WO2009110094A1

WO2009110094A1 - 画像情報検索システム及び画像情報記録検索システム

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Publication number: WO2009110094A1
Application number: PCT/JP2008/054160
Authority: WO
Inventors: 小舘　香椎子; 恵理子渡邉
Original assignee: 学校法人早稲田大学
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-11

Abstract

【課題】ホログラフィを用いて記録された画像情報を検索する際に、検索速度を速くした画像情報検索システムを提供する。【解決手段】ホログラフィック記録媒体２０のホログラム記録層２１には、参照光と記録用の二次元パターン情報によって空間的に変調された情報光とを干渉させて形成されたホログラム２４が記録されており、ＣＷレーザー５４から射出された光を検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調して検索光を生成し、検索光をホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、記録媒体のホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器５９によって検出し、再生光の光強度の値を用いて記録用の二次元パターン情報と検索用の二次元パターン情報とを照合する。

Description

画像情報検索システム及び画像情報記録検索システム

　本発明は、光相関を利用して画像情報を検索する画像情報検索システム及び画像情報記録検索システムに関し、特にホログラフィを用いて記録されたホログラムの画像情報を検索する画像情報検索システム及びホログラフィを用いて画像情報を記録し、記録されたホログラムの画像情報を検索する画像情報記録検索システムに関するものである。

　従来の光相関を利用する画像検索技術には、大量の記録された画像データから入力された画像を検索するにあたって、液晶素子や厚みのない薄いホログラムなどを表示素子として光相関を用いたものがあった。しかし、液晶素子は、大量の記録された画像データを切り替えながら光相関を行うが、画像の切り替えに電気制御が必要であり、１回の相関にかかる時間が制限される。また、記録媒体から蓄積された画像を液晶表示素子に転送してから光相関を行うため転送速度によっても光相関の速度が制限されていた。また、薄いホログラムでは記録容量や記録密度を上げることが困難であった。

　他方で、ホログラムの干渉縞の間隔に比べて記録層の膜厚が大きい体積型（厚い）ホログラムを利用した場合には、記録容量や記録密度を上げることが可能であるが、ホログラムを記録するための光学系が複雑であり、記録時と再生時とで同一の波長及び同一の入射角の参照光が必要であり、厳密な位置合わせ及び照射条件が要求されるため、実用化には大きな課題が残っていた。

　しかし、最近、同軸上で参照光と情報光を干渉させて体積型（厚い）ホログラムを記録するコリニア方式のホログラフィックメモリが開発されてきた（特許文献１）。コリニア方式の光情報記録再生装置は、空間光変調器によって空間的に変調された情報光と参照光とが同軸上に配置されて記録媒体に照射される構成であり、既存のＤＶＤやＣＤなどの光ディスク技術と親和性が高く、光学系を簡易且つ小型化することが可能であること、また既存のＤＶＤやＣＤに類似したアドレス方式やサーボ技術なども取り入れられており、厳密な位置合わせが実現可能であることから、次世代の記録方式として期待されている。

　さらに、このようなコリニア式のホログラフィックメモリである体積型（厚い）ホログラムを用いることにより光相関演算を行って画像情報を検索することが提案されている（非特許文献１）。非特許文献１では、ホログラムの書き込み時も光相関演算時（画像情報の検索時）も、コリニア方式の光情報記録再生装置を使用している。ホログラムの書き込み時には、空間光変調器の１画素をオン状態として参照光として利用し、その付近に画像情報を表示して情報光とし、それらの光を対物レンズによってフーリエ変換して記録媒体中で重ね合わせて干渉させホログラムを記録している。また、光相関演算時には、書き込み時と同じ位置に検索したい画像を表示することにより、ホログラムから再生された光を検出して相関演算を行っていた。ホログラムとして記録された画像情報と検索したい画像情報とが同一又は類似していると、ホログラムからは参照光が再生され、かかる参照光の強度は、類似度が高い程強くなるので、ホログラムから再生された光を相関値として利用することができる。

特許第３４０３０６８号公報「全光型超高速光相関による画像検索エンジン」　Optics　Japan　2005　講演予稿集　pp260-261、2005年　渡邉恵理子他

　以上説明したようなコリニア方式の光情報記録再生装置では、ホログラムを記録及び再生するための光源として、高出力のパルスレーザー、例えば、ＹＡＧレーザーなどのＱスイッチ固体レーザが使用されていた。その理由の一つは、コリニア方式の光情報記録再生装置は、記録速度及び再生速度を高速化するために、記録媒体を回転させながら記録及び再生しているので、レーザー光を照射できる時間が短く、高出力のレーザーを使用して短時間で高エネルギーを与える必要があった。また、記録層の膜厚方向に体積的なホログラムを記録するため、膜厚方向に分散している記録層中の感光性物質を光によって反応させるためにある程度の光エネルギーが必要であった。さらに、再生時においては、ホログラムによる回折効率（再生効率）が悪く照射した光に対して再生される再生光の強度が２００分の１程度になってしまうため、高い光エネルギーが必要であった。特に、光情報記録再生装置では、情報が空間的に変調された情報光の光強度分布によって表現されており、再生時には、空間的に変調された再生光の光強度分布を検出する必要があるので、正確に再生光の光強度分布を再生するため、再生光の光強度を高くしなければならず、必然的に照射する光の強度もより高いものとする必要があった。

　例えば、感光層として５００μｍの感光材料を使用した記録媒体に体積型のホログラムを記録するためには、１ホログラムの記録に対し、約３μＪの光エネルギーを照射する必要がある。６００ｒｐｍ（回転／分）で記録媒体を回転させた場合、実質的に光を照射できる時間は２０μ秒間であるから、約１５０ｍWのパワーの光を記録媒体に照射しなければならない。このため、空間光変調器やその他の光学系による光利用効率を考えると、光源としては、ホログラムに照射されるパワーの１０倍以上の出力が必要になる。一般的な半導体レーザーの出力は数ｍWから大きくても１００ｍW程度であるから、回転する記録媒体に対し、低出力の半導体レーザーを使用して記録再生することは困難であった。

　なお、記録媒体を停止した状態で記録及び再生するステップ＆ゴー方式の場合、低出力のレーザーを使用することもできるが、１ミリ秒で１ホログラムを記録や再生したとしても、記録再生後の移動や位置合わせの時間が少なくとも１００ミリ秒は必要である。直径１２０ｍｍの円周上に１０μｍ間隔でホログラムを記録すると、１周当たり３７６９９個（１２０×π÷１０^－３）のホログラムを記録できるが、ステップ＆ゴー方式では１周当たり約１時間も必要となってしまう。

　従来のＣＤやＤＶＤにおいては、記録媒体に対して光の照射及び受光を行う光ピックアップ内に半導体レーザーを搭載して、光ピックアップをディスク状の記録媒体の半径方向に移動させて、トラッキングサーボを行う構成であった。特許文献１のコリニア方式の光情報記録再生装置においても、かかるＣＤやＤＶＤのトラッキングサーボの構成を採用しており、光ピックアップを移動させてトラッキングサーボ等を行っている。しかしながら、コリニア方式の光情報記録再生装置では、高出力のパルスレーザーを搭載しているため、光源が半導体レーザーと比較して非常に大型であり、しかも重いので、光ピックアップを移動させてトラッキングサーボを行うことは実験用の装置であればともかく、実用品としては現実的なものではなかった。さらに、光源それ自体の大きさ及び重量に加えて、光ピックアップの位置を移動及び制御するために必要な駆動系も大型なものとなってしまう。しかも、大きく重い光ピックアップを高い精度で位置合わせするためには困難であり且つ時間もかかったので、記録再生速度が遅くなり、信頼性も低下してしまう。また、高出力のパルスレーザーや大型の駆動系は高価であり、この点においても改善すべき課題が存在した。このように、高出力のパルスレーザを用いた光情報記録再生装置は、汎用機として大量生産するには不向きなものであった。

　以上の背景技術を鑑みて、本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決した画像情報検索システム及び画像情報記録検索システムを提供することを目的とする。

　情報記録検索システムは、検索の照合対象となる画像情報を記録してデータベースを作成するシステムと記録された画像情報の検索とを行うシステムとを具備するものであるが、本発明者らは、情報の記録処理と情報の検索処理とで動作及び特性が異なる点に着目した。なお、本明細書において、画像情報記録検索システムは画像情報検索システムを含むものであり、画像情報記録検索システムの検索に関する記載は画像情報検索システムにも適用される。

　画像情報を記録する場合、画像情報を担持した情報光と、参照光とを記録媒体に照射し、情報光と参照光とを干渉させて形成されたホログラムによって、ホログラム記録層内の感光性材料に光反応を生じさせ、ホログラム記録層にホログラムを定着させる必要がある。そして、ホログラムが記録されることで記憶容量が一杯となった記録媒体は、それ以上、画像情報を記録することはできないが、画像情報が蓄積されたデータベースとして検索の照合対象として使用されるものであり、更なる画像情報を記録する場合は、別の記録媒体に記録されることになる。また、画像情報の記録は、画像情報が逐次追加される可能性はあるが、データベースに登録される情報量を上限とする有限な処理である。つまり、一度記録された画像情報は、基本的には再度記録する必要がない。

　一方、画像情報を検索する場合、記録されたホログラムに対し、検索光を照射してホログラムから再生される再生光の強度を相関値として検出する。そして、画像情報の検索時には、検索対象が入力された後、できるだけ早く照合対象内に検索した画像情報が存在するか否かを判別できることが好ましい。また、照合対象であるデータベースは、情報量によっては複数の記録媒体に記録されており、全ての照合対象を検索するためには複数の記録媒体に対して検索光を照射しなければならない。さらに、例えば顔認証や指紋認証などのバイオメトリクス認証を利用した管理システムにおける本人確認のように、同じ検索対象を何度も検索する必要があり、無限に検索処理は実行されることがある。

　画像情報記録システムには、ホログラム記録層内の感光性材料に光反応を生じさせホログラムを定着させるために強い光エネルギーが必要であるが、画像情報検索システムでは、単に再生光の強度を検出するだけであり、記録時と比較して弱い光エネルギーでよい。なお、検索光の光エネルギーは、単に再生光の強度を検出するだけであり、再生光の強度分布を検出する従来の情報記録再生装置と比較しても、弱い光エネルギーで十分である。また、画像情報検索システムでは、直ちに照合対象内に検索した画像情報が存在するか否かを判別する必要があり、画像情報記録システムと比較すると、迅速性が求められる。さらに、記憶容量が一杯となった記録媒体は、画像情報記録システムではそれ以上利用せず、画像情報検索システムでのみ利用される。

　本発明では、これらの動作及び特性の違いを考慮して、画像情報記録システムと画像情報検索システムとでそれぞれの特性に見合った構成を採用することを特徴とするものであり、特に迅速性の要求される検索時における処理速度の向上を目指したものである。

　以上の点を鑑みて、本発明の画像情報検索システムは、ホログラム記録層を備えたホログラフィック記録媒体に記録された画像情報を検索する画像情報検索システムであって、ホログラフィック記録媒体のホログラム記録層には、参照光と記録用の二次元パターン情報によって空間的に変調された情報光とを干渉させて形成されたホログラムが記録されており、ＣＷレーザーから射出された光を検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調して検索光を生成し、ホログラフィック記録媒体を回転させながら検索光をホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、ホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器によって検出し、再生光の光強度の値を用いて記録用の二次元パターン情報と検索用の二次元パターン情報とを照合することを特徴とする。

　さらに、上記本発明の画像情報検索システムにおいて、再生光検出器が、光電子倍増管であることが好ましく、再生光を再生光検出器に対し集光する手段を有することがより好ましい。

　また、本発明の画像情報記録検索システムは、ホログラム記録層を備えたホログラフィック記録媒体に画像情報を記録し、記録された画像情報を検索する画像情報記録検索システムであって、パルスレーザーから射出された光を記録用の二次元パターン情報によって空間的に変調して情報光を生成し、ホログラフィック記録媒体を回転させながら参照光と情報光とをホログラフィック記録媒体のホログラム記録層に照射して、ホログラム記録層に参照光と情報光とを干渉させて形成されたホログラムを記録する画像情報記録システムと、ＣＷレーザーから射出された光を検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調して検索光を生成し、ホログラフィック記録媒体を回転させながら検索光をホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、当該ホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器によって検出し、再生光の光強度の値を用いて記録用の二次元パターン情報と検索用の二次元パターン情報とを照合する画像情報検索システムとを有することを特徴とする。

　さらに、上記本発明の画像情報検索システムにおいて、再生光検出器が、光電子倍増管であることが好ましく、画像情報検索システムは、再生光を再生光検出器に対し集光する手段を備えていることがより好ましい。

　さらに、上記本発明の画像情報検索システムにおいて、記録用の二次元パターン情報は、記録する画像情報に対し、情報の一部を削除する不可逆な変換処理を行って作成されてもよい。

　さらに、上記本発明の画像情報検索システムにおいて、画像情報記録システムと画像情報検索システムとは、少なくとも光学系が異なる装置で構成されており、画像情報記録システムの数と比較して画像情報検索システムの数が多いことが好ましい。

　本発明の画像情報検索システムは、再生光の光強度の値を用いて記録用の二次元パターン情報と検索用の二次元パターン情報とを照合するものであるから、低出力のＣＷレーザーを光源として利用することができ、ホログラフィック記録媒体を回転させながら検索光をホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、ホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器によって検出することで、ホログラム記録層に記録された複数のホログラムを連続的に再生し、照合することができる。このため、本発明の画像情報検索システムでは、記録媒体の回転速度を速くすることができ、さらに検索速度（画像情報の転送速度）も速くすることができる。また、軽量で小型のＣＷレーザーを使用することにより、光学系を搭載した光ピックアップを軽量で小型とすることができるので、光ピックアップを素早く移動させることができ、しかも移動の制御も容易であり、光ピックアップを移動させるために必要な駆動系も軽量化及び小型化できるので、画像情報検索システム全体を軽量化及び小型化することができる。加えて、安価なＣＷレーザーを使用することにより、画像情報検索システム２の製造コストを安くすることができる。

　また、本発明の画像情報記録検索システムは、画像情報記録システムでは高出力のパルスレーザーを光源として利用し、画像情報検索システムでは低出力のＣＷレーザーを光源として利用しているため、高出力のパルスレーザーによってホログラムを正確に記録し、低出力のＣＷレーザーによって画像情報を迅速に検索することができる。特に、画像情報検索システムでは上述したような優れた効果を得ることができる。その他の本発明の画像情報検索システム及び画像情報記録検索システムの効果については、以下の実施の形態において記載する。

本発明の画像情報記録検索システムを示す概略構成図本発明の画像情報検索システムを示す概略構成図本発明の画像情報記録システムを示す概略構成図本発明の他の画像情報記録検索システムを示す概略ブロック図（Ａ）は記録時における空間光変調器の表示面を示す図、（Ｂ）は検索時における空間光変調器の表示面を示す図、（Ｃ）は再生光のパターンを示す図データベースの検索結果を示す図データベースにおけるエラーレートを示す図

　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。本発明の画像情報記録検索システムは、検索する画像情報から生成された検索用の二次元パターン情報との相関値（類似度）を直接検出できるので、様々な用途に応用することが可能である。例えば、検索画像と一致する画像を検索するだけではなく、類似する画像を検索する曖昧検索を行うことができる。また、記録する画像情報として、顔、指紋、静脈、虹彩などのバイオメトリクス情報を記録すれば、バイオメトリクス認証を利用した管理・認証システムに利用することができる。

　さらに、動画データから抽出された静止画像をデータベースとして記録するにより、動画データの照合も可能であり、動画フィルタリングシステムを構築することも可能である。最近、インターネット上で動画を共有する動画共有サービスが提供されているが、この動画共有サービスにおいて著作権侵害が大きな問題となっている。動画共有サービスとは、あるユーザーがアップロードした動画データを共有化することで、他のユーザーにもダウンロード可能な状態とさせ、動画を公開、閲覧できるようにしたサービスである。この動画共有サービスには、一日に何万件もの動画データが投稿されており、それらの動画データの中には、著作権を侵害する違法なものも多数含まれているのが現状である。例えば、映画、テレビ番組、ライブ映像、プロモーションビデオなどが著作権者に無断でアップロードされている。本発明の画像情報記録検索システムは、予め著作権により保護されている動画データをデータベースとして記録しておき、ネットワーク上のサイトにおいて閲覧可能な状態とされる動画データの静止画像をデータベースと照合することにより、違法な動画データを特定することができ、検閲することができる。

　図１は、本発明の画像情報記録検索システムの一実施形態を示す概略構成図である。画像情報記録検索システム１は、検索の照合対象となる画像情報を記録してデータベースを作成するシステムと記録された画像情報の検索とを行うシステムとを具備しており、ホログラフィック記録媒体２０、情報処理装置３０及び光学系４０とを有している。図１の画像情報記録検索システム１の光学系４０は、記録用の光源４１と検索用の光源５４を選択して使用できる構成であり、１台の装置において画像情報の記録及び画像情報の検索が可能である。

　図１において、ホログラフィック記録媒体２０は、表面保護層２２と反射層２３との間に感光材料を含有するホログラム記録層２１を挟み込んだ反射型の記録媒体である。ホログラフィック記録媒体２０のホログラム記録層２１には、情報光と参照光とを干渉させて形成されたホログラム２４が記録される。ホログラム記録層２１の厚さをホログラムの干渉縞の間隔に比べて大きく設計し、ホログラムをホログラム記録層２１の厚み方向に立体的に記録することにより、画像情報を体積型のホログラム（厚いホログラムともいう）として記録することができる。また、ホログラフィック記録媒体２０は、ホログラム２４の位置を特定するためのアドレス情報及び／又は位置合わせ（サーボ）を行うためのサーボ情報（以下、アドレス情報とサーボ情報を合わせて「アドレス等情報」と呼ぶ）が記録されたアドレス層を備えていることが好ましい。例えば、アドレス等情報として、反射層２３の表面に設けられた凹凸形状によってピットを形成し、反射層２３をアドレス層としてもよい。ホログラフィック記録媒体２０の表面保護層２２として、ガラス基板を利用すると、温度変化等による収縮等を抑えることができる。反射層２３としてはアルミニウム等の金属材料を利用することができる。

　ホログラフィック記録媒体２０は、記録媒体保持機構２５によって保持されており、好ましくは、記録媒体保持機構２５に回転駆動装置を取付け、記録媒体２０を回転可能な構成とする。さらに、ホログラフィック記録媒体２０は、位置合わせ（サーボ）を行うために、光学系に対し相対的に移動可能に構成されており、ホログラフィック記録媒体２０を移動させる場合は、Ｘ軸、Ｙ軸又はＺ軸方向に移動する駆動装置を取付ける。なお、Ｘ軸方向は光軸に対して垂直な任意の方向、Ｙ軸方向は光軸及びＸ軸方向に対して垂直な方向、Ｚ軸方向は、光軸と平行な方向を指す。記録速度及び検索速度を高めるためには、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら記録及び検索することが好ましい。前述したとおり、画像情報記録検索システムは、画像情報検索システムの方が処理速度に迅速性が求められるので、特に、迅速性が求められる検索時において回転させながら検索することが好ましい。この場合、ホログラフィック記録媒体２０の形状としては、円盤状とすることが好ましいが、その他の形状、例えば矩形のカード状として回転させる構成であってもよい。さらに、記録媒体を回転させつつ、光学系又は記録媒体を半径方向に移動させてトラッキングサーボを行うことができる。

　情報処理装置３０は、情報記録検索システムで実行される各種の情報処理を行う。例えば、情報処理装置３０は、記録する画像情報から記録用の二次元パターン情報の生成、検索する画像情報から検索用の二次元パターン情報の生成、記録した画像情報の識別情報（画像情報を特定するための情報）と対応するホログラムのアドレス情報との対応関係の記録及び再生、サーボ情報に基づくサーボ制御、検索時における相関値の演算等を行う。また、情報処理装置３０は、複数の画像情報記録検索システムにおいて共通させることができ、例えば複数の記録媒体を並列的に検索するために、複数の光学系４０を備えた複数の画像情報検索システムを構築する場合に、光学系４０及び記録媒体は個々の画像情報検索システムに独立して設け、情報処理装置３０は共通して設けてもよい。

　記録用の二次元パターン情報は、記録する画像情報をそのまま、或いは記録する画像情報に前処理により加工して生成される。記録する画像情報の情報量が多い場合、そのまま記録用の二次元パターン情報として利用すると、演算時間が長くなり、膨大な記録容量が必要となる。このため、記録する画像情報に対し、情報量を減らす前処理を行うことが好ましい。また、記録する画像情報を所定の解像度、画質に規格化するためにも前処理を行うことが好ましい。検索用の二次元パターン情報は、記録されたホログラムの形成に使用された記録用の二次元パターン情報と同じ方法で生成されることが好ましい。前処理として、例えば、２値画像化処理、解像度を変更する画像処理、画像の一部を切り取るトリミング処理、エッジ強調処理を行うことができる。

　特に、記録用又は検索用の二次元パターン情報を生成する際に、２値画像化処理を行うことが好ましい。２値画像化処理とは、各画素を白と黒（０と１）の２色によって表示される画像に変換する処理であり、一般的な写真などの画像情報は、各画素が少なくともグレースケールの階調情報（８ビット）、多くの場合はカラーの色情報（２４ビット）を有しているので、２値画像化処理を行うことで、記録用又は検索用の二次元パターン情報の容量を著しく減少させることができる。２値画像化処理された２値の記録用の二次元パターン情報と、同じく２値画像化処理された２値の検索用の二次元パターン情報とを相関演算して照合すると、フルカラーの画像同士やグレースケールの画像同士を相関演算した時よりも、演算速度が速くなることは勿論であるが、照合精度も向上することがあり、２値画像化処理は極めて有用な処理である。しかも、２値画像化処理された画像の演算量は軽量であるから、ＬＳＩなどの集積回路によってハードウェアとして専用の演算装置を作製することも可能である。

　２値画像化処理の手法としては、固定しきい値法と領域指定法の２種類に大別することができる。前者はグレースケール階調のある値で２値化のしきい値を決定する方法であり、後者はまず、画像全体の２値の割合を先に決めておき、濃度値のヒストグラムから、２値化のしきい値を定める方法である。２値化のしきい値をＴ、原画像の各画素の要素をｆ（ｉ，ｊ）、２値画像の各画素の要素をｇ（ｉ，ｊ）とすると、下記数式（１）のように定義できる。なお、画像情報がカラーの場合は、まずカラーの色情報を取り除き階調情報だけのグレースケールに変更して、２値化すればよい。

(1)

　また、２値画像化処理ではなく、若しくは２値画像化処理の前後に加えて、記録する画像情報や検索する画像情報に対し、解像度を変更する画像処理、画像の一部を切り取るトリミング処理、エッジ強調処理などを行ってもよい。

　２値画像化処理は、データ形式の変換処理、圧縮処理及び暗号化処理とは異なり、基本的に情報を削除するだけの不可逆な変換である。すなわち、データ形式の変換処理、圧縮処理及び暗号化処理は、元のフレーム画像に復元するため、逆変換できるような情報を自ら又は別ファイルに有している。しかし、２値画像化処理は、元のフレーム画像が持っていた色情報及び階調情報を捨て去るだけであり、２値画像それ自体では元のフレーム画像に復元することができない。また、解像度を低くする画像処理、画像の一部を切り取るトリミング処理、エッジ強調処理も基本的に情報を削除するだけの不可逆な変換である。

　元の記録する画像情報に復元できないことは、情報記録再生装置では致命的な問題点であるが、情報の検索を目的とする画像情報記録検索システムにおいては大きな問題とはならない。検索する画像情報がデータベースに登録されているか否かだけを照合する場合であれば、記録されているホログラムから記録する画像情報に復元させる必要はない。また、検索する画像情報を特定したい場合には、記録用の二次元パターン情報を記録する際に、ホログラムのアドレス情報を取得して、記録した画像情報の識別情報と対応するホログラムのアドレス情報との対応関係を別の記録媒体（半導体メモリー、ハードディスクドライブ、光メディア等）に記録しておけば、検索時に、相関値の高いホログラムのアドレス情報を取得することによって、別の記録媒体に記録した上記対応関係から、検索した画像情報と一致又は類似する画像情報の識別情報を特定することができる。なお、識別情報とは、画像情報を特定するための情報であり、例えば画像情報のタイトル、識別番号、著作者、容量、作成年月日又はデータ形式等である。

　光学系４０は、ホログラフィック記録媒体２０に画像情報を記録するために情報光を照射したり、検索用の画像情報とホログラフィック記録媒体２０に記録されている画像情報とを光相関演算を用いて照合するために検索光を照射し、再生光を検出することができる。光学系４０は、記録用光源４１及び検索用光源５４を有し、さらに、コリメータレンズ４２、ミラー４３、ビームスプリッタ４４、ミラー４５、空間光変調器４６、偏光ビームスプリッタ４７、第１のリレーレンズ４８、ミラー４９、第２のリレーレンズ５０、ビームスプリッタ５１、四分の一波長板５２、対物レンズ５３、コリメータレンズ５５、シャッタ５６、アパーチャー５７、集光レンズ５８、再生光検出器５９を有している。さらにアドレス用レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２及びアドレス光検出器６３を有していることが好ましい。図１において、記録時の光路を実線で、検索時の光路（再生光の光路を含む）を点線で、アドレス光の光路を一点鎖線で示している。

　記録用光源４１は、ホログラムを記録するための情報光及び参照光の光源となるものであり、断続的にレーザー光を出す高出力のパルスレーザーが使用される。パルスレーザーは、複数の波長で位相をそろえて同時に発振させるモード同期法やＱスイッチ法によって瞬間的に非常に強いパワーを出すことができる。記録用光源４１としては、例えば、ＹＡＧレーザーなどの固体レーザやＨｅ－Ｎｅレーザーなどの気体レーザーを使用することができる。記録用光源４１は、ホログラフィック記録媒体２０のホログラム記録層２１内の感光材料が感度を示す波長の光を選択する。

　検索用光源５４は、画像情報を検索するための検索光の光源となるものであり、連続的にレーザー光を出すＣＷレーザー（Continuous wave laser）が使用される。ＣＷレーザーは、パルスレーザーと比べると瞬間的なパワーは低いが、一定の強度の光を照射し続けることができる。検索用光源５４としては、パルスレーザーと比較して、小型、軽量及び安価である半導体レーザーを使用することが好ましい。検索用光源５４は、ホログラム記録層２１内に記録されたホログラムと干渉する波長の光を使用し、好ましくは記録用光源４１からの光の波長と同じ波長の光を選択する。

　コリメータレンズ４２は、記録用光源４１から射出された発散光を略平行光とするものであり、コリメータレンズ５５は、検索用光源５４から射出された発散光を略平行光とするものである。シャッタ５６は、ＣＷレーザーである検索用光源５４から射出される光の照射を制御するものであり、所定の位置に到達するまでの間、オフ状態として遮光し、所定の位置に到達したらオン状態として照射する。

　ミラー４３及びビームスプリッタ４４は、記録用光源４１から射出された光と検索用光源５４から射出された光とを同じ光軸にするために配置されている。ミラー４３及びビームスプリッタ４４に代えて、記録用光源４１から射出された光と検索用光源５４から射出された光とを同軸にする他の手段を採用することもできる。例えば、ミラー４３によって、記録用光源４１からの光を反射させるのではなく、検索用光源５４から射出された光を反射させ、ビームスプリッタ４４によって記録用光源４１からの光と同軸とする構成としてもよいし、記録用光源４１と検索用光源５４を移動可能に設けて、記録時と検索時で両者の配置を交換させる構成としてもよい。

　空間光変調器４６は、複数の画素を有し、各画素毎に光の属性を変化させることで、光を空間的に変調することができるものであり、例えば液晶表示装置やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を利用することができる。図１においては空間光変調器４６としてＤＭＤを用いているため、ミラー４５によって、記録用光源４１又は検索用光源５４からの光を空間光変調器４６に向けて反射させている。空間光変調器４６の一部の表示領域に記録用の二次元パターン情報を表示し、他の一部の表示領域に参照光のパターンを表示させることにより、情報光及び参照光を生成することができる。また、空間光変調器４６の記録用の二次元パターン情報を表示した表示領域に検索用の二次元パターン情報を表示させることにより、検索光を生成することができる。

　参照光のパターンは、空間光変調器４６の記録用の二次元パターン情報を表示した表示領域の周囲に少なくとも一つ配置される。参照光のパターンとしては、一塊の数画素～数百画素の領域をオン画素とし、参照光を強度分布のない一様な光としてもよいし、かかる一塊の数画素～数百画素の領域を複数設けて、全体として空間的に変調された強度分布を有する光としてもよいし、更に広い領域において、オン画素とオフ画素からなるパターンによって空間的に変調された強度分布を有する光としてもよい。再生光のパターンの大きさを再生光検出器の受光領域よりも小さくすれば、アパーチャー５７や集光レンズ５８を設けなくても、再生光の結像する位置に再生光検出器を配置するだけで再生光の光強度を検出できる。

　偏光ビームスプリッタ４７は直交する偏光方向の一方を透過し、他方を反射するものであり、記録媒体２０に向かう情報光、参照光及び検索光を透過し、記録媒体によって再生された再生光を再生光検出器５９に向けて反射する。光学系の構成によっては、情報光、参照光及び検索光を記録媒体２０に向けて反射し、再生光検出器５９に向かう再生光を透過する構成であってもよい。

　第１及び第２のリレーレンズ４８、５０は、空間光変調器４６に表示された画像を対物レンズ５３の焦点面に結像させる。対物レンズ５３によってフーリエ変換された情報光及びフーリエ変換された参照光とを記録媒体において干渉させてホログラムを記録する場合やホログラムに対しフーリエ変換された検索光を照射する場合には、対物レンズ５３の入射瞳面において情報光、参照光及び検索光の空間変調パターンが結像されている必要がある。ミラー４９は、第１及び第２のリレーレンズ４８、５０間の焦点位置に配置されており、情報光、参照光及び検索光を反射して、光学系４０の大きさを小型化するために設けられている。

　ビームスプリッタ５１は、アドレス用レーザー６０からの光を記録媒体２０に向けるためのものである。四分の一波長板５２は、直線偏光を円偏光に変換するものであり、２回透過させることで直線偏光を９０度回転させることができる。この四分の一波長板５２によって参照光は、照射時には偏光ビームスプリッタ４７を透過し、再生光として再生された時には偏光ビームスプリッタ４７によって反射される。

　対物レンズ５３は、情報光及び参照光をフーリエ変換して記録媒体２０のホログラム記録層２１に照射して、ホログラム記録層に情報光と参照光とを干渉させて形成されたホログラムを記録する。また、対物レンズ５３は、検索光をフーリエ変換して記録媒体２０のホログラム記録層２１に記録されたホログラム２４に照射する。検索光とホログラム２４との干渉により再生された再生光は、記録媒体２０から対物レンズ５３に向かって進行し、対物レンズ５３を通過する。

　アパーチャー５７は、記録媒体２０で反射された検索光を遮光し、再生された再生光のみを再生光検出器５９に通過させる開口を有している。アパーチャー５７を第１のリレーレンズ４８の焦点面に配置すると、検索光の回折光によるノイズを低減することができ好ましい。図１においては、アパーチャー５７の中心に開口が設けられているが、中心に限られるものではなく、再生光が通過する位置に、再生光が通過できる形状の開口をアパーチャー５７に設ければよい。例えば、再生光が複数の場合は、アパーチャー５７に複数の開口を設ければよいし、再生光が空間的に変調されている場合（つまり、記録時における参照光が二次元パターン情報で空間的に変調されている場合）は、参照光のパターンと相似の形状の開口を設ければよい。

　再生光検出器５９は、再生された再生光の光強度を検出するものである。再生光のパターンが再生光検出器の受光領域よりも小さい場合（つまり、記録時における参照光のパターンが再生光検出器の受光領域よりも小さい場合）は、再生光検出器５９として、光電子倍増管（photomultiplier tube:ＰＭＴ）のような非常に感度の高い光検出素子や、安価で小型な半導体検出器、例えばピンフォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等を利用することができる。従来のホログラムを用いた光情報記録再生装置の再生光検出手段は、二次元パターン情報を再生するため、光検出素子が二次元的に配置されたＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサが必要であったが、本発明の再生光検出器５９は、再生された再生光の光強度を検出するだけでよいので光検出素子が一つの光検出器を利用することができる。また、再生光のパターンが空間的に変調されており強度分布を有している場合（つまり、記録時における参照光が複数の場合や二次元パターン情報で空間的に変調されている場合）や再生光検出器の受光領域よりも大きい場合は、図１に示すように、集光レンズ５８によって集光することで、光検出素子が一つの光電子倍増管や半導体検出器を採用することができる。また、再生光のパターンが再生光検出器の受光領域よりも小さい場合であっても、集光レンズ５８を利用すれば信頼性を高めることができる。なお、光検出素子が二次元的に配置された光強度分布を検出できる光検出器でも、全ての光検出素子の強度を総和することで再生光の光強度を検出することができ、再生光検出器５９として利用できる。

　このように、本発明の再生光検出器５９では、再生された再生光の光強度を検出するだけでよいので、数Ｍｂｐｓから数Ｇｂｐｓの転送速度のピンフォトダイオードやＰＭＴを利用でき、超高速で検索を実行することができる。従来の光検出素子が二次元的に配置されたＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサは、フレームレートが３０ｆｐｓから１０００ｆｐｓ程度であったため、１秒間に３０～１０００個のホログラムしか再生することができず、光検出素子の性能が再生速度を制限していた。

　アドレス用レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２及びアドレス光検出器６３は、記録媒体２０にアドレス層を設けた時に、アドレス層からアドレス等情報を取得して照射位置を特定したり位置合わせするために使用される。アドレス用レーザー６０としては、ホログラム記録層２１の感光材料が感光しない波長が好ましく、赤色光等の比較的長波長の半導体レーザを利用することが好ましい。アドレス光検出器６３としては、安価で小型な半導体検出器を使用することができる。

　続いて、アドレス用レーザー６０によるアドレス等情報を取得する動作を簡単に説明する。アドレス用レーザー６０から照射されたアドレス光は、ビームスプリッタ６１を透過してミラー６２によって反射され、さらにビームスプリッタ５１によって反射され、四分の一波長板５２を透過し、対物レンズ５３によって記録媒体２０のアドレス層に照射される。記録媒体２０のアドレス層によってアドレス等情報を取得した反射光は、光学系５３、５２、５１、６２を逆方向に通過し、ビームスプリッタ６１によって反射され、アドレス光検出器６３で検出される。

　次に、図１の画像情報記録検索システムにおける画像情報記録システムとしての動作を簡単に説明する。記録用光源４１から照射された光は、コリメータレンズ４２によって略平行光とされ、ミラー４３及びビームスプリッタ４４によって反射され、検索用光源５４から射出された光と同じ光軸とされる。略平行光は、ミラー４５によって空間光変調器４６に向かって反射され、空間光変調器４６に表示された記録用の二次元パターン情報及び参照光のパターンによって空間的に変調され、情報光及び参照光が生成される。そして、情報光及び参照光は、偏光ビームスプリッタ４７を透過し、第１及び第２のリレーレンズ４８、５０によって伝達され、その途中ミラー４９によって反射され、ビームスプリッタ５１を透過し、四分の一波長板５２によって円偏光に変換され、対物レンズ５３によってフーリエ変換されて記録媒体２０のホログラム記録層２１に照射される。この結果、ホログラム記録層２１には、情報光と参照光との干渉によって形成されたホログラムが記録される。

　ここで、本発明の画像情報記録システムでは、記録用光源４１として高出力のパルスレーザーを使用しているため、瞬間的に照射される高出力の情報光及び参照光によってホログラムが記録されるので、記録媒体２０を回転させながら複数のホログラムを記録できる。すなわち、回転する記録媒体２０に対し、パルス状の情報光及び参照光を照射すると、最初のパルスの情報光及び参照光は、回転する記録媒体２０の所定の位置に瞬間的に照射され、最初のホログラムが記録され、次のパルスの情報光及び参照光は、回転により最初のホログラムから移動した記録媒体２０の別の位置に瞬間的に照射され、次のホログラムが記録される。そして、記録媒体２０を回転させながら光学系４０を回転の中心から半径方向に連続的に移動させることにより、複数のホログラムを螺旋状に配列させて記録することができ、記録媒体２０の全面にホログラムを比較的高速で記録することができる。なお、記録媒体２０を回転させながら光学系４０を回転の中心から半径方向に段階的に移動させれば、複数のホログラムを同心円状に配列させて記録することができる。

　さらに、図１の画像情報記録検索システムにおける画像情報検索システムとしての動作を簡単に説明する。検索用光源５４から照射された光は、コリメータレンズ５５によって略平行光とされ、シャッタ５６がオン状態の時にシャッタ５６を通過する。その後、略平行光は、ビームスプリッタ４４を通過し、ミラー４５によって空間光変調器４６に向かって反射され、空間光変調器４６に表示された検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調され、検索光が生成される。そして、検索光は、偏光ビームスプリッタ４７を透過し、第１及び第２のリレーレンズ４８、５０によって伝達され、その途中ミラー４９によって反射され、ビームスプリッタ５１を透過し、四分の一波長板５２によって円偏光に変換され、対物レンズ５３によってフーリエ変換されて記録媒体２０のホログラム記録層２１に記録されたホログラム２４に照射される。この結果、ホログラム２４と検索光とが干渉して、記録時の参照光に相当する再生光が再生される。

　反射層２３で反射された再生光は、記録媒体２０から射出され、照射時とは反対方向に、対物レンズ５３、四分の一波長板５２、ビームスプリッタ５１、第２のリレーレンズ５０、ミラー４９及び第１のリレーレンズ４８を経て、偏光ビームスプリッタ４７に入射する。再生光は、記録時の参照光に相当するものであり、参照光は記録媒体２０に照射される際に四分の一波長板５２を通過して円偏光に変換されていたので、再度、再生光として四分の一波長板５２を通過することにより、四分の一波長板５２以降の再生光は、参照光とは直交する偏光方向の直線偏光となっている。このため、再生光は、参照光を透過した偏光ビームスプリッタ４７によって反射され、アパーチャー５７を通過し、集光レンズ５８によって再生光検出器５９に集光される。なお、反射層２３で反射された検索光は、記録媒体２０から射出され、再生光と同様の光学系を経て偏光ビームスプリッタ４７によって反射されるが、アパーチャー５７によって遮光される。

　再生光の光強度は、ホログラム２４を記録したときの記録用の二次元パターン情報と検索光の検索用の二次元パターン情報との相関値（類似度）に応じて変化し、光強度の値が大きいほど二つの二次元パターン情報が類似していることになる。したがって、再生光の光強度が、予め実験等によって定めたしきい値を超えた場合に、検索した画像情報と一致又は類似した画像情報がデータベースに記録されていると識別することができる。そして、しきい値を超えた再生光を再生したホログラムのアドレス情報を特定し、アドレス情報から、記録した画像情報の識別情報を特定すれば、検索した画像情報に一致又は類似した画像情報の識別情報を出力することもできる。なお、複数の再生光の光強度がしきい値を超えた場合には、光強度の大きなものから類似する検索結果として出力することが好ましい。

　ここで、本発明の画像情報検索システムでは、検索用光源５４としてＣＷレーザーを使用しているため、検索光を照射しながら記録媒体２０を回転させることにより、円周方向に配列して記録された複数のホログラムに対し、連続的に検索光を照射することができ、各ホログラムからの再生光の光強度も連続的に検出できるので、記録媒体２０の回転速度を速くすることができ、さらに検索速度（画像情報の転送速度）も速くすることができる。そして、記録媒体２０を回転させながら光学系４０を回転の中心から半径方向に連続的又は段階的に移動させることにより、記録媒体２０の全面に記録された複数のホログラムを高速で検索することができる。仮に、検索用光源５４としてパルスレーザーを使用した場合には、各ホログラムが検索光の照射位置を通過するタイミングとパルスレーザーの周波数とを同期させる必要があり、回転速度の制限となり、また照射位置ずれが誤差となり、信頼性が低下してしまう。

　図２及び図３は、本発明の画像情報記録検索システムの他の実施形態を示す概略構成図であり、画像情報検索システムと画像情報記録システムとが別々の装置で独立に構成された例である。図２は画像情報検索システム２の概略構成図であり、図３は画像情報記録システムの概略構成図である。図２のような画像情報検索システム２と図３のような画像情報記録システムとが画像情報記録検索システムを構成する関係とは、画像情報記録システム３において画像情報が記録された記録媒体２０を画像情報検索システム２において検索に使用できることである。なお、図２及び図３において、図１の画像情報記録検索システム１と共通する構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

　図２の画像情報検索システム２は、記録媒体２０に記録された画像情報の検索を行うシステムであり、ホログラフィック記録媒体２０、情報処理装置３０及び光学系４０’とを有している。図２のホログラフィック記録媒体２０としては、図１の画像情報記録検索システム１や図３の画像情報記録システム３において画像情報が記録された記録媒体２０を使用することができる。光学系４０’は、ホログラフィック記録媒体２０に検索光を照射して再生光を検出することができる。光学系４０’は、検索用光源５４、コリメータレンズ５５、シャッタ５６、ミラー４５、空間光変調器４６、偏光ビームスプリッタ４７、第１のリレーレンズ４８、ミラー４９、第２のリレーレンズ５０、ビームスプリッタ５１、四分の一波長板５２、対物レンズ５３、アパーチャー５７、集光レンズ５８、再生光検出器５９を有している。さらにアドレス用レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２及びアドレス光検出器６３を有していることが好ましい。図２において、検索時の光路（再生光の光路を含む）を実線で、アドレス光の光路を一点鎖線で示している。

　図２の画像情報検索システム２において、検索用光源５４から照射された光は、コリメータレンズ５５によって略平行光とされ、シャッタ５６がオン状態の時にシャッタ５６を通過する。その後、略平行光は、ミラー４５によって空間光変調器４６に向かって反射され、空間光変調器４６に表示された検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調され、検索光が生成される。そして、検索光は、偏光ビームスプリッタ４７を透過し、第１及び第２のリレーレンズ４８、５０によって伝達され、その途中ミラー４９によって反射され、ビームスプリッタ５１を透過し、四分の一波長板５２によって円偏光に変換され、対物レンズ５３によってフーリエ変換されて記録媒体２０のホログラム記録層２１に記録されたホログラム２４に照射される。この結果、ホログラム２４と検索光とが干渉して、記録時の参照光に相当する再生光が再生される。

　反射層２３で反射された再生光は、記録媒体２０から射出され、照射時とは反対方向に、対物レンズ５３、四分の一波長板５２、ビームスプリッタ５１、第２のリレーレンズ５０、ミラー４９及び第１のリレーレンズ４８を経て、偏光ビームスプリッタ４７によって反射され、アパーチャー５７を通過し、集光レンズ５８によって再生光検出器５９に集光される。なお、反射層２３で反射された検索光は、記録媒体２０から射出され、再生光と同様の光学系を経て偏光ビームスプリッタ４７によって反射されるが、アパーチャー５７によって遮光される。

　本発明の画像情報検索システム２では、検索用光源５４としてＣＷレーザーを使用しているため、検索光を照射しながら記録媒体２０を回転させることにより、円周方向に配列して記録された複数のホログラムに対し、連続的に検索光を照射することができ、各ホログラムからの再生光の光強度も連続的に検出することができるので、記録媒体２０の回転速度を速くすることができ、さらに検索速度（画像情報の転送速度）も速くすることができる。さらに、軽量で小型のＣＷレーザーを使用することにより、画像情報検索システム２の光学系４０’を搭載した光ピックアップも従来のパルスレーザーを使用したものに比べて軽量で小型とすることができるので、光ピックアップを素早く移動させることができ、しかも移動の制御も容易である。加えて、光ピックアップを移動させるために必要な駆動系も軽量化及び小型化できるので、画像情報検索システム２全体を軽量化及び小型化することができる。しかも、安価なＣＷレーザーを使用することにより、画像情報検索システム２の製造コストを安くすることができる。また、ＣＷレーザーはパルスレーザーに比べて消費電力が小さいので、この点においても有用である。

　図３の画像情報記録システム３は、記録する画像情報をホログラフィック記録媒体２０に記録するシステムであり、ホログラフィック記録媒体２０、情報処理装置３０及び光学系４０”とを有している。光学系４０”は、ホログラフィック記録媒体２０に画像情報を記録するために情報光及び参照光を照射することができる。光学系４０”は、記録用光源４１、コリメータレンズ４２、ミラー４５、空間光変調器４６、偏光ビームスプリッタ４７、第１のリレーレンズ４８、ミラー４９、第２のリレーレンズ５０、ビームスプリッタ５１、四分の一波長板５２、対物レンズ５３を有している。さらにアドレス用レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２及びアドレス光検出器６３を有していることが好ましい。図３において、記録時の光路を実線で、アドレス光の光路を一点鎖線で示している。

　図３の画像情報記録システムにおいて、記録用光源４１から照射された光は、コリメータレンズ４２によって略平行光とされ、略平行光は、ミラー４５によって空間光変調器４６に向かって反射され、空間光変調器４６に表示された記録用の二次元パターン情報及び参照光のパターンによって空間的に変調され、情報光及び参照光が生成される。そして、情報光及び参照光は、偏光ビームスプリッタ４７を透過し、第１及び第２のリレーレンズ４８、５０によって伝達され、その途中ミラー４９によって反射され、ビームスプリッタ５１を透過し、四分の一波長板５２によって円偏光に変換され、対物レンズ５３によってフーリエ変換されて記録媒体２０のホログラム記録層２１に照射される。この結果、ホログラム記録層２１には、情報光と参照光との干渉によって形成されたホログラムが記録される。

　本発明の画像情報記録システム３では、記録用光源４１として高出力のパルスレーザーを使用しているため、記録媒体２０を回転させながら、情報光及び参照光を照射することることにより、円周方向に複数のホログラムを配列させて記録することができる。また、記録媒体２０の回転速度や光学系４０”の移動速度などについて、記録処理の制御だけを行えばよいので、記録処理及び検索処理の両方が必要な図１の画像情報記録検索システム１やホログラムの記録再生を行うことができる従来の光情報記録再生装置に比べて、制御が容易であり、また検索や再生のみに必要な部品が不要なので、画像情報記録システム３の製造コストを安くすることができる。

　図４は、図２に示すような画像情報検索システム２と図３に示すような画像情報記録システム３とを用いた画像情報記録検索システム４の概略ブロック図である。図４（Ａ）の画像情報記録検索システム４は、１台の画像情報記録システム３と３台の画像情報検索システム２とから構成されている。図４（Ｂ）の画像情報記録検索システム４も、１台の画像情報記録システム３と３台の画像情報検索システム２とから構成されているが、図４（Ｂ）では、情報処理装置３０を各画像情報検索システム２及び画像情報記録システム３で共通に一つ設けた構成である。このように、画像情報記録システム３の数と比較して画像情報検索システム２の数を多くすることにより、複数枚の記録媒体に記録されたデータベースの検索を同時に実行できる。複数枚の記録媒体に記録されたデータベースとしては、あるデータベースＡが複数枚の記録媒体にわたって記録されていてもよいし、各記録媒体にそれぞれ異なるデータベースＡ，Ｂ，Ｃが記録されていてもよい。

　図４（Ａ）及び（Ｂ）の画像情報記録検索システム４では、記録する画像情報は、画像情報記録システム３において、記録媒体２０に記録される。情報が記録された記録媒体２０は、何れかの画像情報検索システム２に移動され、検索に利用される。図４（Ａ）の各情報処理装置３０は、ネットワークによって接続されていてもよい。特に、あるデータベースＡが複数枚の記録媒体にわたって記録されており、それぞれの記録媒体を異なる画像情報検索システム２で検索する場合は、各情報処理装置３０を接続させることが好ましい。

　図４（Ａ）及び（Ｂ）のような画像情報記録検索システム４は、画像情報の検索用サーバーとして利用することができる。画像情報検索システム２と画像情報記録システム３の割合は、記録する情報量又は頻度が多い場合には、画像情報記録システム３の割合を増やし、検索する情報量又は頻度が多い場合には、画像情報検索システム２の割合を増やせばよい。

　なお、画像情報記録システム３の代わりに、図１に示したような１台で構成された画像情報記録検索システム１を採用することもできる。この場合、画像情報記録検索システム１が画像情報を記録していないときは、検索処理を行うことができ、画像情報記録検索システム４全体における検索処理能力を向上させることができる。

［実施例］
　図１に示すように、１台の装置において記録用の光源と検索用の光源を選択して使用できる構成の画像情報記録検索システムを作製した。記録用の光源には、波長約５３２ｎｍの最大光出力８ＷパルスのＱスイッチ方式Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを使用し、検索用の光源には、波長約５３２ｎｍの０．２ＷのＣＷレーザーを使用した。再生光検出器には、高感度光センサーとして、光電子倍増管を採用した。ちなみに、アドレス層からアドレス等情報を取得するための光学系も採用しており、アドレス用レーザーには、６５５ｎｍ±５ｎｍの赤色レーザーを使用した。装置は、直径１２０ｍｍの反射型のホログラフィック記録媒体を保持可能に構成されており、回転駆動装置によって記録媒体を２０００ｒｐｍまでの回転速度で回転させることが可能である。なお、ホログラフィック記録媒体のホログラム記録層は５００μｍの厚みであり、空間光変調器としては、３２０×２４０の画素数のＤＭＤを使用した。

　この画像情報記録検索システムを用いて記録する画像情報として３０枚の顔画像を記録してデータベースを作成した。記録する顔画像は、前処理により、６４×１２８画素の２値画像に変換されて記録用の二次元パターン情報とされている。図５（Ａ）は、記録時における空間光変調器の表示面を示す図であり、右側の顔画像が記録用の二次元パターン情報７１であり、略中央の一塊の２×２画素のオン画素の領域が参照光のパターン７２である。なお、本実施例においては、参照光として、一塊の２×２画素の輝点を用いたので、図１の画像情報記録検索システムにおける集光レンズ５８を省略し、アパーチャー５７の開口近傍に再生光検出器５９を配置した構成とすることもできる。

　まず、ホログラフィック記録媒体を３００ｒｐｍで回転させ、Ｑスイッチ方式Ｎｄ：ＹＡＧレーザーからパルスレーザー光を射出し、図５（Ａ）のように、参照光のパターン７２と１枚目の顔画像に基づく記録用の二次元パターン情報７１が表示された空間光変調器において参照光と空間的に変調された情報光とを生成し、対物レンズによって参照光と情報光をホログラフィック記録媒体に照射し、ホログラム記録層に第１のホログラムを記録した。次に、空間光変調器に表示される記録用の二次元パターン情報７１として、２枚目の顔画像に基づく記録用の二次元パターン情報を表示して、先ほどのホログラムに対して、トラック方向に１０μｍだけ移動させた位置に第２のホログラムを記録した。ホログラムの直径は数百μｍあるので、第１のホログラムと第２のホログラムとは一部重畳したシフト多重となっている。以下同様に３０枚目の顔画像に基づくホログラムまで記録し、１０μｍピッチでシフト多重記録された３０個のホログラムを得ることができた。

　この３０個のホログラムが記録されたホログラフィック記録媒体を検索する。検索する画像情報は、記録時における記録用の二次元パターン情報を生成するときと同じ前処理によって、画像サイズ６４×１２８画素の２値画像に変換されて検索用の二次元パターン情報が生成される。図５（Ｂ）は、検索時における空間光変調器の表示面を示す図であり、図５（Ａ）において記録用の二次元パターン情報７１が表示された領域に、検索用の二次元パターン情報７３が表示される。

　検索時には、ホログラフィック記録媒体を３００ｒｐｍで回転させ、検索用光源である０．２ＷのＣＷレーザーから連続的にレーザー光を照射し、図５（Ｂ）のように、検索用の二次元パターン情報７３が表示された空間光変調器において空間的に変調された検索光を生成し、対物レンズによって検索光をホログラフィック記録媒体のホログラム記録層に記録された３０個のホログラムに対し連続的に照射した。そして、各ホログラムから再生された再生光は、再生光検出器によって光強度の値が連続的に検出される。図５（Ｃ）は、対物レンズの射出瞳面に結像した再生光のパターン７４であり、記録時における参照光と同じ形状である。

　図６は、記録した３０枚の画像情報のうちの１枚を検索用画像として検索したときの検索結果を示すものであり、縦軸は任意単位の相関値（再生光の強度）であり、横軸は相関マップ（時間）である。連続的に検出された相関値は、各ホログラムに照射されたときに再生光が再生されてピークが形成されるが、一つだけ明らかに相関値の高いピーク８１が存在する。このピーク８１は、検索用画像と同じ画像情報を記録したときのホログラムを再生したときに得られたものである。図６から、相関値を予め設定された閾値と比較することにより、検索用画像がデータベースに登録されているか否かを照合できることを示している。例えば、図６において、点線で示す相関値を閾値８２として設定しておけば、得られた相関値が、閾値８２よりも大きい場合は検索用画像がデータベースに登録されており、小さい場合は検索用画像がデータベースに登録されていないと判断できる。さらに、閾値よりも大きい再生光を発生させたホログラムを特定することで、検索用画像の特定も可能である。なお、図６において、検索した領域には、３０枚の画像情報に基づく３０個のホログラムに加え、記録に失敗したホログラムやダミーのホログラムが２０個記録されていたため、５０の相関値ピークが検出されている。

　図７は、上記３０枚の顔画像のデータベースにおけるエラーレートを示す図であり、縦軸はエラーレートで、横軸は規格化された相関値（参照光の光強度）に関する閾値である。エラーレートは、２つのデータから構成されており、一方は、記録されている画像を記録されていないと誤認した時の登録画像拒否率（ＦＲＲ：False Rejection Rate）であり、他方は、異なる画像を記録された画像と誤認した時の他画像受入率（ＦＡＲ：False Acceptance Rate）である。登録画像拒否率ＦＲＲ及び他画像受入率ＦＡＲは、それぞれ閾値を変化させた時の照合結果の正誤率から求められる。図７は、記録された３０枚の顔画像をそれぞれ３０枚の検索用の画像情報として、データベースと照合して取得した相関値に対し、閾値を変化させた時の登録画像拒否率ＦＲＲ及び他画像受入率ＦＡＲの結果である。

　登録画像拒否率ＦＲＲは、図７における右上がりのデータであり、閾値が０の場合、すなわち、どの検出結果も記録されている画像と認識する場合は０％（ただし、他画像受入率ＦＡＲは最大となる）であり、閾値が高くなるとエラーレートも高くなる。他画像受入率ＦＡＲは、図７における右下がりのデータであり、閾値が０の場合、すなわち、どの検出結果も記録されている画像と認識する場合に最大となり、閾値が高くなるとエラーレートが低くなる。登録画像拒否率ＦＲＲと他画像受入率ＦＡＲとが交差する値は、登録画像拒否率ＦＲＲと他画像受入率ＦＡＲの双方が共に小さくなる閾値であり、その時のエラーレートをＥＥＲ（Equal Error Rate）と呼び、ＥＥＲが一定の範囲を有する時にその範囲を閾値領域と呼ぶ。ＥＥＲは小さいほど好ましく、ＥＥＲが０％であれば、登録画像拒否率ＦＲＲも他画像受入率ＦＡＲも０％であり、理論上はエラーが発生しない。閾値領域の広さは照合の信頼性を示し、広いほど照合の信頼性が高いことを意味する。図７において、閾値領域の範囲８３を一点鎖線で示す。なお、類似した画像の照合も可能とするために、敢えて実際に設定する閾値を閾値領域の範囲外であり、閾値領域の最小値よりも小さい値として、他画像受入率ＦＡＲを高く、登録画像拒否率ＦＲＲを小さくしてもよい。

　図７に示すとおり、３００ｒｐｍで検索した結果、ＥＥＲ０％、閾値領域０．９という非常に良好な検索結果を得ることができた。かかる３００ｒｐｍの検索は、１秒間に記録媒体が５回転することになり、直径１２０ｍｍの円周上に１０μｍ間隔でホログラムを記録すると、１周当たり３７６９９個（１２０×π÷１０^－３）のホログラムを記録でき、各ホログラムの最大情報量は空間光変調器の表示画素数である３２０×２４０ビットであるから、１秒間で最大約１４Gビット（５×３７６９９×３２０×２４０）のデータを検索したことになる。これは、コンピュータによる情報演算を用いた検索処理であれば、１４Gｂｐｓのデータ転送速度が必要であることを意味している。しかし、本発明の画像情報検索システムにおいては、相関値である再生光の光強度の値を検出するだけでよいので、１４Gｂｐｓのデータ転送速度のシステムを構築する必要がなく、せいぜい数Ｍｂｐｓのデータ転送速度の再生光検出器を利用すれば検索できるのである。　

Claims

　ホログラム記録層を備えたホログラフィック記録媒体に記録された画像情報を検索する画像情報検索システムであって、
　前記ホログラフィック記録媒体のホログラム記録層には、参照光と記録用の二次元パターン情報によって空間的に変調された情報光とを干渉させて形成されたホログラムが記録されており、
　ＣＷレーザーから射出された光を検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調して検索光を生成し、
　前記ホログラフィック記録媒体を回転させながら前記検索光を前記ホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、
　前記ホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器によって検出し、
　前記再生光の光強度の値を用いて前記記録用の二次元パターン情報と前記検索用の二次元パターン情報とを照合することを特徴とする画像情報検索システム。
　前記再生光検出器が、光電子倍増管であることを特徴とする請求項１に記載の画像情報検索システム。
　前記再生光を前記再生光検出器に対し集光する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像情報検索システム。
　ホログラム記録層を備えたホログラフィック記録媒体に画像情報を記録し、記録された画像情報を検索する画像情報記録検索システムであって、
　パルスレーザーから射出された光を記録用の二次元パターン情報によって空間的に変調して情報光を生成し、前記ホログラフィック記録媒体を回転させながら参照光と前記情報光とを前記ホログラフィック記録媒体のホログラム記録層に照射して、前記ホログラム記録層に前記参照光と前記情報光とを干渉させて形成されたホログラムを記録する画像情報記録システムと、
　ＣＷレーザーから射出された光を検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調して検索光を生成し、前記ホログラフィック記録媒体を回転させながら前記検索光を前記ホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、当該ホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器によって検出し、前記再生光の光強度の値を用いて前記記録用の二次元パターン情報と前記検索用の二次元パターン情報とを照合する画像情報検索システムとを有することを特徴とする画像情報記録検索システム。
　前記再生光検出器が、光電子倍増管であることを特徴とする請求項１に記載の画像情報記録検索システム。
　前記画像情報検索システムは、前記再生光を前記再生光検出器に対し集光する手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の画像情報記録検索システム。
　前記記録用の二次元パターン情報は、記録する画像情報に対し、情報の一部を削除する不可逆な変換処理を行って作成されることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の画像情報記録検索システム。
　前記画像情報記録システムと前記画像情報検索システムとは、少なくとも光学系が異なる装置で構成されており、前記画像情報記録システムの数と比較して前記画像情報検索システムの数が多いことを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の画像情報記録検索システム。