合、図９に示すように、ピクセル非マッチングにより、オンピクセルの情報がオフピクセルが検出されるべきＣＣＤピクセルにも影響を及ぼし、データの劣化したイメージが発生する従来の問題点が、上記のような図６中のイメージ補正処理のフローを適用することで解決可能になり、図１０に示すように、元のデータパターンのイメージがそのまま復元できることになる。

上述した実施例では、１次元非マッチングの場合について述べたが、例えば、２次元非マッチングの場合にも、同様な補正方法を水平方向及び垂直方向に適用すれば、イメージの復元が可能である。

以上の内容は本発明の好ましい実施例を例示したものに過ぎないもので、本発明は、請求範囲に開示された本発明の範疇内で多様に変更及び修正可能なものである。

従来のＨＤＤＳシステムにおいて、光学モデリングを用いるイメージ補正処理を示す概念図である。 本発明の実施例が適用されるＨＤＤＳシステムを示す概略ブロック図である。 本発明の実施例によるデータピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチングを示す例示図である。 本発明の実施例によるデータピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチングを示す例示図である。 本発明の実施例によるデータピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチングを示す例示図である。 本発明の実施例によるＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例によるピクセル非マッチング量（δ）に応じるイメージ補正方向設定を示す例示図である。 本発明の実施例によるピクセル非マッチング量（δ）に応じるイメージ補正方向設定を示す例示図である。 本発明の実施例によるホログラフィック格納媒体のオリジナルデータパターン及びＣＣＤにおける復元を示す例示図である。 本発明の実施例によるホログラフィック格納媒体のオリジナルデータパターン及びＣＣＤにおける復元を示す例示図である。 本発明の実施例によるホログラフィック格納媒体のオリジナルデータパターン及びＣＣＤにおける復元を示す例示図である。

符号の説明

２００ 光源
２０２ ビームスプリッタ
２０４、２１０ シャッター
２０６、２１２ 反射鏡
２１４ 空間光変調器
２１６ 格納媒体
２１８ ＣＣＤ
２２０ デコーディング部
２２４ コーディング部
Ｓ１ 参照光処理経路
Ｓ２ 物体光処理経路

Claims (6)

1. ＨＤＤＳシステムにおいて、再生の際のピクセル非マッチングを補償するイメージ補正方法であって、
   （ａ）再生の際、格納されているページ単位のイメージをＣＣＤを用いてデータピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の１：１ピクセルマッチングにより検出するステップと、
   （ｂ）前記１：１ピクセルマッチングにおいて、ピクセル非マッチングが発生する場合、データピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチング量δ（０≦δ＜１）を算出するステップと、
   （ｃ）前記算出された非マッチング量に応じるＣＣＤ検出ピクセルに対する隣接ピクセルの干渉影響を算出し、ＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正するステップと、
   （ｄ）前記非マッチング量に応じる非マッチングの影響を補償し、ＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正するステップとを含むことを特徴とするＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法。
2. 前記（ｃ）のステップは、
   （ｃ１）前記非マッチング量が０．５ピクセルを超える場合、ＣＣＤ検出ピクセルにおける右側方向の隣接ピクセルによる干渉影響を算出し、ＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正するステップと、
   （ｃ２）前記非マッチング量が０．５ピクセル以下である場合、ＣＣＤ検出ピクセルにおける左側方向の隣接ピクセルによる干渉影響を算出し、ＣＣＤ検出ピクセルのイメージデータを補正するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法。
3. 前記ＣＣＤ検出ピクセルにおける隣接ピクセルによる干渉影響を取り除いた、補正されたインテンシティＩ^Ｓ（δ）は、下記数式１により算出されることを特徴とする請求項２に記載のＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法。
   

   

   （式中、αは隣接ピクセルがオフの場合は０で、隣接ピクセルがオンの場合は１であり、
   Ｉ（δ）はＣＣＤ検出ピクセルで検出されたインテンシティ値であり、Ｉ^Ｓ _Ｐ（δ）はδだけ非マッチングされた隣接ＣＣＤ検出ピクセルにより追加されるインテンシティ値であり、Ｉ_ｉｎｔ（δ）はδだけ非マッチングされた隣接ＣＣＤ検出ピクセルによる干渉インテンシティ値である。）
4. 前記ＣＣＤ検出ピクセルにおける隣接ピクセルによる干渉影響は、データピクセルとＣＣＤ検出ピクセル間の非マッチング量ごとに予め求められて、ルックアップテーブルとして格納されることを特徴とする請求項２に記載のＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法。
5. 前記（ｄ）のステップにおいて、
   前記非マッチング量に応じる非マッチングの影響Ｉ_ｄｉｆｆ（０、δ）を補償することは、下記数式２でのようになされることを特徴とする請求項１に記載のＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法。
   

   

   
   （式中、Ｉ^Ｓ（０）は非マッチングが発生しない場合でのデータピクセルとマッチングされたＣＣＤ検出ピクセルの補正されたインテンシティ値であり、Ｉ^Ｓ（δ）は前記ＣＣＤ検出ピクセルにおける隣接ピクセルによる干渉影響を取り除いた補正されたインテンシティ値である。）
6. 前記非マッチング量に応じる非マッチングの影響は、非マッチング量ごとに予め求められて、ルックアップテーブルとして格納されることを特徴とする請求項５に記載のＨＤＤＳシステムにおけるピクセル非マッチングイメージ補正方法。
   

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