JP4664354B2 - マーカ選択方法、マーカ選択装置、マーカ、ホログラム記録装置及び方法、ホログラム再生装置及び方法、並びにコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録再生を行う際に用いられるマーカを選択するマーカ選択方法及びマーカ選択装置、ホログラム記録再生を行う際に用いられるマーカ、ホログラフィック記録媒体に対して情報の記録を行うホログラム記録装置及び方法、ホログラフィック記録媒体に対して情報の再生を行うホログラム再生装置及び方法、並びにこのようなホログラム記録装置又はホログラム再生装置に用いられるコンピュータプログラムに関する。

記録すべき情報を干渉縞としてホログラフィック記録媒体（以下、単に「記録媒体」とも呼ぶ。）に記録するホログラム記録技術が知られている。１つの方法では、記録すべき情報により光源からの光を空間変調して物体光を生成し、その物体光と参照光を記録媒体に照射する。物体光と参照光とが記録媒体上で干渉することで干渉縞が形成され、その干渉縞が記録画像として記録媒体の記録層に記録される。この際、記録画像は、該記録画像の位置の基準となるマーカが付加されて記録媒体上に記録される。

一方、再生時には、記録媒体に記録された記録部に参照光のみを照射し、記録媒体からの検出光を２次元センサにより検出して情報を再生する。この際、再生された画像の位置を検出するべく、テンプレートマッチング処理が行われる。テンプレートマッチング処理では、マーカと同じテンプレート画像を、再生された記録画像（即ち、再生画像）内の候補点領域全体に渡って１画素ずつずらしながら、夫々の位置においてテンプレート画像と再生画像との相関値を算出し、相関値が最大となる座標位置が求められる。

特許文献１には、ホログラム記録技術の基本的な原理が開示されており、特に情報の変調方式が開示されている。また、特許文献２には、半導体露光装置における位置合せのためのマーカではあるが、黒いラインで周囲が白いマーカないしは白と黒のストライブ状のラインを含むマーカが開示されている。また、特許文献３には、記録画像の四隅に、正方形上の白画素により構成されるマーカを付加する構成が開示されている。

特開２００１−７５４６３号公報 特開２００３−９２２４６号公報 特開２０００−１２２０１２号公報

しかしながら、記録画像中に付加されるマーカと記録画像中に含まれる本来の情報データとの区別を明確にしなければ、テンプレートマッチング処理の際に、マーカではない部分において相関値が最大となってしまう恐れがある。これでは、マーカの正確な位置を検出することができず、結果として記録画像の位置を検出することができない。

このため、記録画像中に付加されるマーカと、記録画像中に含まれる本来の情報データとを空間的なスペースを設けて、明確に分離する対策が考えられる。しかしながら、分離のためのスペースが無駄な領域となってしまい、結果としてデータを記録するための記録容量が減少してしまうという技術的な問題点を有している。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、記録画像中の情報データと明確に区別可能なマーカを意図的に選択する方法及び装置、そのようなマーカ選択方法により選択されたマーカ、そのようなマーカをあらかじめ選択し用いるホログラム記録装置及び方法、そのようなマーカを用いるホログラム再生装置及び方法、並びにコンピュータを実行させるコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

（マーカ選択方法）
本発明のマーカ選択方法は上記課題を解決するために、ホログラフィック記録媒体に記録される情報データを規定の変調規則に従って２次元的に変調し、変調データを得る２次元変調工程と、前記変調規則に対応し、複数の画素からなるパターンを有する第１マーカを逐次生成するマーカ生成工程と、前記第１マーカのパターンを所定画素ずらしたパターンを有する第２マーカを含む第１検証画像と、前記変調データを含む第２検証画像と、を作成しておき、前記第１検証画像及び前記第２検証画像と、前記第１マーカを示すテンプレート画像と、の相関関係を示す相関値を算出する算出工程と、前記第１検証画像における前記相関値のピークが、前記第２検証画像における前記相関値のピークよりも大きくなるパターンを有する第１マーカを、再生時における前記変調データの位置ずれを補正するための位置の基準を規定するマーカとして選択する選択工程とを備える。

本発明のマーカ選択方法によれば、マーカ生成手段の動作により第１マーカが生成される。この第１マーカは、例えばテンプレートマッチング処理に用いられるマーカであって、情報データを含む記録画像の位置を検出するために用いられる。マーカ生成手段は、ホログラム記録再生における変調規則に対応してマーカを生成する。

本発明では特に、マーカ生成手段の動作により、第１マーカを所定画素ずらした第２マーカを含む第１検証画像と、第１マーカを示すテンプレート画像との相関関係を示す相関値が算出される。第１検証画像には、第１マーカそのものの画像ではなく、所定画素だけ縦方向ないしは横方向等にずれた状態にある第２マーカの画像が含まれている。従って、第１検証画像は、相関値を算出する際のテンプレート画像との位置関係が所定画素ずれた第２マーカを含んでいる。そして、実際の記録に用いられる任意の情報データを含む第２検証画像とテンプレート画像との相関関係を示す相関値が算出される。その後、第１検証画像における相関値のピークが、第２検証画像における相関値のピークよりも大きくなるような第１マーカを意図的に選択する。選択した第１マーカが、実際の記録動作ないしは再生動作の際に用いられる。つまり、実際の記録動作ないしは再生動作の際には、選択した第１マーカを示すマーカ画像が生成され、２次元変調手段の動作により、情報データを含む変調データとともに、ホログラム記録媒体に記録画像データとして記録される。再生時には、生成したマーカ画像はテンプレート画像として用いられ、記録再生過程における画像歪みを補正するための基準位置の検出に用いられる。

このように、選択手段により、第１検証画像における相関値のピークが、第２検証画像における相関値のピークよりも大きくなるようなマーカが意図的に選択される。言い換えれば、情報データを含む第２検証画像のうち例えばマーカと最も類似する画像部分であっても、第１検証画像ほどにはマーカに類似しないようなマーカが選択される。特に、第１検証画像には、所定画素ずれた第２マーカが含まれているため、その相関値は、本来の画素ズレのない第１マーカとの相関値よりも当然低くなる。このように意図的に相関値が低くなるような位置ずれを想定した状態としても、変調データを含む第２検証画像のうち例えばマーカと最も類似する画像部分における相関値との比較であっても、本来のマーカが存在する位置の方がより高い相関値を有するマーカが選択される。このマーカの選択は、ホログラム記録装置ないしはホログラム再生装置自身が行ってもよいし、或いは予め別個に行われていてもよい。従って、実際のホログラム記録ないしはホログラム再生の際に、情報データを２次元変調した変調データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することが可能となる。これにより、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを空間的にスペースを設けて分離する必要がなくなり、その結果、情報データを記録するための記録容量を好適に確保することができる。つまりは、ホログラフィック記録媒体の記録容量を効率的に使用することが可能となる。

本発明のマーカ選択方法の一態様では、前記第２検証画像には、前記第１マーカの類似パターンが少なくとも一部に配置されており、前記選択工程は、前記第１検証画像における前記相関値のピークが、前記第２検証画像のうち前記類似パターンが配置された部分における前記相関値のピークよりも大きくなるパターンを有する第１マーカを、前記位置の基準を規定するマーカとして選択する。

この態様によれば、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することができるマーカが好適に選択される。従って、上述した各種利益を好適に享受することが可能となる。

この態様では、前記変調規則が異なる場合、前記類似パターンも異なるパターンを生成するように構成してもよい。

このように構成すれば、変調規則に従って、第２検証画像中に類似パターンを好適に配置することができる。

本発明のマーカ選択方法の他の態様は、前記第１検証画像は、前記第１マーカのパターンが前記所定画素として０．５画素ずれたパターンを有する前記第２マーカを含む。

この態様によれば、後の実施例で図面を用いて詳細に説明するように、第１検証画像における相関値を意図的に低くすることができる。この場合であっても、選択されたマーカであれば、第１検証画像における相関値のピークは第２検証画像における相関値のピークよりも大きい。従って、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することができるマーカが選択される。従って、上述した各種利益を好適に享受することができる。

本発明のマーカ選択方法の他の態様は、前記第１検証画像は、前記変調データを再生する際に用いられる受光素子上における画素単位を基準として前記所定画素ずれた第２マーカを含む。

この態様によれば、ホログラム記録装置ないしはホログラム再生装置に実装される受光素子を考慮してマーカが選択される。

本発明のマーカ選択方法の他の態様は、前記第１検証画像は、縦方向及び横方向の夫々に向かって前記所定画素ずれたパターンを有する第２マーカを含む。

この態様によれば、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することができるマーカが好適に選択される。従って、上述した各種利益を好適に享受することが可能となる。

（ホログラム記録装置）
本発明のホログラム記録装置は上記課題を解決するために、上述した本発明のマーカ選択方法（但し、その各種態様を含む）により選択されたマーカを、前記情報データを含む記録画像に付加する付加手段と、前記マーカが付加された前記記録画像を、ホログラフィック記録媒体に記録する記録手段とを備える。

本発明のホログラム記録装置によれば、情報データを含む記録画像との区別が明確なマーカ（マーカ画像）を、記録画像に付加することができる。従って、上述した各種利益を好適に享受することが可能となる。

尚、上述した本発明のマーカ選択方法における各種態様に対応して、本発明に係るホログラム記録装置も各種態様を採ることが可能である。

（ホログラム記録方法）
本発明のホログラム記録方法は上記課題を解決するために、上述した本発明のマーカ選択方法（但し、その各種態様を含む）により選択されたマーカを、前記情報データを含む記録画像に付加する付加工程と、前記マーカが付加された前記記録画像を、ホログラフィック記録媒体に記録する記録工程とを備える。

本発明のホログラム記録方法によれば、上述した本発明のホログラム記録装置が有する各種利益と同様の利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明のホログラム記録装置における各種態様に対応して、本発明に係るホログラム記録方法も各種態様を採ることが可能である。

（ホログラム再生装置）
本発明のホログラム再生装置は上記課題を解決するために、上述した本発明のマーカ選択方法（但し、その各種態様を含む）により選択されたマーカを用いて、ホログラフィック記録媒体に記録された前記情報データを含む記録画像に対してテンプレートマッチング処理を行う処理手段と、前記記録画像中に含まれる前記情報データを再生する再生手段とを備える。

本発明のホログラム再生装置によれば、テンプレートマッチング処理の際に、情報データを含む記録画像とマーカ（マーカ画像）とを明確に区別することができる。従って、上述した各種利益を好適に享受することが可能となる。

尚、上述した本発明のマーカ選択方法における各種態様に対応して、本発明に係るホログラム再生装置も各種態様を採ることが可能である。

（ホログラム再生方法）
本発明のホログラム再生方法は上記課題を解決するために、上述した本発明のマーカ選択方法（但し、その各種態様を含む）により選択されたマーカを用いて、ホログラフィック記録媒体に記録された前記情報データを含む記録画像に対してテンプレートマッチング処理を行う処理工程と、前記記録画像中に含まれる前記情報データを再生する再生工程とを備える。

本発明のホログラム再生方法によれば、上述した本発明のホログラム再生装置が有する各種利益と同様の利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明のホログラム再生装置における各種態様に対応して、本発明に係るホログラム再生方法も各種態様を採ることが可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。

以上説明したように、本発明のマーカ選択方法によれば、マーカ生成工程、算出工程及び選択工程を備える。従って、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することができるマーカが好適に選択される。

また、本発明のホログラム記録装置又は方法によれば、付加手段及び記録手段、又は付加工程及び記録工程を備える。従って、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することができる。

また、本発明のホログラム再生装置又は方法によれば、処理手段及び再生手段、又は処理工程及び再生工程を備える。従って、情報データを含む記録画像とマーカ画像とを明確に区別することができる。

本発明の実施例に係るホログラム記録再生装置の基本構成を示す。 記録データの２次元デジタル変調方式の一の具体例を示す。 記録データの２次元デジタル変調方式の他の具体例を示す。 記録データを再生する際の信号の波形及びそのタイミングを、ピックアップ内の撮像センサと対応付けて概念的に記載するタイミングチャートである。 マーカを含む空間変調画像パターンの一の例を示す。 相関値を算出する際のテンプレート画像と再生画像との関係を概念的に示す平面図である。 マーカを含む空間変調画像パターンの他の例を示す。 マーカ選択処理の基本構成を概念的に示すブロック図である。 マーカ選択処理の動作原理を概略的に示すフローチャートである。 １：２変調方式に準拠するマーカの形状の一の具体例を示す平面図であり、そのマーカにより算出される相関値を示すグラフである。 １：２変調方式に準拠するマーカの形状の他の具体例を示す平面図であり、そのマーカにより算出される相関値を示すグラフである。 マーカの自己相関値を示すグラフである。 ２：４変調方式に準拠するマーカの形状の一の具体例を示す平面図であり、そのマーカにより算出される相関値を示すグラフである。 ２：４変調方式に準拠するマーカの形状の他の具体例を示す平面図であり、そのマーカにより算出される相関値を示すグラフである。 ６：９変調方式に準拠するマーカの形状の一の具体例を示す平面図であり、そのマーカにより算出される相関値を示すグラフである。 ６：９変調方式に準拠するマーカの形状の他の具体例を示す平面図であり、そのマーカにより算出される相関値を示すグラフである。

符号の説明

１ ホログラム記録再生装置。

１０ ピックアップ
２０ 記録処理回路
３０ 再生処理回路
３１ 歪み補正回路
３２ テンプレート処理回路
４０ マーカ選択部
４１ マーカ生成部
４２ 相関値算出部
４３ 比較部
４４ マーカ選択部

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例毎に順に図面に基づいて説明する。 （ホログラム記録再生装置）
初めに、図１から図７を参照して、本実施例に係るホログラム記録再生装置の基本構成並びに基本動作原理について説明する。ここに、図１は、本実施例に係るホログラム記録再生装置の基本構成を示し、図２及び図３は夫々、記録データの２次元デジタル変調方式の一例を示し、図４は、記録データを再生する際の信号の波形及びそのタイミングを、ピックアップ内の撮像センサと対応付けて概念的に記載するタイミングチャートであり、図５は、マーカを含む空間変調画像パターンの一の例を示し、図６は、相関値を算出する際のテンプレート画像と再生画像との関係を概念的に示す平面図であり、図７は、マーカを含む空間変調画像パターンの他の例を示す。

図１に示すように、ホログラム記録再生装置１は、ピックアップ１０と、本発明における「記録手段」ないしは「付加手段」の一具体例を構成する記録処理回路２０と、本発明における「再生手段」ないしは「処理手段」の一具体例を構成する再生処理回路３０とを備える。

ピックアップ１０は、データの記録、再生のためのレーザ光を生成する記録再生用レーザ１１を備える。

記録時においては、記録再生用レーザ１１から出射した光ビームＬｏは、レンズ１２及び１３により構成されるビームエキスパンダによりビーム径が拡大され、空間変調器１４に入力される。空間変調器１４は、例えば液晶素子により構成することができ、格子状に配置された複数の画素を有する。

空間変調器１４に入力される記録画像データを、図1の下部に示す記録処理回路２０の具体例を用いて説明する。記録すべき入力情報データは、２次元変調器２２により２次元デジタル変調され、その結果、２次元変調データが生成される。その後、２次元変調器２２は、生成した２次元変調データを画像合成器２３の一方に入力する。また、あらかじめ選択したマーカをもとに、マーカ生成器２１が位置検出のためのマーカデータを生成し、画像合成器２３の他方へ入力する。画像合成器２３は、変調データと、マーカデータとを、規定の規則に従って配置合成し、記録画像データを得る。記録画像データは白画素と黒画素のパターンであり、そのパターンにより光ビームを空間変調する。

図２に、空間変調器１４による２次元デジタル変調の一例が示される。この例では、図２（ａ）に示すように、記録処理回路２０から出力されるデジタルの記録画像データ、即ち記録媒体１００に記録すべき入力データの「０」と「１」をそれぞれ白画素と黒画素の組み合わせにより表現する。上下方向に白画素、黒画素を並べた配列が入力データ「０」に対応し、上下方向に黒画素、白画素を並べた配列が入力データ「１」に対応する。この例は、１ビットの入力データを２ビット（２画素）の２次元変調データに変換するので、１：２差分変調と呼ばれる。

この変調方式により、入力情報データ「００１０１１０１」を２次元デジタル変換して得られる２次元変調データが図２（ｂ）に出力変調データとして示されている。即ち、この白画素と黒画素として、出力変調データがマーカデータと合成されて空間変調器１４上に表示される。尚、空間変調器１４は、記録処理回路２０の制御を受けて白画素部分ないしは黒画素部分を生成するように駆動し、入力データを２次元の変調画像パターンに変換する。空間変調器１４に入射した光ビームＬｏは、空間変調画像パターンの白画素部分では透過し、黒画素部分では遮断されるため、空間変調器１４から空間変調画像パターンにより光学的に変調された光ビームＬｏが出射される。

なお、上記の例は空間変調の一例であり、本発明の適用は上記の変調方式に限定されるものではない。

例えば、図３（ａ）に示すように、２ビットの入力情報データを４ビットの２次元変調データに変換する、いわゆる２：４変調方式であってもよい。２：４変調方式では、例えば２×２のマトリクス状の画素のうち、左上の画素のみが白画素となる２次元の変調画像パターンが入力データ「００」に対応し、右上の画素のみが白画素となる２次元の変調画像パターンが入力データ「０１」に対応し、左下の画素のみが白画素となる２次元の変調画像パターンが入力データ「１０」に対応し、右下の画素のみが白画素となる２次元変調画像パターンが入力データ「１１」に対応している。

或いは、図３（ｂ）に示すように、６ビットの入力情報データを９ビットの２次元変調データに変換する、いわゆる６：９変調方式であってもよい。６：９変調方式では、例えば３×３のマトリクス状の画素において、３つの白画素の位置に応じて６ビットの入力データが示される。

或いは、入力情報データを２次元の変調画像パターンに変換し、空間変調器を駆動して光束を空間変調することができれば、いかなる２次元デジタル変調方式を用いてもよい。

再び図１において、空間変調器１４により空間変調された光ビームＬｏはハーフミラー１５を通過し、対物レンズ１８により集光されてホログラフィック記録媒体１００に照射される。

記録媒体１００の背後（対物レンズ１８と反対側）にはミラー１９が設けられており、対物レンズ１８により集光された光ビームＬｏは記録媒体１００を透過した後、ミラー１９により反射されて再度記録媒体内に入射する。従って、対物レンズ１８から直接入射した光ビームと、ミラー１９により反射された入射した光ビームとは記録媒体１００内で干渉縞を形成し、これが記録媒体１００に記録される。

ミラー１９により反射されて記録媒体１００に入射した光ビームＬｏは、ハーフミラー１５により反射されて２次元センサ１６により受光される。２次元センサ１６は例えばＣＣＤアレイやＣＭＯＳセンサなどとすることができ、入射光量に応じた電気信号を出力する。

一方、情報再生時においては、空間変調器１４は、記録処理回路２０の制御を受けて無変調状態（即ち、全光透過状態）に制御される。よって、記録再生用レーザ１１から出射された光ビームＬｏは空間変調器１４により変調されることなく、ハーフミラー１５、対物レンズ１８を通り、記録媒体１００に照射される。この光が再生用参照光となる。記録媒体１００内では、再生用参照光と記録媒体１００に記録された干渉縞により検出光が発生し、これが対物レンズ１８を通過し、ハーフミラー１５で反射されて２次元センサ１６に入射する。こうして、２次元センサ１６上には記録時に空間変調器１４により生成された白黒画素の空間変調画像パターンが再生画像パターンとして結像される。再生処理回路３０によってこの空間変調画像パターンが復調されることにより記録された入力情報データに対応する再生データが得られる。

再生処理回路３０は更に、歪み補正回路３１と、テンプレートマッチング処理回路３２とを備えている。

歪み補正回路３１は、再生画像パターンに対して歪み補正を行う。その結果、記録データの１ページを特定する。この際、歪み補正回路３１は歪み補正の一具体例として、例えば幾何補正を行う。幾何補正とは、データの記録時とデータの再生時における画素位置のずれを補正することをいう。

記録時には空間変調器１４から記録媒体１００へ、再生時には記録媒体１００から２次元センサ１６へ光学系を通して画像が転写されることになる。記録時と再生時とで、光学系の倍率違いやひずみ、媒体の収縮など生じるため、記録時における空間変調器１４上の画素の位置と再生時における２次元センサ１６上の画素の位置とを完全に一致させることは不可能に近い。

例えば図４（ａ）に示すように、記録時における空間変調器１４上の画素の位置と再生時における２次元センサ１６上の画素の位置（即ち、各受光素子の位置）とが一致していなければ、２次元センサ１６のある画素に入射すべき検出光が、２次元センサ１６の他の画素に入射してしまう恐れもある。より具体的には、二次元センサ１６の第１受光素子（第１画素）及び第３受光素子（第３画素）に本来入射すべき検出光が、二次元センサ１６の第０受光素子及び第２受光素子の夫々に入射してしまう恐れもある。即ち、画素単位（ピクセル単位）での位置ズレが生ずる恐れがある。その結果、二次元センサの出力は、本来予想されるべき二値データではなく、その結果、検出光を元の記録データへと好適に復調することが困難となる。

或いは、例えば図４（ｂ）に示すように、記録時における空間変調器１４上の画素の位置と再生時における２次元センサ１６上の画素の位置とが一致していなければ、二次元センサ１６の第１受光素子又は第３受光素子に本来入射すべき検出光が、二次元センサ１６の第１受光素子及び第２受光素子に跨って、又は第３受光素子及び第４受光素子に跨って入射してしまう恐れもある。即ち、サブピクセル単位での位置ズレが生ずる恐れがある。その結果、二次元センサの出力は、本来の二値データではなく、段階的な多値データとなってしまう。これでは、元の記録データに復調することが困難となる。

このような事態を防ぐべく、歪み補正回路３１は、再生画像パターンに含まれる各画素位置を補正する。より具体的には、空間変調器１４上における本来のマーカの位置と再生画像パターンにおいて検出されるマーカの位置とのずれに基づいて、再生画像パターンに含まれる各画素位置を補正する。このため、記録時には、記録処理回路２０の制御の下に、空間変調画像パターンの位置の基準となるマーカを、該空間変調画像パターンに付加した状態でデータが記録される。マーカとは、記録媒体１００に記録された記録データの１単位（１ページ）を識別するための情報であり、通常は所定の形状の画像部分として構成される。マーカが予め付加された記録画像パターンが記録媒体１００上に記録される。

具体的には、マーカは空間変調器１４に表示される空間変調画像パターンに付加される。図５に、マーカを含む空間変調画像パターンの例を示す。図５の例では、空間変調器１４の表示領域内の略中央に空間変調画像パターン５０が表示されている。また、空間変調画像パターン５０の外側であって、空間変調器１４の表示領域内の四隅にＴ字型のマーカ５２が表示されている。空間変調器１４は、記録処理回路２０から受け取った入力データを前述のように空間変調して空間変調画像パターン５０を生成し、図５に示すように空間変調器１４の表示領域内に表示する。さらに、空間変調器１４は、予め決められているマーカ５２を表示領域の所定位置に表示する。こうして、図５に模式的に示すように、空間変調画像パターン５０とマーカ５２とを含む表示画像パターン５４が空間変調器１４の表示領域に表示される。

テンプレートマッチング処理回路３２は、再生画像パターンに対する歪み補正のために、再生画像の位置ズレを検出する。位置ズレの検出のために、テンプレートマッチング処理回路３２は、テンプレートマッチング処理を行う。

データの再生時において、２次元センサ１６が出力する再生画像パターンは、記録時に空間変調器１４に表示された表示画像パターン５４に対応するデジタル値を有している。よって、マーカの位置を検出することにより、記録データの１ページを抽出する。このマーカ位置の検出が、再生画像パターンとマーカを構成する画像パターン（後述のテンプレート画像）とのテンプレートマッチングを行うことで行われる。テンプレートマッチングの例を図６に示す。図６において、再生画像パターン６１は記録時に空間変調器１４に表示された表示画像パターン５４に対応する（但し、図示の便宜上、再生画像パターンの領域のみを示し、該再生画像パターン自身の内容は図示を省略している）。これに対し、テンプレート画像６２は記録時に使用したマーカ５２に対応する画像パターンである。テンプレートマッチング処理では、図６に示すように、再生画像パターン６１上でテンプレート画像６２をＸ方向及びＹ方向に移動し、両者の相関値を算出する。相関値が最大となる点が、再生画像パターン６１上におけるマーカ５２に対応する画像部分の座標となる。

このとき、再生画像パターン６１上におけるマーカ５２に対応する画像部分の座標をより好適に検出するためには、再生画像パターン６１とマーカ５２とが明確に区別できることが好ましい。即ち、再生画像パターン６１中にマーカ５２が紛れ込んで区別できなくならないことが好ましい。このため、例えば図７に示すように、記録時に、空間変調画像パターン５０とマーカ５２とを空間的にスペースを設けて配置する手法が考えられる。しかしながら、これでは、空間変調画像パターン５０を配置するスペースが相対的に小さくなってしまう。言い換えれば、空間変調画像パターン５０もマーカ５２も配置されない無駄なスペースが増加してしまう。この結果、記録媒体１００におけるデータを記録するための容量が相対的に減少してしまうという問題点を含む。

従って、本実施例に係るホログラム記録再生装置１は、以下に説明するあらかじめ規定の選択規則に従って選択されたマーカ５２を用いて、記録媒体１００におけるデータを記録するための容量を減少させることなく、空間パターン６１とマーカ５２とが明確に区別することができる。

以下、マーカの選択処理についての説明を進める。

（マーカ選択処理）
続いて、図８から図１６を参照しながら、本実施例に係るマーカの選択処理について説明する。

（１）基本構成
初めに、図８を参照して、ホログラム記録再生装置に用いるマーカをあらかじめ選択するための基本構成を説明する。ここに、図８は、ホログラム記録再生装置に用いるマーカをあらかじめ選択するための基本構成を概念的に示すブロック図である。尚、係るブロック図は、主としてコンピュータ上で実現される各機能を概念的に示すものである。係るブロック図により示される構成を、上述のホログラム記録再生装置１自身が有するように構成してもよいし、或いは、上述のホログラム記録再生装置１とは別個に構成するように構成してもよい。

マーカを選択するための構成（ここでは、説明の便宜上“マーカ選択部４０”と称する）は、バス４５により夫々接続されている、マーカ生成部４１と、相関値算出部４２と、比較部４３と、マーカ選択部４４とを備えている。

マーカ生成部４１は、本発明に係る「第１マーカ」の一例としての、マーカ５２を生成可能に構成されている。特に、入力データの変調方式に合わせたマーカ５２を生成可能に構成されている。例えば、入力データが１：２変調方式により変調される場合は、１：２変調方式に対応した候補としてマーカ５２が逐次生成され、入力データが２：４変調方式により変調される場合は、２：４変調方式に対応した候補としてマーカ５２が逐次生成され、入力データが６：９変調方式により変調される場合は、６：９変調方式に対応した候補としてマーカ５２が逐次生成される。

相関値算出部４２は、マーカ生成部４１により逐次生成されたマーカ５２を示すテンプレート画像６２と、２次元変調画像パターンのうち、マーカ５２のパターンをＸ方向及びＹ方向の夫々に０．５画素ずらしたパターンを有するマーカ（本発明に係る「第２マーカ」に相当；以降、適宜“第２マーカ”と称する）が配置された画像部分（本発明に係る「第１検証画像」に相当；以降、適宜“第１検証画像”と称する）と、の相関値を逐次算出可能に構成されている。言い換えれば、相関値算出部４２は、テンプレート画像６２と、２次元変調画像パターンのうち、テンプレート画像６２により示されるパターン（即ち、マーカ５２のパターン）との位置関係がＸ方向及びＹ方向の夫々に０．５画素ずれたパターンを有するマーカが配置された画像部分と、の相関値を算出可能に構成されている。この第１検証画像は、入力データの変調方式の変調規則に従っている。更に、２次元変調画像パターンは、入力データの変調方式の変調規則に従って変調されたパターン同士が適宜配置され組み合わされることにより生成されたパターンのうち、マーカ５２のパターンと最も類似するパターン（以降、適宜“最大類似変調パターン”と称する）が配置された画像部分（本発明に係る「第２検証画像」に相当；以降、適宜“第２検証画像”と称する）を含んでいる（図１０参照）。

比較部４３は、２次元変調画像パターンのうち第２マーカが配置された画像部分における相関値と、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンが配置された画像部分における相関値と、の大小関係を逐次比較可能に構成されている。

マーカ選択部４４は、比較部４３によって２次元変調画像パターンのうち第２マーカが配置された画像部分における相関値が、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンが配置された画像部分における相関値よりも大きいと判定された場合に、そのときのマーカ５２を、ホログラム記録再生装置１に使用できるマーカ（本発明に係る「再生時における変調データの位置ずれを補正するための位置の基準を規定するマーカ」に相当）として選択する。ホログラム記録再生装置１は、選択したマーカ５２を、記録処理回路２０内のマーカ生成器２１のマーカデータとして用い、また、再生処理回路３０内のテンプレートマッチング処理回路３２のテンプレートデータとして用いる。つまり、ホログラム記録再生装置１から見れば、上述した構成によってあらかじめ選択されたマーカ５２を用いて、記録動作ないしは再生動作を行なう。

（２）動作原理
続いて、図９から図１６を参照して、本実施例に係るマーカ選択部４０の動作原理を説明する。ここでは、図９を用いてマーカ選択部４０の基本的な動作原理の説明を進め、必要に応じて適宜他の図面を参照しながらより詳細な説明を加える。ここに、図９は、マーカ選択部４０の動作原理を概略的に示すフローチャートである。

図９に示すように、初めにマーカ生成部４１の動作により、マーカ５２が生成される（ステップＳ１０１）。続いて、入力データの変調方式の変調規則に従うと考えられるパターンの全ての組合せから、今回生成したマーカ５２に対して最大類似変調パターンが生成される（ステップＳ１０２）。

続いて、相関値算出部４２の動作により、２次元変調画像パターンのうち、ステップＳ１０２において生成された最大類似変調パターンを含む画像部分と、ステップＳ１０１において生成されたマーカ５２を示すテンプレート画像６２との相関関係を示す相関値が算出され、その最大相関値Ｐ２（ピーク値）が算出される（ステップＳ１０３）。

続いて、相関値算出部４２の動作により、２次元変調画像パターンのうち、マーカ５２のパターンをＸ方向及びＹ方向の夫々に０．５画素ずらしたパターンを有するマーカを含む画像部分と、ステップＳ１０１において生成されたマーカ５２を示すテンプレート画像６２との相関関係を示す相関値が算出され、その最大相関値Ｐ１が算出される（ステップＳ１０４）。

続いて、比較部４３の動作により、ステップＳ１０４において算出された最大相関値Ｐ１が、ステップＳ１０３において算出された最大相関値Ｐ２よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１０５）。

この判定の結果、最大相関値Ｐ１が最大相関値Ｐ２よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１において生成されたマーカ５２が、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択（決定）される（ステップＳ１０６）。

他方、最大相関値Ｐ１が最大相関値Ｐ２よりも大きくないと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、再度ステップＳ１０１に戻り、最大相関値Ｐ１が最大相関値Ｐ２よりも大きくなるマーカ５２が生成されるまでステップＳ１０１からステップＳ１０５の動作が繰り返される。

ここで、図１０及び図１１を参照して、具体的なマーカ５２の形状等を示しながらマーカ５２の選択動作をより詳細に説明する。ここに、図１０及び図１１は夫々、１：２変調方式に対応するマーカ５２の形状の一具体例を示す平面図であり、そのマーカ５２により算出される相関値を示すグラフである。

図１０（ａ）の左側に示すようなマーカ５２が生成されたとする。この場合、図１０（ａ）の右側に示す２次元変調画像パターンとの相関値が算出される。図１０（ａ）の右側に示す２次元変調画像パターンは、その右上部分にマーカ５２の最大類似変調パターンを含んでおり、またその左下部分に、マーカ５２のパターンをＸ方向及びＹ方向の夫々に０．５画素ずらしたパターンを有するマーカを含んでいる。尚、ここでいう「０．５画素ずらす」とは、２次元センサ１６の各受光素子を基準として０．５画素ずらすことを意味している。即ち、図４（ｂ）に示すように、本来一つの受光素子に入射すべき検出光が、０．５画素分ずれた状態でその受光素子に入射する状態を意味している。本実施例では、このような本来一つの受光素子に入射すべき検出光が０．５画素分ずれた状態でその受光素子に入射する状態を意図的に実現している。この場合、その受光素子のセンサ出力は、本来予想されるセンサ出力と比較して半減してしまう。図１０（ａ）における灰色部分は、マーカ５２のパターンが０．５画素ずれた結果、センサ出力が半減してしまう画素部分を示している。

このとき、図１０（ａ）の左側に示すマーカ５２を示すテンプレート画像６２を、図１０（ａ）の右側に示す２次元変調画像パターンに対して、画素単位で移動させることで、相関値が算出される。より具体的には、図１０（ａ）の右側に示す２次元変調画像パターンの下側部分（即ち、第１検証画像）（系列１）及び上側部分（即ち、第２検証画像）（系列２）の夫々において、テンプレート画像６２を左側から右側に向かって移動させる。その結果、図１０（ｂ）に示す相関値のグラフが得られる。

図１０（ｂ）に示すように、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ２は、“１００”となる。他方、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ１は、“１０９”となる。従って、図１０（ａ）の左側に示すマーカ５２は、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択される。

他方、図１１（ａ）の左側に示すマーカ５２が生成されたとする。係るマーカ５２についても、図１１（ａ）の右側に示す最大類似変調パターン及び第２マーカを含む２次元変調画像パターンと図１１（ａ）の左側に示すマーカ５２を示すテンプレート画像６２との相関値が算出され、その結果、図１１（ｂ）に示すグラフが得られる。

図１１（ｂ）に示すように、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ２は、“１２０”となる。他方、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ１は、“１１０”となる。従って、図１１（ａ）の左側に示すマーカ５２は、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択されることはなく、再度新たな形状のマーカ５２が生成され、上述の動作が繰り返される。

尚、マーカ５２を０．５画素ずらす理由について、図１２を参照して説明する。ここに、図１２は、マーカ５２の自己相関値を示すグラフである。

図１２に示すように、マーカ５２の自己相関値は、画素ズレがない場合（即ち、画素ズレ量が“０”であって、テンプレート画像６２とマーカ５２とが画素単位で一致する場合に）にピークＰ０を有する。テンプレート画像６２を１画素ずつ移動させるにつれて、自己相関値は減少していく。

ここで、画素ズレ量が“０．３画素”、“０．５画素”及び“０．７画素”の場合についての自己相関値について説明する。ここでいう画素ズレ量とは、テンプレート画像６２とマーカ５２とが画素単位で一致する位置を基準とする、テンプレート画像６２の正の方向への移動量を示す。従って、テンプレート画像６２とマーカ５２とが画素単位で一致する位置を“０画素”とすると、画素ズレ量が“ｎ画素”である場合のテンプレートマッチング処理では、テンプレート画像６２が例えば“−１＋ｎ画素”、“ｎ画素”、“１＋ｎ画素”、・・・の位置にある場合の自己相関値が算出される。

画素ズレ量が“０．３画素”である場合、テンプレートマッチング処理により算出される自己相関値は、図１２中白抜き三角のポイントで示される。即ち、その最大相関値はＰ１となり、Ｐ１を頂点とした自己相関値の分布をとる。

画素ズレ量が“０．５画素”である場合、テンプレートマッチング処理により算出される自己相関値は、図１２中白抜き四角のポイントで示される。即ち、その最大相関値はＰ２となり、Ｐ２を頂点とした自己相関値の分布をとる。

画素ズレ量が“０．７画素”である場合、テンプレートマッチング処理により算出される自己相関値は、図１２中白抜き丸のポイントで示される。この場合、 “０．７画素”の位置ではなく、“−１＋０．７＝−０．３画素”の位置において最大相関値Ｐ１をとり、Ｐ１を頂点とした自己相関値の分布をとる。即ち、画素ズレ量が“０．７画素”であっても、実質的には、画素ズレ量が“０．３画素”の場合と同様の態様で分布する自己相関値をとる。言い換えれば、画素ズレ量が“ｎ画素”である場合の自己相関値の分布の態様と、画素ズレ量が“１−ｎ画素”である場合の自己相関値の分布の態様とは、概ね一致する。

従って、自己相関値のピークが最も低くなるのは、画素ズレ量が“０．５画素”の場合であることが分かる。このため、上述の実施例では、マーカ５２を０．５画素ずらして配置した２次元変調画像パターンとテンプレート画像６２との相関値を算出している。つまり、マーカ５２とテンプレート画像６２との相関値が最も低くなる状態を意図的に作り出し、その場合であっても、最大類似変調パターンとテンプレート画像６２との相関値よりも大きい相関値をとるようなマーカ５２を選択している。

以上説明したように、本実施例によれば、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分における最大相関値Ｐ１が、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分における最大相関値Ｐ２よりも大きくなるようなマーカ５２が意図的に選択される。つまりは、あらかじめこのように選択しておいたマーカ５２を用いれば、入力データを変調することで得られる２次元変調画像パターン同士をどのような位置関係を有して配置しても、テンプレートマッチング処理の際に、当該位置にマーカ５２が存在すると明確に判別することができる。従って、実際のホログラム記録ないしはホログラム再生の際に、入力データを変調することで得られる２次元の変調画像パターンとマーカ５２とを明確に区別することが可能となる。これにより、入力データを変調することで得られる２次元の変調画像パターンとマーカ５２とを空間的にスペースを設けて分離する必要がなくなり、その結果、入力データを記録するための記録容量を好適に確保することができる。つまりは、記録媒体１００の記録容量を効率的に使用することが可能となる。

尚、上述の実施例では１：２変調方式に準拠したマーカ５２の形状を具体的に例示して説明を進めたが、図１３及び図１４に示すような２：４変調方式に準拠したマーカ５２であっても同様のことが言えるし、また図１５及び図１６に示す６：９変調方式に準拠したマーカ５２であっても同様のことがいえる。ここに、図１３及び図１４は夫々、２：４変調方式に準拠するマーカ５２の形状の一具体例を示す平面図であり、そのマーカ５２により算出される相関値を示すグラフであり、図１５及び図１６は夫々、６：９変調方式に準拠するマーカ５２の形状の一具体例を示す平面図であり、そのマーカ５２により算出される相関値を示すグラフである。

２：４変調方式に準拠する場合、例えば図１３（ａ）の左側に示すマーカ５２が生成されたとする。係るマーカ５２についても、図１３（ａ）の右側に示す２次元変調画像パターンのうち、最大類似変調パターンを含む画像部分及び第２マーカを含む画像部分と、図１３（ａ）の左側に示すマーカ５２を示すテンプレート画像６２と、の相関値が算出され、その結果、図１３（ｂ）に示すグラフが得られる。

図１３（ｂ）に示すように、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ２は、“７０”となる。他方、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ１は、“９０”となる。従って、図１３（ａ）の左側に示すマーカ５２は、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択される。

他方、図１４（ａ）の左側に示すマーカ５２が生成されたとする。係るマーカ５２についても、図１４（ａ）の右側に示す最大類似変調パターン及び第２マーカを含む２次元変調画像パターンと図１４（ａ）の左側に示すマーカ５２を示すテンプレート画像６２との相関値が算出され、その結果、図１４（ｂ）に示すグラフが得られる。

図１４（ｂ）に示すように、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ２は、“１１０”となる。他方、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ１は、“１０７”となる。従って、図１４（ａ）の左側に示すマーカ５２は、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択されることはなく、再度新たな形状のマーカ５２が生成され、上述の動作が繰り返される。

６：９変調方式に準拠する場合、例えば図１５（ａ）の左側に示すマーカ５２が生成されたとする。係るマーカ５２についても、図１５（ａ）の右側に示す最大類似変調パターン及び第２マーカを含む２次元変調画像パターンと図１５（ａ）の左側に示すマーカ５２を示すテンプレート画像６２との相関値が算出され、その結果、図１５（ｂ）に示すグラフが得られる。

図１５（ｂ）に示すように、２次元変調画像パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ２は、“９０”となる。他方、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ１は、“１１０”となる。従って、図１５（ａ）の左側に示すマーカ５２は、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択される。

他方、図１６（ａ）の左側に示すマーカ５２が生成されたとする。係るマーカ５２についても、図１６（ａ）の右側に示す最大類似変調パターン及び第２マーカを含む２次元変調画像パターンと図１６（ａ）の左側に示すマーカ５２を示すテンプレート画像６２との相関値が算出され、その結果、図１６（ｂ）に示すグラフが得られる。

図１６（ｂ）に示すように、２次元変調パターンのうち最大類似変調パターンを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ２は、“１１０”となる。他方、２次元変調画像パターンのうち第２マーカを含む画像部分との相関値のうちの最大相関値Ｐ１は、“１０５”となる。従って、図１６（ａ）の左側に示すマーカ５２は、ホログラム記録再生装置１において使用可能なマーカとして選択されることはなく、再度新たな形状のマーカ５２が生成され、上述の動作が繰り返される。

尚、上述の実施例において用いたマーカ５２の形状はあくまでも一具体例であって、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。また、変調方式やその変調のルールに付いても上述の実施例における説明はあくまでも一具体例であり、その他の変調方式や変調のルールを用いる場合であっても、上述の実施例と同様のことが言える。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうマーカ生成装置及び方法、マーカ、ホログラム記録装置及び方法、ホログラム再生装置及び方法、並びにコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明に係るマーカ選択方法、マーカ選択装置、マーカ、ホログラム記録装置及び方法、ホログラム再生装置及び方法、並びにコンピュータプログラムは、例えば、ホログラム記録再生を行う際に用いられるマーカを選択するマーカ選択方法及びマーカ選択装置、ホログラム記録再生を行う際に用いられるマーカ、ホログラフィック記録媒体に対して情報の記録を行うホログラム記録装置及び方法、ホログラフィック記録媒体に対して情報の記録を行うホログラム再生装置に利用可能である。また、例えば民生用或いは業務用の各種コンピュータ機器に搭載される又は各種コンピュータ機器に接続可能なホログラム記録装置又はホログラム再生装置にも利用可能である。

Claims (10)

1. ホログラフィック記録媒体に記録される情報データを規定の変調規則に従って２次元的に変調し、変調データを得る２次元変調工程と、
   前記変調規則に対応し、複数の画素からなるパターンを有する第１マーカを逐次生成するマーカ生成工程と、
   前記第１マーカのパターンを所定画素ずらしたパターンを有する第２マーカを含む第１検証画像と、前記変調データを含む第２検証画像と、を作成しておき、前記第１検証画像及び前記第２検証画像と、前記第１マーカを示すテンプレート画像と、の相関関係を示す相関値を算出する算出工程と、
   前記第１検証画像における前記相関値のピークが、前記第２検証画像における前記相関値のピークよりも大きくなるパターンを有する第１マーカを、再生時における前記変調データの位置ずれを補正するための位置の基準を規定するマーカとして選択する選択工程と
   を備えることを特徴とするマーカ選択方法。
2. 前記第２検証画像には、前記第１マーカの類似パターンが少なくとも一部に配置されており、
   前記選択工程は、前記第１検証画像における前記相関値のピークが、前記第２検証画像のうち前記類似パターンが配置された部分における前記相関値のピークよりも大きくなるパターンを有する第１マーカを、前記位置の基準を規定するマーカとして選択することを特徴とする請求項１に記載のマーカ選択方法。
3. 前記変調規則が異なる場合、前記類似パターンも異なるパターンを生成することを特徴とする請求項２に記載のマーカ選択方法。
4. 前記第１検証画像は、前記第１マーカのパターンが前記所定画素として０．５画素ずれたパターンを有する前記第２マーカを含むことを特徴とする請求項１に記載のマーカ選択方法。
5. 前記第１検証画像は、前記変調データを再生する際に用いられる受光素子上における画素単位を基準として前記所定画素ずれたパターンを有する第２マーカを含むことを特徴とする請求項１に記載のマーカ選択方法。
6. 前記第１検証画像は、縦方向及び横方向の夫々に向かって前記所定画素ずれたパターンを有する第２マーカを含むことを特徴とする請求項１に記載のマーカ選択方法。
7. 請求項１に記載のマーカ選択方法により選択されたマーカを、前記情報データを含む記録画像に付加する付加手段と、
   前記マーカが付加された前記記録画像を、ホログラフィック記録媒体に記録する記録手段と
   を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
8. 請求項１に記載のマーカ選択方法により選択されたマーカを、前記記録情報を含む記録画像に付加する付加工程と、
   前記マーカが付加された前記記録画像を、ホログラフィック記録媒体に記録する記録工程と
   を備えることを特徴とするホログラム記録方法。
9. 請求項１に記載のマーカ選択方法により選択されたマーカを用いて、ホログラフィック記録媒体に記録された前記情報データを含む記録画像に対してテンプレートマッチング処理を行う処理手段と、
   前記記録画像中に含まれる前記情報データを再生する再生手段と
   を備えることを特徴とするホログラム再生装置。
10. 請求項１に記載のマーカ選択方法により選択されたマーカを用いて、ホログラフィック記録媒体に記録された前記情報データを含む記録画像に対してテンプレートマッチング処理を行う処理工程と、
    前記記録画像中に含まれる前記情報データを再生する再生工程と
    を備えることを特徴とするホログラム再生方法。

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