JP4541370B2 - Ｓｎｒ測定方法、ｓｎｒ測定装置およびｓｎｒ測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＳＮＲ測定方法、ＳＮＲ測定装置およびＳＮＲ測定プログラムに関し、詳しくは、ホログラムを利用してページデータの記録再生を行う情報記録再生系における信号品質（ＳＮＲ）の測定方法、測定装置および測定プログラムに関するものである。

近年、情報記録において光ディスクなどの光情報記録媒体が普及しつつある。また、より高速・大容量を目指した次世代光情報記録媒体の研究・開発が活発に行われている。

光ディスクの記録容量を高める技術としては、記録再生光の短波長化、記録再生光学系における対物レンズの高ＮＡ化（高開口数化）、記録マークの多値化、あるいは体積ホログラム記録などが挙げられる。中でも体積ホログラム記録は、従来の面内記録だけではなく、媒体の厚み方向へも記録することが可能であり、他の技術に比べて高速化と飛躍的な容量の増大が期待できるため注目を集めつつある。

ホログラムを用いた情報記録方式として、ページデータと称される、白黒２値の画素を２次元配列したデジタル画像情報を一度の光アクセスで記録または再生するようにしたものが知られている。
このようなホログラム記録方式のメリットは、大容量であることのほか、大量の情報（二次元配列された情報）を高速で記録再生し得る点にあり、その高転送レート化故に、大きな期待がかけられている。

以下、図６を用い、ホログラム記録再生装置の仕組みについて、特に近年注目されている角度多重記録方式に係る装置を例にあげて説明する。

図示されないレーザ光源から出射されたコヒーレントなレーザビームはビームスプリッタ等により２系のビームに分岐され、それぞれ信号光（物体光：ビーム１）および参照光（ビーム２）として機能せしめられる。記録すべきページデータのデジタル情報（図７参照）はＳＬＭ（空間光変調器：Spatial Light Modulator）１０１に順次表示される。ＳＬＭ１０１としては、液晶表示パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：Digital Micromirror Device）等のライトバルブが用いられる。ＳＬＭ１０１上の各ピクセルがページデータ上の２値のデジタル情報に応じて光を通過（透過または反射）／遮断することで、空間的に光を変調する。この変調処理により信号光が生成される。信号光はＦＴＬ（フーリエ変換レンズ：Fourier Transform Lens）１０２によって光学的にフーリエ変換されてホログラム記録媒体１０３へ照射される。このとき記録媒体１０３中の信号光（ビーム１）が通過する場所へ、別角度から参照光（ビーム２）を同時に照射すると記録媒体１０３内部の体積中に光の干渉縞が生じ、この縞分布を屈折率分布などの形態で記録媒体１０３の記録領域に転写することによりホログラム記録を行う。そして、異なるページデータをＳＬＭ１０１に表示させつつ、参照光（ビーム２）の記録媒体１０３への入射角度を少しずつ変化させることにより（角度多重方式と称する）、互いに異なるページデータを記録媒体１０３中の同一領域へ多重記録することが可能となり、高密度な情報格納が可能となる。

一方、再生時には、上記の如くして記録した際の参照光（ビーム２）の入射角度と同一角度で、参照光（ビーム２）を記録媒体１０３に入射せしめることにより、同一の記録領域に複数のページデータが多重記録されていても、所望するページデータのみを選択的に取り出し（干渉縞パターンの屈折率変化により光が回折され）、ＦＴＬ（フーリエ変換レンズ：Fourier Transform Lens）１０４を介して、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子等からなる光検出器（撮像素子）１０５にて受光することができる。

なお、記録時においてＳＬＭ１０１に表示されるページデータは計算機１０６のビデオ信号出力部１１４からのビデオ信号によるものであり、また、再生時において光検出器１０５で読み取られたページデータは、計算機１０６内のフレームバッファ１１１に格納され、この後、メインメモリ１１３に逐次展開され、ＣＰＵ１１２あるいはＦＰＧＡなどの専用ハードウエアを用いて信号処理等が行われる。これら各部は、相互に計算機１０６内のバス１１５で接続されておりＣＰＵ１１２によってその動作制御が行われる。

次に、上記ホログラム記録再生装置における信号処理の一般的な流れを図８を用いて説明する。まず記録時においては、記録したいデジタルデータに対し、誤り訂正信号を付加し（２０１）、２：４変調や差分コード等の変調方式により変調し（２０２）、この後、ページデータを構築すべく２次元状に配列し（２０３）、位置検出用のマーカー画像を付加し（２０４）、ＳＬＭ１０１に入力させる（２０５）。

一方、上記ページデータのデータ読取時には、読み取ったページデータを光検出器から出力せしめ（２１１）、該読取りデータに対して、位置検出用のマーカー画像を検出し、この位置情報に基づくページデータのデータ領域を特定して切り出し（２１２）、線形写像による像歪み補正やリサンプリング、画素補間に関する処理を施し（２１３）た後、復調処理（２１４）や誤り訂正処理（２１５）を施してデータの復元を行う。

ところで、ホログラム記録媒体１０３からの再生ページデータの信号品質を調べることにより、記録媒体（記録材料）、多重化方式および変調方式、記録密度の限界、ならびに誤り訂正方式等に関する評価を行うことが可能となり、その結果多くの情報を得ることができる。よって、次世代光情報記録媒体の研究・開発の流れの中で再生ページデータの信号品質を調べることは極めて重要である。

なお、再生ページデータの品質評価基準としてＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：ＳＮ比：信号対雑音比）を定めたとき、ＳＮＲの値が大きい程、信号品質が良いと評価することができる。ページデータは２次元の画像データであるから、一般に画像内の各画素の輝度についてのヒストグラムを作成し、その分布曲線に基づきＳＮＲを算出することが可能である。

そこで、下記非特許文献１では、図９に示す如き、白、黒の２値画像からなる再生ページデータのヒストグラムを用いて、ＳＮＲを算出する手法を開示している。すなわち、白、黒とも再生画像内においてノイズや画素ずれ、ＩＳＩ（Inter-Symbol Interference：シンボル間干渉）等が原因で、そのヒストグラムは双峰性を示すとともに、これらの２つの山が各々所定の分布をもつことになるため、白、黒各々の曲線分布を特定して統計的なパラメータ（指標）である分散σ^２や平均値μ等を各々求め、これらを用いてＳＮＲを算出していた。

すなわち、白信号分布の山と黒信号分布の山が、いずれもガウス分布に近似するものであると仮定し、まず、白信号に相当するガウス分布について、分散σ_１ ^２および平均値μ_１を、次に黒信号に相当するガウス分布について、分散σ_０ ^２および平均値μ_０を、各々次式（１）、（２）を用いて統計的に求める。

ただし、ｉは０または１であり、Ｎ_１とＮ_０はそれぞれ白と黒のサンプル数、ｘは対象となるサンプルの番号、v_１（ｘ）とv_０（ｘ）はそれぞれ白と黒のサンプル番号ｘが持つ画素輝度値である。
そして、上式（１）、（２）を用いて求めた、上記統計的パラメータ（分散σ_１ ^２、平均値μ_１、分散σ_０ ^２、平均値μ_０）を次式（３）に代入し、ＳＮＲを算出するのが一般的であった。

なお、求めたＳＮＲに基づき、２０log(SNR)を計算し、デシベル表示とすることも可能である。

「ホログラム記録を利用した光メモリ技術の課題」 信学技報MR2002-64(2002-12), pp.25-30

上述した例においては比較的信号品質が高い場合のヒストグラムであったので、図９に示すように、分布曲線上において、明確に白と黒の２つの分布を分離することができた。しかしながら、再生されたページデータについて、ヒストグラムを作成してその分布曲線を得た場合、その信号品質によっては、白と黒の２つの分布を、一見して分離することができない場合も多い。信号品質が低く、例えば、図１０に示すように、再生ページデータのヒストグラムによる分布曲線において、白と黒の２つの分布が互いに重なり合っている場合には、各々の統計的パラメータを算出することができず、上記手法によってはＳＮＲの計算が困難であった。

記録前の元ページデータと照合し、各画素輝度が、白によるものなのか黒によるものなのかを判別することにより、２つの山の分布を知ることが可能ではあるが、記録前の元ページデータと照合して白と黒に振り分けることは繁雑であるし、元ページデータが存在しない状況では、このような手法によることはできない。また、記録前の元ページデータと照合できる場合であっても、データ領域を特定して切り出し、線形写像による像歪み補正やリサンプリング、画素補間に関する処理、さらには復調処理等の多くのデータ処理を施した後、各画素が元ページデータ上でどの画素に対応するかを特定した上で、各画素が白分布および黒分布のいずれであることを判別することになるため、データ領域切り出し精度や像歪みの補正具合、さらに採用する画素補間法の種類に応じて、算出されるＳＮＲの値が大きく異なってしまう。この場合の信号処理の流れは、上記図８に示す信号処理の流れと対応し、かつＳＮＲ値を算出する処理２１６を付加してなり、図１１のフローチャートにより表される。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ホログラムに記録されていたページデータを再生する際に、再生データの信号品質が低く、再生ページデータのヒストグラムによる分布曲線について、白と黒の各要素分布が互いに重なり合い、各要素分布を良好に分離することが困難であるような場合においても、記録前の元ページデータを参照することなく再生データのＳＮＲを容易かつ高精度に算出可能なＳＮＲ測定方法、ＳＮＲ測定装置およびＳＮＲ測定プログラムを提供することを目的とするものである。

本発明のＳＮＲ測定方法は、
ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取って得られた各画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成し、
該ヒストグラムにおいて、白信号の分布と黒信号の分布とが重なり合っている場合に、該ヒストグラムが有する２つのピーク位置に各々区分線を設け、高輝度側の該区分線よりも高輝度側の区分を前記白信号のみからなる区分とするとともに、低輝度側の該区分線よりも低輝度側の区分を前記黒信号のみからなる区分とし、
前記白信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _１Ｈ と、前記黒信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _０Ｈ を、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づき求め、
求められた前記総画素数Ｎ _１Ｈ ，Ｎ _０Ｈ を利用して、前記白信号のみからなる区分と、前記黒信号のみからなる区分の各々に係る所定の統計的パラメータを求め、
求められた該所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を測定することを特徴とするものである。

上記本発明のＳＮＲ測定方法は、
前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の高い側から低い側にかけて前記総画素数Ｎ _１Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _１ を求めるとともに、前記白信号の分布の平均値μ _１ および分散σ _１ ^２ を、前記白信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、後記式（５）および（６）によりそれぞれ求め、
前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の低い側から高い側にかけて前記総画素数Ｎ _０Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _０ を求めるとともに、前記黒信号の分布の平均値μ _０ および分散σ _０ ^２ を、前記黒信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、後記式（８）および（９）によりそれぞれ求める、ことが可能である。

また、本発明のＳＮＲ測定装置は、
ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取って得られた各画素データを格納するフレームバッファと、
該フレームバッファに格納された該画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成するとともに、該ヒストグラムにおいて、白信号の分布と黒信号の分布とが重なり合っている場合に、該ヒストグラムが有する２つのピーク位置に各々区分線を設け、高輝度側の該区分線よりも高輝度側の区分を前記白信号のみからなる区分とし、低輝度側の該区分線よりも低輝度側の区分を前記黒信号のみからなる区分とし、該白信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _１Ｈ と、該黒信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _０Ｈ を、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づき求め、求められた前記総画素数Ｎ _１Ｈ ，Ｎ _０Ｈ を利用して、前記白信号のみからなる区分と、前記黒信号のみからなる区分の各々に係る所定の統計的パラメータを求める演算手段と、
前記ヒストグラムを格納しておくメモリと、
求められた前記所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を求めるＳＮＲ算出手段、
とからなることを特徴とするものである。
上記本発明のＳＮＲ測定装置において、
前記演算手段は、
前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の高い側から低い側にかけて前記総画素数Ｎ _１Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _１ を求めるとともに、前記白信号の分布の平均値μ _１ および分散σ _１ ^２ を、前記白信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、後記式（５）および（６）によりそれぞれ求め、
前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の低い側から高い側にかけて前記総画素数Ｎ _０Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _０ を求めるとともに、前記黒信号の分布の平均値μ _０ および分散σ _０ ^２ を、前記黒信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、後記式（８）および（９）によりそれぞれ求める、ものであるとすることが可能である。

さらに、本発明のＳＮＲ測定プログラムは、
ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取った際における、該ページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を測定する処理を、コンピュータにおいて実行せしめる各ステップを備えたＳＮＲ測定プログラムであって、
前記ホログラム記録媒体に記録されているページデータを読み取って得られた各画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、
該ヒストグラムにおいて、白信号の分布と黒信号の分布とが重なり合っている場合に、該ヒストグラムが有する２つのピーク位置に各々区分線を設け、高輝度側の該区分線よりも高輝度側の区分を前記白信号のみからなる区分とするとともに、低輝度側の該区分線よりも低輝度側の区分を前記黒信号のみからなる区分とする信号区分分別ステップと、
前記白信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _１Ｈ と、前記黒信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _０Ｈ を、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づき求め、求められた前記総画素数Ｎ _１Ｈ ，Ｎ _０Ｈ を利用して、前記白信号のみからなる区分と、前記黒信号のみからなる区分の各々に係る所定の統計的パラメータを求めるパラメータ算出ステップと、
算出された該所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲを算出するＳＮＲ算出ステップと、
を備えたことを特徴とするものである。
上記本発明のＳＮＲ測定プログラムにおいて、
前記パラメータ算出ステップは、
前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の高い側から低い側にかけて前記総画素数Ｎ _１Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _１ を求めるとともに、前記白信号の分布の平均値μ _１ および分散σ _１ ^２ を、前記白信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、後記式（５）および（６）によりそれぞれ求めるステップと、
前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の低い側から高い側にかけて前記総画素数Ｎ _０Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _０ を求めるとともに、前記黒信号の分布の平均値μ _０ および分散σ _０ ^２ を、前記黒信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、後記式（８）および（９）によりそれぞれ求めるステップと、を含んでなることが可能である。

本発明のＳＮＲ測定方法、ＳＮＲ測定装置およびＳＮＲ測定プログラムによれば、ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取って得られた各画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成し、該ヒストグラムにおける、同一度数中に含まれる前記白、黒、双方の画像信号情報に係る輝度値を含む全画素データの輝度値に関し、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づいて所定の信号区分に分別するようにしており、そのようにして分別された該所定の信号区分のうち、白信号のみからなる区分と、黒信号のみからなる区分の各々に関する所定の統計的パラメータを求め、求められた該所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を測定するようにしている。

したがって、信号品質が低く、再生ページデータのヒストグラムによる分布曲線において、白と黒の２つの分布が互いに重なり合っているような場合であっても、本発明を用いることによって、各々の統計的パラメータを算出することができ、これによりＳＮＲの計算を容易に行うことができる。

また、本発明を用いた場合には、記録前の元ページデータと照合する等の処理が不要であるから、信号処理の繁雑さを回避でき、元ページデータを常時確保しておく必要がない。

また、本発明を用いた場合には、光検出器によって読み取られたページデータに対し、データ領域を特定して切り出したり、線形写像による像歪み補正やリサンプリング、画素補間に関する処理、さらには復調処理等のデータ処理を施したりすることなく、ページデータのＳＮＲ値を算出することができるので、従来技術のように、データ領域切り出し精度や像歪みの補正具合、さらに採用する画素補間法の種類に応じて、算出されるＳＮＲの値が大きく異なってしまう、等という問題が生ぜず、ＳＮＲの算出精度および信頼性を向上させることができる。

したがって、本発明によれば、ホログラムを利用した情報記録再生技術の研究・開発に統一的な評価指標であるＳＮＲを高い信頼性をもって供することができ、技術発展と実用化に大きく寄与することができる。

次に、本発明の実施形態に係るＳＮＲ測定方法、ＳＮＲ測定装置およびＳＮＲ測定プログラムについて、図面を用いて説明する。

以下、このＳＮＲ測定装置の構成を図１に示す機能的ブロック図を用いて説明する。なお、ＳＮＲ測定装置における被検対象としてのページデータの記録再生に係るホログラム記録再生装置の光学系等の構成は、図６において説明されたものと同様であるので、ここではその説明は省略する。

図１に示すように、このＳＮＲ測定装置７の前段には、光検出器５が設けられており、ＳＮＲ測定装置７は、測定領域の全画素について輝度値v(x)が記憶されるフレームバッファメモリ１１と、輝度値v(x)の分類を行って作成された全信号分布ｎ（v）が記憶されるメモリ１３と、動作プログラム等が格納された記憶部１６と、このフレームバッファメモリ１１とメモリ１３および記憶部１６と接続され、記憶部１６に格納されたプログラムに基づき、フレームバッファメモリ１１内のデータとメモリ１３内のデータについて所定の演算を行い、その結果をＳＮＲ値として出力するＣＰＵ１２を備えており、例えばコンピュータ（電子計算機）の一部により構成されている。

このＳＮＲ測定装置７においてＳＮＲ値を測定する際には、メモリ１３の値が０となるように初期化される。

なお、本発明に係るＳＮＲ測定装置の各構成要件のうち、各画素データを格納するフレームバッファがフレームバッファメモリ１１に対応するものであり、ヒストグラムを生成し、このヒストグラムを格納するメモリが上記メモリ１３に対応するものであり、このヒストグラムを所定の信号区分に分別し、その信号区分毎に所定の統計的パラメータを求める演算手段、およびこれらの統計的パラメータを互いに演算し、読み取られたページデータのＳＮＲ値を求めるＳＮＲ算出手段が、上記記憶部１６に格納されたプログラム、およびＣＰＵ１２によって構成される。なお、上記統計的パラメータである分散、平均値等は、後述する計算式に基づき算出され、最終的には、これらの分散、平均値等の統計的パラメータ値を用いて、ＳＮＲ値を算出する。

また、ＳＮＲ測定処理に関しＣＰＵ１２において実行されるプログラムを格納する記憶部１６は、ハードディスク、フレキシブル磁気ディスク、光ディスク、不揮発性メモリ等の記録担体、および必要とされる場合には、これらの記録担体に記憶されているプログラムを読み出す手段（ＣＰＵ１２を除く）をも含んでなる。記憶部１６から読み出されたプログラムは、ＣＰＵ１２に入力され、このＣＰＵ１２において、ＳＮＲ測定処理の実行に寄与することになる。

次に、本発明の実施形態に係るＳＮＲ測定方法について説明する。
本発明の実施形態に係るＳＮＲ測定方法を請求項に記載された構成要件に即して説明するならば、まず、ホログラム記録媒体に記録されているページデータを読み取って得られた各画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成し、このヒストグラムを、上記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づいて所定の信号区分に分別し、この所定の信号区分のうち、白信号のみからなる区分と、黒信号のみからなる区分の各々に関する所定の統計的パラメータを求め、求められた該所定の統計的パラメータを、互いに演算して、上記読み取られたページデータのＳＮＲ値を算出するものである。

すなわち、図２のフローチャートに示すように、ページデータを構築（２１）し、ページデータに係る信号を、空間変調素子としてのＳＬＭに入力して該ページデータを表示し（２２）、所定のホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体に上記ページデータをホログラム記録し（２３）、一方、上記ページデータの読取時には、光検出器５によってホログラム記録媒体からページデータを読取る（２４）点では、従来技術と略同様である。しかし、本実施形態においては、光検出器５によって読み取られたページデータの像に係る光強度に対して直接ＳＮＲ値を算出する（２５）点、すなわち、データ領域を特定して切り出したり、線形写像による像歪み補正やリサンプリング、画素補間に関する処理、さらには復調処理等のデータ処理を施したりすることなく、ＳＮＲ値を算出する点において、従来技術のものと異なっており、これにより、ＳＮＲ値の算出精度および信頼性を向上させることができる。また、元ページデータが不要という利点もある。

以下、本実施形態の主たる特徴点である、ＳＮＲ値の算出処理（２５）について詳しく説明する。まず、光検出器５によって読み取られたページデータの各画素の輝度値を分類しヒストグラムを作成して図３に示すような全画素についての分布を得る。しかし、図３に示すように、白信号の分布と黒信号の分布が重なり合っているような場合には、分布全体からそのままＳＮＲ値の算出を行うことは困難である。

そこでまず、分布曲線の２つのピークのうち、高輝度側のピーク位置を境界とし、それより高輝度側を区分Ａとする。また、低輝度側のピーク位置を境界とし、それより低輝度側を区分Ｃとする。さらに、区分Ａ、Ｃで挟まれた残りの部分を区分Ｂとする。区分Ｂは白信号の分布と黒信号の分布が重なり合っているため演算に使用せず、区分Ａ、Ｃのみを演算に用いる。

白信号の分布と黒信号の分布はガウス分布と考えられ、区分Ａ、Ｃはそれぞれ白信号の分布と黒信号の分布の片側部分に対応している。ガウス分布の分散σ^２および平均値μを上記各片側部分から各々統計的に求め、ＳＮＲ値を算出する。

以下、上記ＳＮＲ値を算出する手法について、数式を用いてさらに説明する。
ここで、ページデータにおける各画素の輝度値は８ビットから１６ビットで表される離散値であり、精度よくガウス分布の平均値を求めるために、下記の如く、数式を用いた演算処理が行われる。

すなわち、まず、対象とする領域の全画素数をＮとし、白信号の出現確率をｐ_１とする。ここで、区分Ａについて注目すると、ヒストグラムの斜線部分（区分Ａ）の総画素数Ｎ_１Ｈは下式（４）で与えられる。

ここで、ｐ_１は変調方式に依存し、２：４変調方式の場合はｐ_１＝0.25、差分コード方式の場合はｐ_１＝0.5である。次に、ヒストグラムにおいて画素輝度値の高い側から低い側にかけて順に積算してゆき、Ｎ_１Ｈを超えた時点で積算を終了する。

このときの積算値をＭ_１、積算終了したときの輝度値をv'、v'における頻度値をｎ（v'）とすると、白信号のガウス分布全体の平均値μ_１はv'とv'＋１の間の値をとり、次式（５）により得られる（図４（ａ）参照）。

なお、上記平均値μ_１は、区分Ａと区分Ｂの境界線に一致する。
また、画素輝度値vに対する頻度値をｎ（v）、vの最大値をv_ｍａｘとすると、分散σ_１ ^２は下式（６）により得られる。

次に、区分Ｃに注目すると、ヒストグラムのクロスハッチ部分（区分Ｃ）の総画素数Ｎ_０Ｈは下式（７）で与えられる。

次に、ヒストグラムにおいて画素輝度値の低い側から高い側にかけて順に積算してゆき、Ｎ_０Ｈを越えた時点で積算を終了する。
このときの積算値をＭ_０、積算終了したときの輝度値をv"、v"における頻度値をｎ（v"）とすると、黒信号のガウス分布全体の平均値μ_０はv"とv"−１の間の値をとり、次式（８）により得られる（図４（ｂ）参照）。

なお、上記平均値μ_０は区分Ｃと区分Ｂの境界線に一致する。
また、画素輝度値vの最小値をv_minとすると、分散σ_０ ^２は下式（９）により得られる。

この後、下式（１０）を用い、読み取ったページデータのＳＮＲ値を算出する。

以上に説明したＳＮＲ値の計算処理の流れは、図５のフローチャートにより表される。
ここで、図５に示すフローチャートの概略を説明する。

すなわち、まず、読み取られたページデータの各画素の輝度値を分類して図３に示すような全画素についての分布を得、区分Ａにおける白信号分布（図３における斜線部分）の大きさと、区分Ｃにおける黒信号分布（図３におけるクロスハッチ部分）の大きさを算出する。すなわち、対象となる領域の全画素数をＮとし、白信号の出現確率をｐ_１として、図３に示す斜線部分の総画素数Ｎ_１Ｈとクロスハッチ部分の総画素数Ｎ_０Ｈを各々上式（４）と上式（７）を用いて算出する（Ｓ１）。
ここで、変数であるサンプル番号ｘおよび頻度値n(v(x))に、各々１および０を代入しておく（Ｓ２）。

次に、サンプル番号xの画素について輝度値v(x)を参照し、頻度値n(v(x))に１を加算する（Ｓ３）。

この後、サンプル番号ｘが全画素数Ｎよりも小であるか否かが判断される（Ｓ４）。小であると判断されれば、サンプル番号ｘを１だけ増加させて（Ｓ５）、再びステップ３（Ｓ３）の処理を行い、一方、小でないと判断されれば、ステップ６に進み、積算値Ｍ_１に０を、積算開始時の輝度値v'に最大輝度値v_ＭＡＸを代入する（Ｓ６）。

次に、積算値Ｍ_１にn(v')を加算し（Ｓ７）、積算値Ｍ_１が上記斜線部分の総画素数Ｎ_１Ｈよりも大であるか否かが判断される（Ｓ８）。大でないと判断されれば、輝度値v'を１だけ減少させて（Ｓ９）、再びステップ７（Ｓ７）の処理を行い、一方、大であると判断されれば、ステップ１０に進み、上式（５）の演算を行う（Ｓ１０）。

次に、ステップ１１〜ステップ１５の各処理を行うことによって、上式（６）の演算を行う（Ｓ１１〜Ｓ１５）。
続いてステップ１６に進み、積算値Ｍ_０に０を、積算開始時の輝度値v"に最小輝度値v_ＭＩＮを代入する（Ｓ１６）。

次に、積算値Ｍ_０にn(v")を加算し（Ｓ１７）、積算値Ｍ_０が上記クロスハッチ部分の総画素数Ｎ_０Ｈよりも大であるか否かが判断される（Ｓ１８）。大でないと判断されれば、輝度値v"を１だけ増加させて（Ｓ１９）、再びステップ１７（Ｓ１７）の処理を行い、一方、大であると判断されれば、ステップ２０に進み、上式（８）の演算を行う（Ｓ２０）。

次に、ステップ２１〜ステップ２５の各処理を行うことによって、上式（９）の演算を行うことになる（Ｓ２１〜Ｓ２５）。

最後に、上述したようにして求めた、白信号分布曲線の分散σ_１ ^２および平均値μ_１、ならびに黒信号分布曲線の分散σ_０ ^２および平均値μ_０を上式（１０）に代入して、読み取ったページデータのＳＮＲ値を算出する。

なお、本発明のＳＮＲ測定方法、ＳＮＲ測定装置およびＳＮＲ測定プログラムとしては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、ＳＮＲ値を算出する式としては、上式（１０）に替えて種々の算出式を用いることが可能であり、例えば、下式（１１）、（１２）を用いることが可能である。

すなわち、本発明において、ＳＮＲ値を算出する式としては、分布曲線の平均値や分散などの統計的パラメータを使用して良好にＳＮＲ値を算出できるものであれば、用いることが可能である。

さらに、一のページデータの全画素を対象としたＳＮＲ値の算出の他、一のページデータの一部領域を構成する画素を対象としたＳＮＲ値の算出についても、本発明を適用することができることは勿論である。

本発明の実施形態に係るＳＮＲ測定装置の構成を示す概略図 本発明の実施形態に係るＳＮＲ測定方法の概念を説明するためのフローチャート 読み取られたページデータの各画素の輝度値によりヒストグラムを形成した場合における各区分を説明するための図 （ａ）、（ｂ）共に図３の一部を拡大して示す図 本発明の実施形態に係るＳＮＲ測定方法を示すフローチャート 一般的なホログラム記録再生装置の仕組みを簡単に説明するための図 記録すべきページデータのデジタル情報を白黒２値で表した図 ホログラム記録再生装置における信号処理の一般的な流れを示すフローチャート 白、黒の２値画像からなる再生ページデータの画素輝度値に係る、明確な双峰性を示すヒストグラムを表す図 白、黒の２値画像からなる再生ページデータの画素輝度値に係る、明確な双峰性を示さないヒストグラムを表す図 ホログラム記録再生装置における信号処理の一般的な流れを示すフローチャート（ＳＮＲ算出処理を加えたもの）

符号の説明

５、１０５ 光検出器
７ ＳＮＲ測定装置
１１、１１１ フレームバッファメモリ
１２、１１２ ＣＰＵ
１３、１１３ メモリ
１６ 記憶部
１０１ ＳＬＭ（空間光変調器）
１０２、１０４ レンズ（ＦＴＬ：フーリエ変換レンズ）
１０３ 記録媒体
１０６ 計算機（コンピュータ）
１１４ ビデオ信号出力部

Claims (6)

1. ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取って得られた各画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成し、
   該ヒストグラムにおいて、白信号の分布と黒信号の分布とが重なり合っている場合に、該ヒストグラムが有する２つのピーク位置に各々区分線を設け、高輝度側の該区分線よりも高輝度側の区分を前記白信号のみからなる区分とするとともに、低輝度側の該区分線よりも低輝度側の区分を前記黒信号のみからなる区分とし、
   前記白信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _１Ｈ と、前記黒信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _０Ｈ を、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づき求め、
   求められた前記総画素数Ｎ _１Ｈ ，Ｎ _０Ｈ を利用して、前記白信号のみからなる区分と、前記黒信号のみからなる区分の各々に係る所定の統計的パラメータを求め、
   求められた該所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を測定することを特徴とするＳＮＲ測定方法。
2. 前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の高い側から低い側にかけて前記総画素数Ｎ _１Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _１ を求めるとともに、前記白信号の分布の平均値μ _１ および分散σ _１ ^２ を、前記白信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、下式（Ａ）および（Ｂ）によりそれぞれ求め、
   前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の低い側から高い側にかけて前記総画素数Ｎ _０Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _０ を求めるとともに、前記黒信号の分布の平均値μ _０ および分散σ _０ ^２ を、前記黒信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、下式（Ｃ）および（Ｄ）によりそれぞれ求める、ことを特徴とする請求項１記載のＳＮＲ測定方法。
   

   

   

   

   
3. ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取って得られた各画素データを格納するフレームバッファと、
   該フレームバッファに格納された該画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成するとともに、該ヒストグラムにおいて、白信号の分布と黒信号の分布とが重なり合っている場合に、該ヒストグラムが有する２つのピーク位置に各々区分線を設け、高輝度側の該区分線よりも高輝度側の区分を前記白信号のみからなる区分とし、低輝度側の該区分線よりも低輝度側の区分を前記黒信号のみからなる区分とし、該白信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _１Ｈ と、該黒信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _０Ｈ を、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づき求め、求められた前記総画素数Ｎ _１Ｈ ，Ｎ _０Ｈ を利用して、前記白信号のみからなる区分と、前記黒信号のみからなる区分の各々に係る所定の統計的パラメータを求める演算手段と、
   前記ヒストグラムを格納しておくメモリと、
   求められた前記所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を求めるＳＮＲ算出手段、
   とからなることを特徴とするＳＮＲ測定装置。
4. 前記演算手段は、
   前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の高い側から低い側にかけて前記総画素数Ｎ _１Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _１ を求めるとともに、前記白信号の分布の平均値μ _１ および分散σ _１ ^２ を、前記白信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、下式（Ａ）および（Ｂ）によりそれぞれ求め、
   前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の低い側から高い側にかけて前記総画素数Ｎ _０Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _０ を求めるとともに、前記黒信号の分布の平均値μ _０ および分散σ _０ ^２ を、前記黒信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、下式（Ｃ）および（Ｄ）によりそれぞれ求める、ものであることを特徴とする請求項３記載のＳＮＲ測定装置。
   

   

   

   

   
5. ホログラム記録媒体に記録されている、白、黒２値の画像信号情報からなるページデータを読み取った際における、該ページデータのＳＮＲ（ＳＮ比）を測定する処理を、コンピュータにおいて実行せしめる各ステップを備えたＳＮＲ測定プログラムであって、
   前記ホログラム記録媒体に記録されているページデータを読み取って得られた各画素データの輝度値に基づきヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、
   該ヒストグラムにおいて、白信号の分布と黒信号の分布とが重なり合っている場合に、該ヒストグラムが有する２つのピーク位置に各々区分線を設け、高輝度側の該区分線よりも高輝度側の区分を前記白信号のみからなる区分とするとともに、低輝度側の該区分線よりも低輝度側の区分を前記黒信号のみからなる区分とする信号区分分別ステップと、
   前記白信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _１Ｈ と、前記黒信号のみからなる区分に含まれる総画素数Ｎ _０Ｈ を、前記ページデータの記録変調方式に応じて決定される信号出現確率に基づき求め、求められた前記総画素数Ｎ _１Ｈ ，Ｎ _０Ｈ を利用して、前記白信号のみからなる区分と、前記黒信号のみからなる区分の各々に係る所定の統計的パラメータを求めるパラメータ算出ステップと、
   算出された該所定の統計的パラメータを、互いに演算して、前記読み取られたページデータのＳＮＲを算出するＳＮＲ算出ステップと、
   を備えたことを特徴とするＳＮＲ測定プログラム。
6. 前記パラメータ算出ステップは、
   前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の高い側から低い側にかけて前記総画素数Ｎ _１Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _１ を求めるとともに、前記白信号の分布の平均値μ _１ および分散σ _１ ^２ を、前記白信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、下式（Ａ）および（Ｂ）によりそれぞれ求めるステップと、
   前記ヒストグラムにおいて、画素輝度値の低い側から高い側にかけて前記総画素数Ｎ _０Ｈ を超える時点までの画素数を積算したときの積算値Ｍ _０ を求めるとともに、前記黒信号の分布の平均値μ _０ および分散σ _０ ^２ を、前記黒信号のみからなる区分に係る前記所定の統計的パラメータとして、下式（Ｃ）および（Ｄ）によりそれぞれ求めるステップと、を含んでなることを特徴とする請求項５記載のＳＮＲ測定プログラム。
   

   

   

   

   

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