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JP7339903B2 - Image processing device and hologram recording/reproducing device - Google Patents

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JP7339903B2 JP2020037214A JP2020037214A JP7339903B2 JP 7339903 B2 JP7339903 B2 JP 7339903B2 JP 2020037214 A JP2020037214 A JP 2020037214A JP 2020037214 A JP2020037214 A JP 2020037214A JP 7339903 B2 JP7339903 B2 JP 7339903B2
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Description

本発明は、画像処理装置及びホログラム記録再生装置に関し、特に、ホログラムの画像面内方向に生じる振幅又は位相のずれ量(ノイズ)を推定する画像処理装置と、その画像処理装置を用いたホログラム記録再生装置に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and a hologram recording/reproducing apparatus, and more particularly, to an image processing apparatus for estimating the amplitude or phase deviation (noise) generated in the in-plane direction of a hologram, and a hologram recording using the image processing apparatus. It relates to a playback device.

ホログラムメモリーは、ビット列を二次元状に変調(符号化)したページデータと呼ばれる画像データを記録再生に使用する。ページデータを表示するSLM(Spatial Light Modulator:空間光変調器)によって変調された信号光と、無変調の参照光を同時にホログラム記録媒体に照射し、その際に生成された干渉縞(ホログラム)を記録媒体に書き込むことによってデータを記録している。また、再生時には、記録された干渉縞に参照光を照射することで、元の信号光が担持していたデータを回折光として再生することができ、これをカメラで撮像しデータを読み出す。 The hologram memory uses image data called page data obtained by two-dimensionally modulating (encoding) a bit string for recording and reproduction. A signal light modulated by an SLM (Spatial Light Modulator) that displays page data and an unmodulated reference light are simultaneously irradiated onto a hologram recording medium, and interference fringes (holograms) generated at that time are recorded. Data is recorded by writing to a recording medium. During reproduction, by irradiating the recorded interference fringes with reference light, the data carried by the original signal light can be reproduced as diffracted light, which is imaged by a camera and read out.

ホログラムメモリーは、一度の光照射で二次元の情報を一括で記録又は再生できるため、転送速度が高いという特徴がある。また、ホログラム記録装置は、角度多重、位相コード多重、球面参照光シフト多重などの様々な多重方式を用いることで、同一箇所にホログラムを多重記録可能であり、これにより高密度に情報を記録することができる。近年ではさらなる大容量化に向けて、ページデータを従来の2値符号から多値符号にすることで情報量を増大させると同時に、振幅情報だけでなく位相情報を保存可能であるホログラムの特徴を利用して、振幅変調と位相変調を組み合わせた記録再生手法が提案されている(非特許文献1)。 A hologram memory is characterized by a high transfer rate because two-dimensional information can be collectively recorded or reproduced by a single light irradiation. In addition, the hologram recording apparatus can record multiple holograms at the same location by using various multiplexing methods such as angle multiplexing, phase code multiplexing, and spherical reference beam shift multiplexing, thereby recording information at high density. be able to. In recent years, in order to further increase the storage capacity, the page data has been changed from the conventional binary code to a multi-level code to increase the amount of information. A recording/reproducing method combining amplitude modulation and phase modulation has been proposed (Non-Patent Document 1).

振幅変調と位相変調を行うホログラム記録再生装置の例を図19に示す。 FIG. 19 shows an example of a hologram recording/reproducing apparatus that performs amplitude modulation and phase modulation.

まず、ホログラム記録再生装置100におけるデータの記録について説明する。レーザー光源101で発生したレーザー光は、レンズ102、ビームスプリッタ(BS)103、ビームスプリッタ(BS)104の順で進み、ビームスプリッタ(BS)104で2つに分割される。ビームスプリッタ(BS)104で反射したレーザー光は、振幅変調SLM105、レンズ106、位相変調SLM107、レンズ108を通過し、変調された信号光となって記録媒体109に至る。ここで、振幅変調SLM105は、レーザー光の振幅を変調して情報(データ)を付加し、位相変調SLM107は、レーザー光の位相を変調して情報を付加する。一方、ビームスプリッタ(BS)104を透過した光は、ミラー110及びミラー111で反射され、無変調の参照光として記録媒体109に至る。記録媒体109には、信号光と参照光とが干渉して生成された干渉縞(ホログラム)として、データが記録される。 First, data recording in the hologram recording/reproducing apparatus 100 will be described. A laser beam generated by a laser light source 101 advances through a lens 102, a beam splitter (BS) 103, and a beam splitter (BS) 104 in that order, and is split into two by the beam splitter (BS) 104. FIG. A laser beam reflected by a beam splitter (BS) 104 passes through an amplitude modulating SLM 105, a lens 106, a phase modulating SLM 107, and a lens 108, and reaches a recording medium 109 as modulated signal light. Here, the amplitude modulation SLM 105 modulates the amplitude of the laser light to add information (data), and the phase modulation SLM 107 modulates the phase of the laser light to add information. On the other hand, the light transmitted through the beam splitter (BS) 104 is reflected by the mirrors 110 and 111 and reaches the recording medium 109 as unmodulated reference light. Data is recorded on the recording medium 109 as interference fringes (holograms) generated by interference between the signal light and the reference light.

次に、ホログラム記録再生装置100におけるデータの読み出し、すなわちホログラムの再生について説明する。ホログラムの再生時は、レーザー光源101で発生したレーザー光が、レンズ102、ビームスプリッタ(BS)103、ビームスプリッタ(BS)104、ミラー110及びミラー111の経路で進行し、参照光として記録媒体109に照射される。照射された参照光により記録媒体109に記録されていたデータがホログラム(回折光)として再生される。再生されたホログラムは、レンズ112、ビームスプリッタ(BS)113を透過し、カメラ(撮像素子)114により画像データとして取得される。画像データは、演算装置120により解析・復号され、記録されていたデータ(ビット列)が復元されて読み出される。これら光学系は、ホログラム再生手段の例である。 Next, reading of data in the hologram recording/reproducing apparatus 100, that is, reproduction of a hologram will be described. When reproducing the hologram, the laser light generated by the laser light source 101 travels along the path of the lens 102, the beam splitter (BS) 103, the beam splitter (BS) 104, the mirrors 110 and 111, and reaches the recording medium 109 as reference light. is irradiated to Data recorded in the recording medium 109 is reproduced as a hologram (diffracted light) by the irradiated reference light. The reproduced hologram is transmitted through a lens 112 and a beam splitter (BS) 113 and acquired as image data by a camera (imaging device) 114 . The image data is analyzed and decoded by the arithmetic unit 120, and the recorded data (bit string) is restored and read out. These optical systems are examples of hologram reproducing means.

なお、振幅変調による振幅情報は、再生光の強度情報(輝度情報)としてカメラ114で直接的に取得できるが、位相変調による位相情報は、ビームスプリッタ(BS)103で分割されたプローブ光を用いて取り出す。すなわち、再生時、参照光の照射によって記録媒体109で回折され生じた再生光に対して、補正用位相変調SLM115によってレーザー光源101のビーム面内の位相むらが無いように調整されたプローブ光を合波させると、同位相の領域では光が強め合い、逆位相の領域では光が打ち消される。ピエゾ変調器116により、プローブ光の位相を0、π/2、π、3/2πと変えながら4回カメラで合波した光を撮影し、4ステップ位相シフト法(例えば、特許文献1)を用いることで、強度情報から位相情報を取得することができる。 Amplitude information obtained by amplitude modulation can be obtained directly by the camera 114 as intensity information (brightness information) of the reproduced light. remove it. That is, during reproduction, the probe light adjusted by the correction phase modulation SLM 115 so that there is no phase unevenness in the beam plane of the laser light source 101 is applied to the reproduction light diffracted by the recording medium 109 due to the irradiation of the reference light. When the waves are combined, the light beams are constructive in the region of the same phase, and the light beams are canceled in the region of the opposite phase. The piezo modulator 116 changes the phase of the probe light to 0, π/2, π, and 3/2π, and the camera captures the combined light four times, and the 4-step phase shift method (for example, Patent Document 1) is performed. Phase information can be acquired from the intensity information by using it.

ページデータは1インチ平方相当の面積を有するため、記録媒体109の膨張・収縮や位置ずれ、光学系のゆがみや収差等の影響で、面内で低周波のノイズ・むらが生じる。そのため、変調コードとしては、差分コードなど、ページデータを分割したある一定の範囲(複数のシンボルからなる変調ブロック)内で輝点と暗点の判定を行う方法が提案されている(特許文献2)。再生時の諸条件や、レーザー光の面内方向の輝度むらなどがあっても、局所的な範囲である変調ブロック内で相対的に輝度値の大小を決定できるため、ページデータ全体で生じるむらの影響をある程度無視することができる。これは位相の変調符号としても同様に適用可能である。一方で、多値化が進んでいけばいくほど、より振幅値や位相値を正確に判定しなければならないため、差分コードの利用に加えて、ノイズの補償技術が必要となる。 Since the page data has an area equivalent to 1 square inch, low-frequency noise and unevenness occur in the plane due to expansion/contraction and misalignment of the recording medium 109, distortion and aberration of the optical system, and the like. Therefore, as a modulation code, a method has been proposed in which bright spots and dark spots are determined within a certain range (modulation block consisting of a plurality of symbols) obtained by dividing page data, such as a differential code (Patent Document 2). ). Even if there are various conditions during playback and uneven brightness in the in-plane direction of the laser beam, the relative magnitude of the brightness value can be determined within the modulation block, which is a local range, resulting in unevenness that occurs throughout the page data. can be ignored to some extent. This is equally applicable as a phase modulation code. On the other hand, as the number of values increases, the amplitude value and phase value must be determined more accurately. Therefore, in addition to the use of differential codes, noise compensation technology is required.

例えば、すべての画素値が255(8bitデータの白画素)であるリファレンスのページデータを事前に記録・再生しておき、カメラで取得した画像からページデータ面内に重畳されるノイズ情報を特定する振幅ノイズの補償方法が提案されている(特許文献3)。ノイズが重畳された画素では画素値が変動するため、取得したノイズ情報分を再生ページデータから除算或いは減算することで補償が可能である。位相ノイズについても同様に補償可能である。また、記録媒体を介さず、SLMに表示されたページデータを直接カメラで複数回撮像することで、光学系を伝搬することで面内に生じるむら・ノイズの情報を取得することも可能である。 For example, reference page data in which all pixel values are 255 (white pixels of 8-bit data) is recorded and reproduced in advance, and noise information superimposed on the page data surface is specified from the image acquired by the camera. A compensation method for amplitude noise has been proposed (Patent Document 3). Pixel values on which noise is superimposed fluctuate, so compensation can be achieved by dividing or subtracting the acquired noise information from the reproduced page data. Phase noise can be similarly compensated. In addition, it is also possible to obtain information on unevenness and noise generated in the plane by propagating through the optical system by directly imaging the page data displayed on the SLM multiple times with a camera without going through a recording medium. .

また、特定の既知のページデータやシンボルを埋め込まない方法も提案されている(非特許文献2)。非特許文献2の方法では、シンボルサイズより細いラインを用い、再生されたデータについて空間的な線形補完の計算のみで位相ノイズを補償している。 A method of not embedding specific known page data or symbols has also been proposed (Non-Patent Document 2). In the method of Non-Patent Document 2, a line thinner than the symbol size is used, and the phase noise is compensated for the reproduced data only by computation of spatial linear interpolation.

特開2019-33467号公報JP 2019-33467 A 特許第3209493号公報Japanese Patent No. 3209493 特許第4863913号公報Japanese Patent No. 4863913

Teruyoshi Nobukawa and Takanori Nomura, "Multilevel recording of complex amplitude data pages in a holographic data storage system using digital holography," Opt. Express, Vol. 24, No. 18, (2016), pp. 21001-21011Teruyoshi Nobukawa and Takanori Nomura, "Multilevel recording of complex amplitude data pages in a holographic data storage system using digital holography," Opt. Express, Vol. 24, No. 18, (2016), pp. 21001-21011 Masatoshi Bunsen and Shosei Tateyama, "Detection method for the complex amplitude of a signal beam with intensity and phase modulation using the transport of intensity equation for holographic data storage," Optics Express, Vol. 27, No. 17, (2019), pp. 24029-24042Masatoshi Bunsen and Shosei Tateyama, "Detection method for the complex amplitude of a signal beam with intensity and phase modulation using the transport of intensity equation for holographic data storage," Optics Express, Vol. 27, No. 17, (2019), pp 24029-24042

しかしながら、リファレンスのページデータを用いる手法(特許文献3)では、事前にリファレンスとなるページデータを記録しておかなければならないため、1ページデータ分、ホログラム記録媒体に記録可能な情報が減ってしまう。また、再生前に補償のためのキャリブレーション作業が必要となる。加えて、記録媒体及び光学系が温度変化に伴って膨張収縮するため、キャリブレーションしてから時間が経過してしまうと正確に補償できず、或いは、こまめにリファレンスのページデータを再生して補償量を更新しなければならない。特に、位相変調においては、記録媒体の膨張収縮によって再生光の波面が容易に変化するため、位相情報が正確に復調できない。 However, in the method using reference page data (Patent Document 3), the reference page data must be recorded in advance, so the amount of information that can be recorded on the hologram recording medium is reduced by one page data. . In addition, calibration work for compensation is required before reproduction. In addition, since the recording medium and optical system expand and contract with temperature changes, accurate compensation cannot be performed if time has passed since calibration, or compensation is performed by frequently reproducing reference page data. I have to update the quantity. In particular, in phase modulation, the wavefront of the reproduction light is easily changed by the expansion and contraction of the recording medium, so the phase information cannot be accurately demodulated.

また、再生されたページデータからの計算のみで補償を行う手法の場合には、1つのシンボルを10×10画素程度の比較的大きなサイズで構成する必要があり、また、微細かつ多画素のカメラを必要とするため、大容量記録可能なシステムの実現は困難である。 In addition, in the case of a method of performing compensation only by calculation from reproduced page data, it is necessary to configure one symbol with a relatively large size of about 10×10 pixels, and a fine and multi-pixel camera is required. Therefore, it is difficult to realize a system capable of large-capacity recording.

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、ホログラム再生手段で再生されたページデータについて、ページデータ面内の振幅又は位相変調のむらを、少ないサンプリング数(シンボル数)から正確に取得することができる、画像処理装置及びホログラム記録再生装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention, which has been made in view of the above-described problems, is to reduce unevenness in amplitude or phase modulation in the plane of page data from a small number of samples (number of symbols) for page data reproduced by a hologram reproducing means. An object of the present invention is to provide an image processing device and a hologram recording/reproducing device capable of accurately obtaining an image.

記課題を解決するために本発明に係る画像処理装置は、ホログラム再生手段により再生されたページデータを処理する画像処理装置であって、再生された前記ページデータから既知の振幅値又は位相値を有するシンボルを抽出し、抽出された前記シンボルの再生された振幅値又は位相値を出力する既知シンボル抽出部と、抽出された前記シンボルの振幅値又は位相値から、前記ページデータの周波数成分又は波面の収差成分を圧縮センシングを用いた最適化問題により求め、ページデータ全体に重畳された振幅又は位相のノイズを推定するページデータノイズ推定部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an image processing apparatus according to the present invention is an image processing apparatus for processing page data reproduced by a hologram reproducing means, wherein a known amplitude value or phase value is obtained from the reproduced page data. and a known symbol extraction unit that outputs a reproduced amplitude value or phase value of the extracted symbol; and a frequency component of the page data or a page data noise estimating unit that obtains an aberration component of a wavefront by an optimization problem using compression sensing, and estimates amplitude or phase noise superimposed on the entire page data.

前記画像処理装置において、前記ページデータノイズ推定部は、逆離散コサイン変換の二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することが望ましい。 In the image processing apparatus, it is preferable that the page data noise estimator estimates noise by an optimization problem using a linear equation based on a two-dimensional basis function of inverse discrete cosine transform.

また、前記画像処理装置において、前記ページデータノイズ推定部は、逆離散ウェーブレット変換の二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することが望ましい。 In the image processing apparatus, the page data noise estimator preferably estimates noise by an optimization problem using a linear equation based on a two-dimensional basis function of inverse discrete wavelet transform.

また、前記画像処理装置において、前記ページデータノイズ推定部は、ゼルニケ多項式の二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することが望ましい。 In the image processing apparatus, the page data noise estimator preferably estimates noise by an optimization problem using linear equations based on two-dimensional basis functions of Zernike polynomials.

また、前記画像処理装置は、既知の振幅値又は位相値を有するシンボルが一定の間隔ごとに配置されたページデータを処理することが望ましい。 Also, the image processing apparatus preferably processes page data in which symbols having known amplitude or phase values are arranged at regular intervals.

また、前記画像処理装置は、圧縮センシングを用いた最適化問題により、既知の振幅値又は位相値を有するシンボルが不規則に配置されたページデータを処理することが望ましい。 Also, the image processing apparatus preferably processes page data in which symbols having known amplitude or phase values are irregularly arranged according to an optimization problem using compressed sensing.

また、前記画像処理装置は、再生された前記ページデータに対して、推定したページデータ全体に重畳された振幅又は位相のノイズを補償するノイズ補償部をさらに備えることが望ましい。 In addition, it is preferable that the image processing apparatus further includes a noise compensator for compensating the reproduced page data for amplitude or phase noise superimposed on the entire estimated page data.

さらに、上記課題を解決するために本発明に係るホログラム記録再生装置は、ホログラムを記録再生する光学系と、上記の画像処理装置と、ノイズを補償されたページデータを復号する復号部とを備えることを特徴とする。 Furthermore, in order to solve the above problems, a hologram recording/reproducing apparatus according to the present invention includes an optical system for recording and reproducing a hologram, the image processing apparatus described above, and a decoding section for decoding page data compensated for noise. It is characterized by

本発明における画像処理装置及びホログラム記録再生装置によれば、ホログラム再生手段で再生されたページデータについて、ページデータ面内の振幅又は位相変調のむらを、少ないサンプリング数(シンボル数)から正確に取得することができる。 According to the image processing apparatus and the hologram recording/reproducing apparatus of the present invention, the amplitude or phase modulation unevenness in the page data surface of the page data reproduced by the hologram reproducing means can be accurately obtained from a small number of samples (the number of symbols). be able to.

本発明の画像処理装置の概念図である。1 is a conceptual diagram of an image processing apparatus of the present invention; FIG. ページデータに重畳されたむら・ノイズのパターンの例である。It is an example of a pattern of unevenness/noise superimposed on page data. 特定位置(同位置)に既知のシンボルを有する変調ブロックにより構成されたページデータの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of page data composed of modulation blocks having known symbols at specific positions (same positions); 3×3変調ブロックの再生ページデータから既知のシンボルを抽出する処理の例を示す図である。FIG. 10 illustrates an example of a process of extracting known symbols from recovered page data of a 3×3 modulation block; 3×3シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、リサンプリング処理により推定したノイズである。This is noise estimated by resampling using known symbols embedded in every 3×3 symbols. 25×25変調ブロックの再生ページデータから既知のシンボルを抽出する処理の例を示す図である。FIG. 10 illustrates an example of a process for extracting known symbols from recovered page data of a 25×25 modulation block; 25×25シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、リサンプリング処理により推定したノイズである。This is noise estimated by resampling using known symbols embedded in every 25×25 symbols. 二次元離散コサイン変換の基底(8×8)を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a basis (8×8) of a two-dimensional discrete cosine transform; 二次元離散コサイン変換を用いて、画像を分解したイメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an image obtained by decomposing an image using two-dimensional discrete cosine transform; 逆離散コサイン変換の内積表現を示す図である。It is a figure which shows the inner product representation of inverse discrete cosine transform. 逆離散コサイン変換の基底Bの間引きの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of thinning of the basis B of the inverse discrete cosine transform; 圧縮センシングを用いる最適化問題の内積表現を示す図である。FIG. 10 illustrates the inner product representation of an optimization problem with compressed sensing; 3×3シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、最適化問題から推定したノイズである。It is the noise estimated from the optimization problem with known symbols embedded every 3x3 symbols. 25×25シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、最適化問題から推定したノイズである。Noise estimated from an optimization problem with known symbols embedded every 25×25 symbols. 既知のシンボルが等間隔で配置されていないページデータの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of page data in which known symbols are not arranged at regular intervals; 変調ブロックの外に既知のシンボルを配置したページデータの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of page data in which known symbols are arranged outside modulation blocks; 3×3シンボルごとに既知のシンボル位置が異なるページデータにおいて、最適化問題から推定したノイズである。This is noise estimated from an optimization problem in page data with different known symbol positions for every 3×3 symbols. 画像(光の波面収差)をゼルニケ多項式で表したイメージを示す図である。It is a figure which shows the image which represented the image (wavefront aberration of light) with the Zernike polynomial. 振幅変調と位相変調を行うホログラム記録再生装置の例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a hologram recording/reproducing apparatus that performs amplitude modulation and phase modulation; FIG.

図1に本発明の画像処理装置の概念図を示す。画像処理装置1は、ホログラムのページデータを処理する装置であって、既知シンボル抽出部2と、ページデータノイズ推定部3とを備えており、必要に応じて、さらにノイズ補償部4を備える。画像処理装置1には、ホログラム再生手段(例えば、図19の光学系)により再生されたページデータが、画像データとして入力される。なお、本発明において再生されたページデータとは、ホログラム記録媒体に記録され再生されたページデータのみならず、ホログラム記録再生装置において、SLMに表示されホログラム再生の光学系を経てカメラ(撮像素子)で取得されたページデータであってもよい。入力されるページデータは、リファレンスとなる既知の振幅値又は位相値を有するシンボルを一部に含んでいる。なお、説明を簡単にするため、位相値の場合は、4ステップ位相シフト法等により位相値を取得し振幅値に変換する処理が行われたページデータが入力されるものとする。 FIG. 1 shows a conceptual diagram of an image processing apparatus of the present invention. The image processing device 1 is a device for processing hologram page data, and includes a known symbol extraction unit 2, a page data noise estimation unit 3, and, if necessary, a noise compensation unit 4. The page data reproduced by the hologram reproducing means (for example, the optical system in FIG. 19) is input to the image processing apparatus 1 as image data. Note that the reproduced page data in the present invention means not only the page data recorded and reproduced on the hologram recording medium, but also the page data displayed on the SLM in the hologram recording/reproducing apparatus and transmitted through the camera (imaging device) through the hologram reproducing optical system. It may be the page data acquired in . The input page data partly contains a symbol having a known amplitude value or phase value as a reference. In order to simplify the explanation, in the case of the phase value, the page data that has undergone the process of obtaining the phase value by the 4-step phase shift method or the like and converting it into the amplitude value is input.

既知シンボル抽出部2は、入力された画像データ(ページデータ)から、既知の振幅値又は位相値を有するシンボルを抽出し、抽出された前記シンボルの再生された振幅値又は位相値(再生情報又は観測情報と言うことがある。)を取得して、ページデータノイズ推定部3に出力する。 The known symbol extraction unit 2 extracts a symbol having a known amplitude value or phase value from input image data (page data), and extracts a reproduced amplitude value or phase value (reproduced information or phase value) of the extracted symbol. It may be called observation information.) is acquired and output to the page data noise estimation unit 3 .

ページデータノイズ推定部3は、後述のとおり、リサンプリング処理又は圧縮センシングの手法により、ページデータ全体に重畳された振幅又は位相のノイズを推定し、推定したノイズをノイズ補償部4に出力する。 As will be described later, the page data noise estimator 3 estimates amplitude or phase noise superimposed on the entire page data by resampling or compressed sensing, and outputs the estimated noise to the noise compensator 4 .

ノイズ補償部4は、入力された画像データ(再生されたページデータ)から、ページデータノイズ推定部3で推定したノイズを除去(減算又は除算等)することにより補償し、ノイズ補償された画像データ(ページデータ)を画像処理装置1の出力データとして出力する。 The noise compensator 4 removes (subtracts or divides) the noise estimated by the page data noise estimator 3 from the input image data (reproduced page data), thereby compensating for noise-compensated image data. (page data) is output as output data of the image processing apparatus 1 .

本発明で特定するページデータに重畳されたむら・ノイズ(例えば、位相ノイズ)のパターンの例を、図2に示す。なお、本明細書及び図面では、位相ノイズも、画像の強度に変換して視覚的に認識できるものとして示す。図2は、全てのシンボルの位相を0としたページデータを事前に記録・再生する従来の手法を用いて取得した位相ノイズである。ページデータ全体にわたって周波数(画像周波数)の低いノイズが重畳されている。 FIG. 2 shows an example of patterns of unevenness/noise (for example, phase noise) superimposed on page data specified in the present invention. In this specification and drawings, phase noise is also shown as being visually recognizable by converting it into image intensity. FIG. 2 shows phase noise obtained using a conventional method of recording and reproducing page data in which the phases of all symbols are set to 0 in advance. Low frequency (image frequency) noise is superimposed over the entire page data.

なお、振幅ノイズについても、全シンボルを白画素(例えば、画素値が255)としたページデータを記録・再生することにより、取得することができる。ページデータ面内に重畳される振幅ノイズも、位相ノイズと同様に、周波数の低いノイズとなる。以下の説明では、主に位相ノイズについて説明するが、振幅ノイズも全く同様に処理できる。 Amplitude noise can also be obtained by recording and reproducing page data in which all symbols are white pixels (for example, the pixel value is 255). Amplitude noise superimposed on the page data surface is also low-frequency noise, similar to phase noise. In the following description, phase noise will be mainly described, but amplitude noise can be treated in exactly the same way.

以下、本発明の実施の形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

(第1の実施形態)
本発明では、ページデータ内に、既知の振幅値又は位相値をもつシンボル(以下、「既知シンボル」と言うことがある。)を埋め込む。第1の実施形態では、例えば、所定の個数のシンボルで変調ブロックを構成し、その中の特定のシンボル位置を既知のシンボルとするような符号を用いる。図3は、特定位置(同位置)に既知のシンボルを有する変調ブロックにより構成されたページデータの例である。ページデータ10を3×3シンボルからなる変調ブロック11(太枠で表示)で構成し、変調ブロック11の中心を既知のシンボル12(黒いシンボルで表示)として、本実施形態ではその位相値を必ず位相0としている。なお、既知シンボル12は、振幅値が既知のシンボルであってもよい。
(First embodiment)
In the present invention, a symbol having a known amplitude value or phase value (hereinafter sometimes referred to as "known symbol") is embedded in page data. In the first embodiment, for example, a modulation block is composed of a predetermined number of symbols, and a code is used in which a specific symbol position in the block is a known symbol. FIG. 3 is an example of page data composed of modulation blocks having known symbols at specific positions (same positions). The page data 10 is composed of a modulation block 11 (indicated by a thick frame) consisting of 3×3 symbols, and the center of the modulation block 11 is a known symbol 12 (indicated by a black symbol). The phase is assumed to be 0. Note that the known symbol 12 may be a symbol whose amplitude value is known.

図4は、3×3変調ブロックの再生ページデータから既知のシンボルを抽出する処理の例である。中心に既知シンボル(位相0)12を有する3×3変調ブロック11からなる変調符号で記録し、再生して取得したN×N(一辺のシンボル数がN)のページデータ(位相データ)10を図4の左側に示す。これは、図1の画像処理装置1の入力画像データに相当する。縦方向、横方向ともに、一定の間隔ごと(3シンボルごと)に、既知シンボルが含まれている。ノイズ推定にはページデータ面内の既知シンボルの再生情報(ここでは位相情報)のみを使用する。 FIG. 4 is an example of a process for extracting known symbols from recovered page data of a 3×3 modulation block. Page data (phase data) 10 of N×N (the number of symbols on one side is N) obtained by recording and reproducing with a modulation code composed of a 3×3 modulation block 11 having a known symbol (phase 0) 12 at the center. It is shown on the left side of FIG. This corresponds to the input image data of the image processing apparatus 1 in FIG. Known symbols are included at regular intervals (every three symbols) in both the vertical and horizontal directions. For noise estimation, only reproduced information (here, phase information) of known symbols within the page data surface is used.

したがって、ノイズ推定のために、ページデータ中のシンボルの内、1/9のシンボルのみを有効な情報を有するシンボルとして抽出する。情報が既知でない領域(ノイズ推定に使用しないシンボル)を間引いて、詰めて並べることにより、要素数(シンボル数)がM×Mの観測画像G20(図4の右側)を作ることができる。この抽出作業は、図1の画像処理装置1の既知シンボル抽出部2が行う。 Therefore, for noise estimation, only 1/9 of the symbols in the page data are extracted as having valid information. By thinning out regions where information is not known (symbols not used for noise estimation) and arranging them closely, an observed image G20 (on the right side of FIG. 4) with the number of elements (the number of symbols) of M×M can be created. This extraction work is performed by the known symbol extraction unit 2 of the image processing apparatus 1 shown in FIG.

次に、抽出された既知シンボルの再生情報から、ページデータ全体のノイズを推定する。本実施形態では、例えば、画像G(M×M)20を、9倍のシンボル数になるよう補間又は外挿を用いた画像拡大処理を行うことにより、ページデータ全体に重畳されたノイズが推定できる。処理としては、例えば、双一次補間(バイリニア)、双三次補間(バイキュービック)など、画像の拡大時にリサンプリング(拡大されたシンボル数に対応したサンプリング)によって補間する手法を用いることができる。このページデータ全体のノイズの推定処理は、図1の画像処理装置1のページデータノイズ推定部3が行う。 Next, the noise of the entire page data is estimated from the reproduced information of the extracted known symbols. In this embodiment, for example, the image G (M×M) 20 is subjected to image enlargement processing using interpolation or extrapolation so that the number of symbols is nine times as large as possible, thereby estimating the noise superimposed on the entire page data. can. As the processing, for example, a method of interpolating by resampling (sampling corresponding to the number of enlarged symbols) such as bilinear interpolation (bilinear) or bicubic interpolation (bicubic) can be used when enlarging an image. The page data noise estimating section 3 of the image processing apparatus 1 in FIG.

図5に、3×3シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、リサンプリング処理により推定したノイズを示す。図5は、実際に、3×3変調ブロック(図3)を用いて、N=75としたページデータについて、観測画像G(25×25)からバイキュービック法により画像拡大する手法でページデータ全面の位相(位相ノイズ)を求めた結果である。図2のノイズパターンと同等のパターンが得られている。ノイズ推定の定量的な評価を行うため、指標として、MSE(Mean Squared Error、平均二乗誤差)を用いた。MSEは、実信号xと推定信号xest(式中では、xの上に^を付けて表記している。)に基づいて、次式(1)で表される。 FIG. 5 shows noise estimated by resampling using known symbols embedded in every 3×3 symbols. FIG. 5 actually shows the page data with N=75 using the 3×3 modulation block (FIG. 3). This is the result of obtaining the phase (phase noise) of . A pattern equivalent to the noise pattern in FIG. 2 is obtained. MSE (Mean Squared Error) was used as an index for quantitative evaluation of noise estimation. The MSE is represented by the following equation (1) based on the actual signal x and the estimated signal x est (in the equation, x is indicated by adding ^).

Figure 0007339903000001
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MSEの値が小さいほど正確に推測できていることを示す。3×3シンボルの変調ブロックに1個の既知シンボルを設けた変調符号を用いて推定したノイズの場合(図5)、MSEは4.02であった。 A smaller MSE value indicates more accurate estimation. For noise estimated using a modulation code with one known symbol in a modulation block of 3×3 symbols (FIG. 5), the MSE was 4.02.

別のノイズ推定の例として、変調ブロックの大きさを25×25として、評価実験を行った。図6は、25×25変調ブロックの再生ページデータから既知のシンボルを抽出する処理の例である。25×25シンボルの変調ブロックの中心に1個の既知シンボルを設けた変調符号で記録し、再生して取得したN×N(75×75)のページデータ10を、図6の左側に示す。このとき、ページデータ10中の全シンボルの内、1/625のシンボルのみが有効な情報を有する既知のシンボルである。この既知シンボルを抽出し、ノイズ推定に使用しないシンボルを間引いて詰めて並べた要素数M×M(3×3)の観測画像G21を、図6の右側に示す。 As another example of noise estimation, an evaluation experiment was performed with a modulation block size of 25×25. FIG. 6 is an example of a process for extracting known symbols from recovered page data of 25×25 modulated blocks. N×N (75×75) page data 10 obtained by recording with a modulation code in which one known symbol is provided at the center of a modulation block of 25×25 symbols and reproduced is shown on the left side of FIG. At this time, only 1/625 of all the symbols in the page data 10 are known symbols having valid information. The right side of FIG. 6 shows an observation image G21 having the number of elements M×M (3×3) in which the known symbols are extracted and the symbols not used for noise estimation are thinned out and arranged.

図6の抽出された既知シンボルの再生情報から、補間又は外挿を用いた画像拡大処理により、ページデータ全体のノイズを推定した。図7に、25×25シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、リサンプリング処理により推定したノイズを示す。重畳されるノイズ(位相ノイズ)が低周波成分を有する特徴から、サンプル数が少なくてもページデータ全面のノイズ分布を推定できている。このノイズ推定について評価した結果、MSEは36.8であった。 The noise of the entire page data was estimated from the reproduction information of the extracted known symbols in FIG. 6 by image enlargement processing using interpolation or extrapolation. FIG. 7 shows noise estimated by resampling using known symbols embedded every 25×25 symbols. Due to the feature that the superimposed noise (phase noise) has low frequency components, the noise distribution of the entire page data can be estimated even if the number of samples is small. As a result of evaluating this noise estimation, the MSE was 36.8.

なお、ノイズ推定処理の後、必要に応じてノイズ補償を行うことができる。例えば、図1の画像処理装置1のノイズ補償部4は、画像処理装置1に入力されたページデータから、ページデータノイズ推定部3で推定したノイズを除去する処理(例えば、減算又は除算等の処理)を行い、ノイズ補償を行う。 After the noise estimation process, noise compensation can be performed if necessary. For example, the noise compensation unit 4 of the image processing device 1 in FIG. processing) and perform noise compensation.

本実施形態によれば、ページデータ内に埋め込まれた少ない既知の振幅又は位相の情報から、ページデータを構成する各シンボルに重畳された振幅又は位相のノイズ(むら)をほぼ正確に特定できる。よって、ページデータ全体をレファレンスとするよりも、ホログラム記録媒体に記録できる情報量を大きく低減させることなく、シンボルの振幅値又は位相値を推定できる。さらに、推定した振幅又は位相むらを、カメラで取得したページデータ像に対して、演算装置で減算又は除算する計算をおこなうことで、振幅又は位相のむらを補償できる。 According to this embodiment, amplitude or phase noise (unevenness) superimposed on each symbol forming the page data can be almost accurately specified from a small amount of known amplitude or phase information embedded in the page data. Therefore, the amplitude value or phase value of the symbol can be estimated without significantly reducing the amount of information that can be recorded on the hologram recording medium, compared to using the entire page data as a reference. Furthermore, by subtracting or dividing the page data image acquired by the camera by the estimated amplitude or phase unevenness, the amplitude or phase unevenness can be compensated.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、圧縮センシングを用いてページデータ全体のノイズ(例えば、位相ノイズ)を推定する。圧縮センシングは、推定する対象のデータがスパース(疎)であれば、必要となる未知数の数よりも少ない観測(再生)データから、対象のデータを復元することができる技術である。本実施形態にあてはめると、観測データは既知のシンボル数だけある位相値であり、推定対象のデータがページデータ内全てのシンボルの位相値(位相ノイズ)である。例えば、図3の3×3シンボルの変調ブロックを用いた場合、観測データの数が推定対象データに対して1/9しか存在しない。しかしながら、推定対象のデータがスパース性を有することから、正確に推定が可能となる。
(Second embodiment)
In a second embodiment, compressed sensing is used to estimate the noise (eg, phase noise) across the page data. Compressed sensing is a technology that can restore target data from observed (reproduced) data with fewer unknowns than the required number of unknowns, if the target data to be estimated is sparse. When applied to this embodiment, the observed data are phase values corresponding to the number of known symbols, and the data to be estimated are the phase values (phase noise) of all the symbols in the page data. For example, when the modulation block of 3×3 symbols in FIG. 3 is used, the number of observed data is only 1/9 of the estimation target data. However, since the data to be estimated has sparseness, accurate estimation is possible.

推定対象であるページデータ全体の振幅情報又は位相情報は、二次元の画像情報である。カメラで取得した二次元画像は、周波数の次元で見ればスパースとなる。例として、画像圧縮として用いられるJPEG(Joint Photographic Expert Group)では離散コサイン変換、JPEG2000では離散ウェーブレット変換を用いることで周波数領域に信号を変換し、0に近い値をとる不要な周波数の情報を削除したスパースな信号とすることで、画像データを圧縮している。特に、本発明で補償の対象としている面内方向のノイズ(例えば、位相ノイズ)の場合、ノイズが極めて低周波成分から構成されているため、取得する観測データの数が著しく少ない場合であっても、圧縮センシングで高精度にページデータ全面の位相値が推測可能である。 The amplitude information or phase information of the entire page data to be estimated is two-dimensional image information. A two-dimensional image acquired by a camera is sparse in terms of frequency. For example, JPEG (Joint Photographic Expert Group) used for image compression uses discrete cosine transform, and JPEG2000 uses discrete wavelet transform to transform signals into the frequency domain and remove unnecessary frequency information that takes values close to 0. The image data is compressed by making it a sparse signal. In particular, in the case of in-plane noise (for example, phase noise) that is the object of compensation in the present invention, the noise consists of extremely low-frequency components, so even if the number of observation data to be obtained is extremely small, Also, the phase value of the entire page data can be estimated with high accuracy by compressed sensing.

本実施形態では、画像の変換に離散コサイン変換を用いた。図8に、二次元離散コサイン変換の基底(8×8)を示す。画像を基底が含む各周波数成分に分解することで、離散コサイン変換が可能である。図9に、二次元離散コサイン変換を用いて、画像を分解したイメージを示す。 In this embodiment, the discrete cosine transform is used for transforming the image. FIG. 8 shows the basis (8×8) of the two-dimensional discrete cosine transform. A discrete cosine transform is possible by decomposing the image into each frequency component that the basis contains. FIG. 9 shows an image obtained by decomposing an image using two-dimensional discrete cosine transform.

離散コサイン変換で得られた各周波数成分の要素(係数)に対し、逆変換を行えば、元の情報に復元できる。これを利用して、画像データは、逆離散コサイン変換の基底Bと、離散コサイン変換によって得られたスパースな要素の積で表現できる。特に、画素数N×Nの画像データの要素をラスタスキャン順に並び替えた一次元のベクトル(N2, 1)にすることで、画像を逆離散コサイン変換の基底Bと要素の一次元ベクトルとの内積で表現することができる。 The original information can be restored by inverse transforming the elements (coefficients) of each frequency component obtained by the discrete cosine transform. Using this, the image data can be represented by the product of the basis B of the inverse discrete cosine transform and the sparse elements obtained by the discrete cosine transform. In particular, by making a one-dimensional vector (N 2 , 1) obtained by rearranging the elements of the image data of the number of pixels N×N in raster scan order, the image is converted into a one-dimensional vector of the basis B of the inverse discrete cosine transform and the elements. can be expressed by the inner product of

図10に、逆離散コサイン変換の内積表現を示す。図10に示す式の左辺は、画素数N×Nの画像であり、右辺の左側が逆離散コサイン変換の基底B(N2×N2)であり、右辺の右側が画像の各周波数成分の要素の一次元ベクトル(N2×1)を示している。なお、右辺の要素の一次元ベクトルは、実際には、各要素(係数)が一列に配列されたベクトルであるが、図10では画像の色により、低周波数成分の要素(上側)が有効な数値を有しており、高周波数成分の要素(下側)がほぼ0(スパース)であることを表現している。したがって、図10の逆離散コサイン変換式は、y=axの形式の線形な関数(y,a,xはそれぞれベクトル。以下同様。)で表される。なお、図10中の左辺の画素数N×Nの画像は、基底B(N2×N2)と一次元ベクトル(N2×1)の内積で得られた(N2×1)の行列を(N×N)に並べなおしたものである。 FIG. 10 shows the inner product representation of the inverse discrete cosine transform. The left side of the equation shown in FIG. 10 is an image with N×N pixels, the left side of the right side is the basis B (N 2 ×N 2 ) of the inverse discrete cosine transform, and the right side of the right side is the frequency components of the image. A one-dimensional vector (N 2 ×1) of elements is shown. The one-dimensional vector of the elements on the right side is actually a vector in which each element (coefficient) is arranged in a line. It has numerical values and expresses that the elements of high frequency components (lower side) are almost 0 (sparse). Therefore, the inverse discrete cosine transform formula in FIG. 10 is represented by a linear function of the form y=ax (where y, a, and x are vectors; the same applies hereinafter). Note that the image with the number of pixels N×N on the left side of FIG . are rearranged into (N×N).

圧縮センシングにおいては、このようなy=axの線形な連立一次元方程式を解く際には、xがスパースであることを利用する。すなわち、 Compressive sensing utilizes the fact that x is sparse when solving linear simultaneous one-dimensional equations such as y=ax. i.e.

Figure 0007339903000002
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を解く(Basis Pursuit法)ことで、推測解xest(式中では、xの上に^を付けて表記している。)を求められる。一方で、推測対象のノイズ以外にも他のノイズ成分w(カメラの熱雑音など)があることを考慮すれば、本モデルはy=ax+wと表すことができる。この解は、LASSO(Least absolute shrinkage and selection operator)回帰と呼ばれる、次式(3)の最適化問題から得られる。 is solved (Basis Pursuit method), an estimated solution x est (in the formula, x is indicated by adding ^) can be obtained. On the other hand, considering that there are other noise components w (camera thermal noise, etc.) in addition to the noise to be estimated, this model can be expressed as y=ax+w. This solution is obtained from the optimization problem of Equation (3), called LASSO (Least absolute shrinkage and selection operator) regression.

Figure 0007339903000003
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本実施形態に当てはめれば、G=Bxの関係となるが、まず、観測画像Gはページデータ中の既知シンボルの数M2しか要素がないので、逆離散コサイン変換の基底Bの行数がM2と一致するように間引きを行い、新たに基底B’を作る。その際、線形の関係が満たされるよう観測画像Gと同位置の行を残して間引く。図11に、ページデータにおける既知シンボルの位置(a)と、逆離散コサイン変換の基底Bの間引き(b)の関係の例を示す。 When applied to this embodiment, the relationship G=Bx is obtained. First, since the observation image G has only the number M 2 of known symbols in the page data as elements, the number of rows of the base B of the inverse discrete cosine transform is Thinning is performed so as to match M 2 , and a new base B′ is created. At that time, the line at the same position as the observed image G is left and thinned out so that the linear relationship is satisfied. FIG. 11 shows an example of the relationship between the known symbol position (a) in the page data and the decimation (b) of the base B of the inverse discrete cosine transform.

さらに、観測画像G(画素数M×M)をラスタスキャン順に並び替えた画像G’を用いれば、G’=B’・xという行列の内積で表現できる。図12に、圧縮センシングを用いる最適化問題の内積表現を示す。図12に示す式の左辺は、ラスタスキャン順に並び替えた画像G’(M2×1)であり、右辺の左側が間引きされた逆離散コサイン変換の基底B’(M2×N2)であり、右辺の右側が画像の各周波数成分の要素の一次元ベクトルx(N2×1)を示している。なお、一次元ベクトルxは、実際には、各要素(係数)が一列に配列されたベクトルであるが、図12では、画像の色により、高周波数成分の要素(下側)がほぼ0(スパース)であることを表現している。 Furthermore, by using an image G′ obtained by rearranging the observed image G (the number of pixels M×M) in raster scan order, it can be expressed by the inner product of matrices G′=B′×x. FIG. 12 shows the inner product representation of the optimization problem with compressed sensing. The left side of the equation shown in FIG. 12 is the image G′ (M 2 ×1) rearranged in raster scan order, and the left side of the right side is the base B′ (M 2 ×N 2 ) of the decimated inverse discrete cosine transform. , and the right side of the right side indicates the one-dimensional vector x(N 2 ×1) of the elements of each frequency component of the image. Note that the one-dimensional vector x is actually a vector in which each element (coefficient) is arranged in a line. sparse).

図12に示す式G’=B’・xは、同様に上述のLASSO回帰により解xest(すなわち、ページデータの周波数成分)を推定できる。そして、逆離散コサイン変換の基底Bと得られた解xestの内積によって、ページデータ全面に重畳されたノイズ(位相ノイズ)を推定できる。すなわち、二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することができる。 The equation G'=B'·x shown in FIG. 12 can similarly estimate the solution x est (that is, the frequency component of the page data) by the LASSO regression described above. Then, the noise (phase noise) superimposed on the entire page data can be estimated by the inner product of the base B of the inverse discrete cosine transform and the obtained solution x est . That is, noise can be estimated by an optimization problem using a linear equation based on a two-dimensional basis function.

図3の3×3シンボルで構成された変調ブロックの中心シンボルを既知としたページデータ(N×N)について、第1の実施形態と同様にN=75として評価した。縦方向、横方向ともに3シンボルごとに既知のシンボルが存在するため、既知シンボルの画像G(M×M)は、M=25となる。図12に示す式G’=B’・xを、LASSO回帰の最適化問題を解いて位相ノイズを推定した。図13に、3×3シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、最適化問題から推定したノイズを示す。図2のノイズパターンと同等のパターンが得られている。定量的な評価指標であるMSEは2.48となり、第1の実施形態よりも計算が複雑化するものの、より高精度にページデータ全面の位相ノイズを推定できた。 The page data (N×N) in which the center symbol of the modulation block composed of 3×3 symbols in FIG. 3 is known was evaluated with N=75 as in the first embodiment. Since a known symbol exists every three symbols in both the vertical and horizontal directions, the known symbol image G (M×M) is M=25. Phase noise was estimated by solving the LASSO regression optimization problem for the equation G'=B'.x shown in FIG. FIG. 13 shows the noise estimated from the optimization problem with known symbols embedded every 3×3 symbols. A pattern equivalent to the noise pattern in FIG. 2 is obtained. The MSE, which is a quantitative evaluation index, was 2.48, and although the calculation was more complicated than in the first embodiment, the phase noise of the entire page data could be estimated with higher accuracy.

また、変調ブロックの大きさを25×25とした場合についても、同様に評価した。図14に、25×25シンボルごとに埋め込まれた既知のシンボルを用いて、最適化問題から推定したノイズを示す。図2のノイズパターンと同等のパターンが得られており、定量的な評価指標であるMSEは26.8であった。この結果、既知のシンボル数が少ない場合であっても、圧縮センシングによって高精度にノイズ(位相分布)を推定可能であることがわかる。 A similar evaluation was also made when the size of the modulation block was set to 25×25. Figure 14 shows the noise estimated from the optimization problem with known symbols embedded every 25x25 symbols. A pattern equivalent to the noise pattern in FIG. 2 was obtained, and the MSE, which is a quantitative evaluation index, was 26.8. As a result, even when the number of known symbols is small, it is possible to estimate noise (phase distribution) with high accuracy by compressed sensing.

図1の画像処理装置1において、第2の実施形態によるノイズ推定を行う場合について説明する。 A case of performing noise estimation according to the second embodiment in the image processing apparatus 1 of FIG. 1 will be described.

画像処理装置1には、既知のシンボルを含む画像データ(N×N)が入力される。既知シンボル抽出部2は、画像データから既知のシンボルを抽出し、観測画像G(M×M)として、ページデータノイズ推定部3に出力する。 Image data (N×N) including known symbols is input to the image processing apparatus 1 . The known symbol extractor 2 extracts known symbols from the image data and outputs them to the page data noise estimator 3 as an observed image G (M×M).

ページデータノイズ推定部3は、観測画像Gを並び替えた画像G’を生成すると共に、逆離散コサイン変換の基底Bを元に既知シンボルに対応して間引かれた基底B’を生成し、上述の式G’=B’・xから圧縮センシングを用いた最適化問題により解xest(すなわち、ページデータの周波数成分)を推定して求める。更に、逆離散コサイン変換の基底Bと解xestの内積によって、ページデータ全面に重畳されたノイズを推定し、ノイズ補償部4に出力する。 The page data noise estimation unit 3 generates an image G′ by rearranging the observed image G, and generates a thinned base B′ corresponding to known symbols based on the base B of the inverse discrete cosine transform, The solution x est (that is, the frequency component of the page data) is estimated and obtained from the above equation G′=B′·x by an optimization problem using compressed sensing. Furthermore, the noise superimposed on the entire page data is estimated by the inner product of the base B of the inverse discrete cosine transform and the solution x est , and is output to the noise compensator 4 .

必要に応じて、ノイズ補償部4は、画像処理装置1に入力されたページデータから、ページデータノイズ推定部3で推定したノイズを除去する処理(例えば、減算又は除算等の処理)を行い、ノイズ補償を行う。 If necessary, the noise compensator 4 removes noise estimated by the page data noise estimator 3 from the page data input to the image processing device 1 (for example, subtraction or division). Perform noise compensation.

第2の実施形態によれば、ページデータ内に埋め込まれた少ない既知の振幅又は位相の情報から、ページデータを構成する各シンボルに重畳された振幅又は位相のむらを正確に特定できる。また、圧縮センシングを用いた推定方法では、ノイズ画像のリサンプリング(補間による画像拡大)手法よりもより高精度にページデータ全面の位相ノイズを推定できる。このため、ホログラム記録媒体に記録できる情報量を大きく低減させることなく、シンボルの振幅値又は位相値を補償できる。 According to the second embodiment, it is possible to accurately identify amplitude or phase unevenness superimposed on each symbol forming page data from a small amount of known amplitude or phase information embedded in page data. In addition, the estimation method using compressed sensing can estimate the phase noise of the entire page data with higher accuracy than the noise image resampling (image enlargement by interpolation) method. Therefore, the amplitude value or phase value of the symbol can be compensated without greatly reducing the amount of information that can be recorded on the hologram recording medium.

(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第2の実施形態と同様に圧縮センシングを用いてページデータ全体のノイズを推定するものであるが、既知のシンボルが一定の間隔で配置されていないページデータのノイズ推定を行うものである。
(Third embodiment)
The third embodiment uses compressed sensing to estimate the noise of the entire page data as in the second embodiment. is performed.

図15に、既知のシンボル12が等間隔で配置されていないページデータ10の例を示す。これは、必ずしも変調ブロック内の同じ位置のシンボルが既知のシンボル12とならない変調符号を用いた場合である。また、図16は、変調ブロック11の外に既知のシンボル12を配置したページデータ10の例である。ページデータ内全体の位置を検出するためのシンクパターンを既知のシンボル12とすることなどにより、変調ブロック11(3×3シンボルからなり、隣接シンボルと相互にずれて配置される)の外に既知のシンボル12が埋め込まれている。このような場合、既知のシンボル位置がページデータ内で等間隔に配列されず、第1の実施形態のような補間・外挿によるページデータ全面の位相推定は困難である。 FIG. 15 shows an example of page data 10 in which known symbols 12 are not arranged at regular intervals. This is the case when a modulation code is used in which the symbol at the same position in the modulation block is not necessarily the known symbol 12 . Also, FIG. 16 is an example of page data 10 in which known symbols 12 are arranged outside the modulation block 11 . By using a known symbol 12 as a sync pattern for detecting the position of the entire page data, a known signal is generated outside the modulation block 11 (consisting of 3×3 symbols and arranged with adjacent symbols shifted from each other). symbol 12 is embedded. In such a case, the known symbol positions are not arranged at regular intervals within the page data, and it is difficult to estimate the phase of the entire page data by interpolation/extrapolation as in the first embodiment.

一方で、圧縮センシングによる手法では、既知のシンボルの位置さえ把握されていれば推定解を求めることができる。図15の例では、3×3シンボルで構成された変調ブロックごとに既知のシンボル位置が異なっているが、それぞれの既知シンボル12の位置は把握されており、画像データ(N×N)から各既知シンボル12を抽出し、その再生情報を取得できる。よって、既知シンボル12の観測された画素値を所定の順(例えば、ラスタスキャン順)で並べて画像G’(M2×1)を作成する。また、既知シンボル12の位置は把握されているから、図11(b)と同様に、逆離散コサイン変換の基底Bから既知シンボルの位置に対応する行を残し、他の行を間引く処理を行い、間引きされた逆離散コサイン変換の基底B’(M2×N2)を作成する。これらのG’及びB’から、図12に示す式G’=B’・xを導くことができ、第2の実施形態と同様に圧縮センシングを用いた最適化問題によって、例えばLASSO回帰により解xestを推定できる。そして、逆離散コサイン変換の基底Bと得られた解xestの内積によって、ページデータ全面に重畳された位相ノイズを推定できる。 On the other hand, in the compressed sensing method, an estimated solution can be obtained if only the positions of known symbols are known. In the example of FIG. 15, the known symbol position is different for each modulation block composed of 3×3 symbols, but the position of each known symbol 12 is known, and each It is possible to extract the known symbol 12 and obtain its reproduction information. Therefore, the observed pixel values of the known symbol 12 are arranged in a predetermined order (for example, raster scan order) to create an image G' (M 2 ×1). Further, since the position of the known symbol 12 is grasped, as in FIG. 11(b), the row corresponding to the position of the known symbol is left from the base B of the inverse discrete cosine transform, and the other rows are thinned out. , to form the basis B'(M 2 ×N 2 ) of the decimated inverse discrete cosine transform. From these G' and B', the equation G'=B'x shown in FIG. 12 can be derived, and is solved by an optimization problem using compressed sensing as in the second embodiment, for example, by LASSO regression. x est can be estimated. Then, the phase noise superimposed on the entire page data can be estimated by the inner product of the base B of the inverse discrete cosine transform and the obtained solution x est .

図17に、3×3シンボルごとに既知のシンボル位置が異なるページデータ10において、最適化問題から推定したノイズを示す。図2のノイズパターンと同等のパターンが得られており、ページデータ全面の位相情報について定量的な評価指標であるMSEを算出すると、MSEは1.34であった。したがって、不規則に既知シンボルを配置した場合であっても、等間隔に既知シンボルを埋め込んだ場合と同等の精度で推定できていることがわかる。 FIG. 17 shows the noise estimated from the optimization problem in the page data 10 with different known symbol positions for every 3×3 symbols. A pattern equivalent to the noise pattern in FIG. 2 was obtained, and the MSE, which is a quantitative evaluation index for the phase information of the entire page data, was calculated to be 1.34. Therefore, even when the known symbols are arranged irregularly, it can be estimated with the same accuracy as when the known symbols are embedded at regular intervals.

このように、圧縮センシングを用いる場合には、既知の振幅又は位相情報が埋め込まれたシンボルが等間隔に配置されていなくても、正確にページデータ全体の振幅又は位相のむらを算出できる。 In this way, when compressed sensing is used, even if the symbols in which known amplitude or phase information is embedded are not arranged at regular intervals, the amplitude or phase unevenness of the entire page data can be accurately calculated.

図1の画像処理装置1において、第3の実施形態によるノイズ推定を行う場合について説明する。 A case of performing noise estimation according to the third embodiment in the image processing apparatus 1 of FIG. 1 will be described.

画像処理装置1には、不規則に配置された既知シンボルを含む画像データ(ページデータ)が入力される。既知シンボル抽出部2は、画像データから不規則に配置された既知シンボルを抽出し、ページデータノイズ推定部3にその再生情報を出力する。 Image data (page data) including irregularly arranged known symbols is input to the image processing apparatus 1 . The known symbol extraction unit 2 extracts known symbols arranged irregularly from the image data and outputs the reproduction information to the page data noise estimation unit 3 .

ページデータノイズ推定部3は、不規則に配置された既知シンボルの再生情報から画像G’を生成すると共に、逆離散コサイン変換の基底Bを元に既知シンボルに対応して間引かれた基底B’を生成し、上述の式G’=B’・xから圧縮センシングを用いた最適化問題により解xest(すなわち、ページデータの周波数成分)を推定して求める。更に、逆離散コサイン変換の基底Bと解xestの内積によって、ページデータ全面に重畳された位相ノイズを推定し、ノイズ補償部4に出力する。 The page data noise estimating unit 3 generates an image G' from the reproduced information of the irregularly arranged known symbols, and based on the base B of the inverse discrete cosine transform, the base B is thinned out corresponding to the known symbols. ', and the solution x est (that is, the frequency component of the page data) is estimated and obtained from the above equation G'=B'·x by the optimization problem using compressed sensing. Furthermore, the phase noise superimposed on the entire page data is estimated by the inner product of the base B of the inverse discrete cosine transform and the solution x est , and is output to the noise compensator 4 .

必要に応じて、ノイズ補償部4は、画像処理装置1に入力されたページデータから、ページデータノイズ推定部3で推定したノイズを除去する処理(例えば、減算又は除算等の処理)を行い、ノイズ補償を行う。 If necessary, the noise compensator 4 removes noise estimated by the page data noise estimator 3 from the page data input to the image processing device 1 (for example, subtraction or division). Perform noise compensation.

第3の実施形態によれば、ページデータ内に不規則に埋め込まれた少ない既知の振幅又は位相の情報から、ページデータを構成する各シンボルに重畳された振幅又は位相のむらを正確に特定できる。したがって、特定の変調ブロックに限定されず、任意の既知のシンボルの配置を用いることができ、ページデータの符号化の自由度が高くなる。また、第2の実施形態と同様に、ノイズ画像のリサンプリング手法よりもより高精度にページデータ全面の位相ノイズを推定できる。このため、ホログラム記録媒体に記録できる情報量を大きく低減させることなく、シンボルの振幅値又は位相値を補償できる。 According to the third embodiment, amplitude or phase unevenness superimposed on each symbol forming the page data can be accurately identified from a small amount of known amplitude or phase information irregularly embedded in the page data. Therefore, any known symbol arrangement can be used without being limited to a specific modulation block, increasing the degree of freedom in encoding page data. Also, as in the second embodiment, the phase noise of the entire page data can be estimated with higher accuracy than the noise image resampling method. Therefore, the amplitude value or phase value of the symbol can be compensated without greatly reducing the amount of information that can be recorded on the hologram recording medium.

(第4の実施形態)
第4の実施形態では、画像の変換に、離散ウェーブレット変換を用いる。すなわち、画像を二次元の離散ウェーブレット変換により、高周波成分と低周波成分に多段階に分解し、面内方向の振幅又は位相ノイズを推定する。離散コサイン変換に代えて、離散ウェーブレット変換を用いることにより、第2又は第3の実施形態と同等の処理により、ノイズを推定することができる。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, discrete wavelet transform is used for image transform. That is, an image is decomposed into high-frequency components and low-frequency components in multiple stages by two-dimensional discrete wavelet transform, and amplitude or phase noise in the in-plane direction is estimated. By using the discrete wavelet transform instead of the discrete cosine transform, noise can be estimated by a process equivalent to that of the second or third embodiment.

すなわち、画像処理装置1には、規則的又は不規則に配置された既知のシンボルを含む画像データ(ページデータ)が入力される。既知シンボル抽出部2は、画像データから既知シンボルを抽出し、ページデータノイズ推定部3にその再生情報を出力する。 That is, image data (page data) including known symbols arranged regularly or irregularly is input to the image processing apparatus 1 . The known symbol extractor 2 extracts known symbols from image data and outputs the reproduced information to the page data noise estimator 3 .

ページデータノイズ推定部3は、既知シンボルの再生情報から得られた画像と、既知シンボルに対応して間引かれた逆離散ウェーブレット変換の基底と、離散ウェーブレット基底に対応する各要素(係数)により、線形方程式を作成し、圧縮センシングを用いた最適化問題により解xest(すなわち、ページデータの周波数成分に該当する離散ウェーブレット基底に対応する各要素(係数))を推定して求める。更に、逆離散ウェーブレット変換の基底と解xestの内積によって、ページデータ全面に重畳されたノイズを推定し、ノイズ補償部4に出力する。 The page data noise estimator 3 uses the image obtained from the reproduced information of the known symbol, the basis of the inverse discrete wavelet transform thinned corresponding to the known symbol, and each element (coefficient) corresponding to the discrete wavelet basis. , a linear equation is created, and the solution x est (that is, each element (coefficient) corresponding to the discrete wavelet basis corresponding to the frequency component of the page data) is estimated and obtained by an optimization problem using compressed sensing. Further, the noise superimposed on the entire page data is estimated by the inner product of the base of the inverse discrete wavelet transform and the solution x est , and output to the noise compensator 4 .

必要に応じて、ノイズ補償部4は、画像処理装置1に入力されたページデータから、ページデータノイズ推定部3で推定したノイズを除去する処理(例えば、減算又は除算等の処理)を行い、ノイズ補償を行う。 If necessary, the noise compensator 4 removes noise estimated by the page data noise estimator 3 from the page data input to the image processing device 1 (for example, subtraction or division). Perform noise compensation.

第4の実施形態によれば、ページデータ内に規則的又は不規則に埋め込まれた少ない既知の振幅又は位相の情報から、ページデータを構成する各シンボルに重畳された振幅又は位相のむらを正確に特定できる。 According to the fourth embodiment, the amplitude or phase unevenness superimposed on each symbol forming the page data can be accurately detected from a small amount of known amplitude or phase information regularly or irregularly embedded in the page data. can be identified.

(第5の実施形態)
第5の実施形態は、第2乃至第4の実施形態と同様に圧縮センシングを用いてページデータ全体のノイズ(例えば、位相情報)を推定するものであるが、画像の変換にゼルニケ多項式を用いてノイズ推定を行うものである。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment uses compressed sensing to estimate noise (for example, phase information) of the entire page data as in the second to fourth embodiments, but uses Zernike polynomials for image transformation. noise estimation.

第2、第3の実施形態では、逆離散コサイン変換の基底を用いることで、また、第4の実施形態では、逆離散ウェーブレット変換の基底を用いることで、スパース化していた。一方で、本発明の推測対象であるノイズ(特に、位相ノイズ)は、記録媒体の膨張・収縮や、光学系に含まれるレンズ等の収差によるものである。こうした光の波面収差はゼルニケ多項式によって展開して表すことができる。各項の基底は、チルト収差、コマ収差、球面収差などを表す。本発明の推定対象である面内ノイズ(例えば、位相ノイズ)においては、複雑な高次の項の成分がほとんど含まれず、低次の項の成分が支配的であり、スパース性がある。よって、ゼルニケ多項式による波面展開を用いて、少数の既知のシンボルからページデータ面内のむら・ノイズを推定できる。 In the second and third embodiments, the sparsification is performed by using the basis of the inverse discrete cosine transform, and in the fourth embodiment, by using the basis of the inverse discrete wavelet transform. On the other hand, the noise (particularly, phase noise) that is the object of estimation in the present invention is due to expansion/contraction of the recording medium and aberrations of lenses and the like included in the optical system. The wavefront aberration of such light can be expanded and represented by Zernike polynomials. The basis of each term represents tilt aberration, coma aberration, spherical aberration, and the like. The in-plane noise (for example, phase noise) to be estimated by the present invention contains almost no complex high-order term components, and is dominated by low-order term components and has sparsity. Therefore, wavefront expansion by Zernike polynomials can be used to estimate unevenness/noise in the page data plane from a small number of known symbols.

図18に、画像(光の波面収差)をゼルニケ多項式で表したイメージを示す。このようにゼルニケ多項式の各係数がわかれば、本発明の推定対象である面内ノイズを表現できる。すなわち、ゼルニケ多項式の各基底を一次元にした上で行方向に結合した行列を基底とし、第2乃至第4の実施形態と同様の手法により、圧縮センシングを用いた最適化問題を解くことで、高精度にページデータ面内の振幅情報又は位相情報を推定できる。 FIG. 18 shows an image (wavefront aberration of light) represented by Zernike polynomials. If each coefficient of the Zernike polynomial is known in this way, it is possible to express the in-plane noise, which is the estimation target of the present invention. That is, each basis of the Zernike polynomials is made one-dimensional, and the matrix combined in the row direction is used as the basis, and the optimization problem using compressed sensing is solved by the same method as in the second to fourth embodiments. , the amplitude information or phase information in the page data plane can be estimated with high accuracy.

すなわち、画像処理装置1には、規則的又は不規則に配置された既知のシンボルを含む画像データ(再生されたページデータ)が入力される。既知シンボル抽出部2は、画像データから既知シンボルを抽出し、ページデータノイズ推定部3にその再生情報を出力する。 That is, image data (reproduced page data) including known symbols arranged regularly or irregularly is input to the image processing apparatus 1 . The known symbol extractor 2 extracts known symbols from image data and outputs the reproduced information to the page data noise estimator 3 .

ページデータノイズ推定部3は、既知シンボルの再生情報から得られた画像と、既知シンボルに対応するゼルニケ多項式の基底と、ゼルニケ多項式の各要素(係数)により、線形方程式を作成し、圧縮センシングを用いた最適化問題により解xest(すなわち、ページデータ面内のむら・ノイズについてゼルニケ多項式によって展開した際に得られるゼルニケ多項式の各要素(係数))を推定して求める。更に、解xestに基づいてゼルニケ多項式から波面合成することによって、ページデータ全面に重畳されたノイズを推定し、ノイズ補償部4に出力する。 The page data noise estimator 3 creates a linear equation from the image obtained from the reproduced information of the known symbol, the basis of the Zernike polynomial corresponding to the known symbol, and each element (coefficient) of the Zernike polynomial, and performs compressed sensing. A solution x est (that is, each element (coefficient) of the Zernike polynomial obtained when the unevenness/noise in the page data surface is expanded by the Zernike polynomial) is estimated and obtained by the optimization problem used. Furthermore, by performing wave field synthesis from the Zernike polynomials based on the solution x est , the noise superimposed on the entire page data is estimated and output to the noise compensator 4 .

必要に応じて、ノイズ補償部4は、画像処理装置1に入力されたページデータから、ページデータノイズ推定部3で推定したノイズを除去する処理(例えば、減算又は除算等の処理)を行い、ノイズ補償を行う。 If necessary, the noise compensator 4 removes noise estimated by the page data noise estimator 3 from the page data input to the image processing device 1 (for example, subtraction or division). Perform noise compensation.

第5の実施形態によれば、ページデータ内に規則的又は不規則に埋め込まれた少ない既知の振幅又は位相の情報から、ページデータを構成する各シンボルに重畳された振幅又は位相のむらを正確に特定できる。また、光の波面収差はゼルニケ多項式で表すことにより、少ない項数でより近似の高い変換を行うことができ、正確にページデータ全体の振幅又は位相のむらを算出できる。 According to the fifth embodiment, the unevenness of amplitude or phase superimposed on each symbol forming the page data can be accurately detected from a small amount of known amplitude or phase information regularly or irregularly embedded in the page data. can be identified. In addition, by representing the wavefront aberration of light with a Zernike polynomial, it is possible to perform conversion with a high degree of approximation with a small number of terms, and to accurately calculate the unevenness of the amplitude or phase of the entire page data.

(第6の実施形態)
図19に示すホログラム記録再生装置100において、ホログラムの再生を行う演算装置120内に、図1に示す画像処理装置1を組み込む。画像処理装置1は、第1乃至第5の実施形態のいずれの処理を行うものであってもよい。
(Sixth embodiment)
In the hologram recording/reproducing apparatus 100 shown in FIG. 19, the image processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is incorporated in the arithmetic unit 120 that reproduces the hologram. The image processing apparatus 1 may perform any processing of the first to fifth embodiments.

既知のシンボルを含むページデータは、例えば図19に示す光学系により再生され、演算装置120に入力される。演算装置120において、ページデータはまず図1の画像処理装置1に入力され、面内方向のノイズ(振幅ノイズ又は位相ノイズ)が推定され、ノイズ補償される。 Page data containing known symbols is reproduced by, for example, the optical system shown in FIG. In the arithmetic device 120, the page data is first input to the image processing device 1 shown in FIG. 1, where the in-plane noise (amplitude noise or phase noise) is estimated and noise-compensated.

その後、演算装置120内の復号部の処理により、ノイズを補償されたページデータから変調ブロックが読み出され、変調ブロックを復号する復号処理が行われて、記録されていたデータ(ビット列)が復元される。 Thereafter, the decoding unit in the arithmetic unit 120 reads the modulated block from the noise-compensated page data, performs decoding processing to decode the modulated block, and restores the recorded data (bit string). be done.

本実施形態によれば、画像処理装置1によりノイズ補償がされるため、ホログラム記録再生装置100において、精度の高い記録データの復元ができる。 According to this embodiment, since the image processing device 1 performs noise compensation, the hologram recording/reproducing device 100 can restore recorded data with high precision.

上記の第1の実施形態では、画像処理装置1の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限らず、ホログラムの画像内の既知のシンボルから、リサンプリングによりページデータ面内の振幅又は位相変調のむら・ノイズを推定する、推定方法として構成されてもよい。すなわち、図1のデータの流れに従って、画像データから既知シンボルを抽出する工程と、既知シンボルの振幅値又は位相値から、ページデータ面内に重畳された振幅又は位相ノイズを、リサンプルを用いた画像補間・外挿手法によって推測する工程とを備えた、ノイズ推定方法として構成されても良い。 Although the configuration and operation of the image processing apparatus 1 have been described in the above-described first embodiment, the present invention is not limited to this. It may be configured as an estimation method for estimating phase modulation unevenness/noise. That is, according to the data flow of FIG. 1, a step of extracting known symbols from the image data, and amplitude or phase noise superimposed on the page data surface from the amplitude or phase values of the known symbols is extracted using resampling. estimating by an image interpolation/extrapolation method.

また、上記の第2乃至第5の実施形態では、画像処理装置1の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限らず、ホログラムの画像内の既知のシンボルから、圧縮センシングによりページデータ面内の振幅又は位相変調のむら・ノイズを推定する、推定方法として構成されてもよい。すなわち、図1のデータの流れに従って、画像データから既知シンボルを抽出する工程と、既知シンボルの振幅値又は位相値から、ページデータ面内に重畳された振幅又は位相ノイズを、圧縮センシングを用いた最適化問題によって推測する工程とを備えた、ノイズ推定方法として構成されても良い。 Further, in the above-described second to fifth embodiments, the configuration and operation of the image processing apparatus 1 have been described, but the present invention is not limited to this. It may be configured as an estimation method for estimating in-plane amplitude or phase modulation unevenness/noise. That is, according to the data flow of FIG. 1, a step of extracting known symbols from the image data, and from the amplitude value or phase value of the known symbols, the amplitude or phase noise superimposed on the page data surface is detected using compressed sensing. and estimating by an optimization problem.

なお、上述した画像処理装置1として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、画像処理装置1の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録可能である。 A computer can be suitably used to function as the image processing apparatus 1 described above. , and the program is read and executed by the CPU of the computer. This program can be recorded on a computer-readable recording medium.

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions may be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as limited by the embodiments described above, and various modifications and changes are possible without departing from the scope of the appended claims. For example, it is possible to combine a plurality of configuration blocks described in the embodiments into one or divide one configuration block.

1 画像処理装置
2 既知シンボル抽出部
3 ページデータノイズ推定部
4 ノイズ補償部
100 ホログラム記録再生装置
101 レーザー光源
102 レンズ
103 ビームスプリッタ(BS)
104 ビームスプリッタ(BS)
105 振幅変調SLM
106 レンズ
107 位相変調SLM
108 レンズ
109 記録媒体
110 ミラー
111 ミラー
112 レンズ
113 ビームスプリッタ(BS)
114 カメラ(撮像素子)
115 補正用位相変調SLM
116 ピエゾ変調器
120 演算装置
1 image processing device 2 known symbol extraction unit 3 page data noise estimation unit 4 noise compensation unit 100 hologram recording/reproducing device 101 laser light source 102 lens 103 beam splitter (BS)
104 beam splitter (BS)
105 amplitude modulation SLM
106 lens 107 phase modulation SLM
108 lens 109 recording medium 110 mirror 111 mirror 112 lens 113 beam splitter (BS)
114 camera (imaging device)
115 corrective phase-modulating SLM
116 piezo modulator 120 computing device

Claims (8)

ホログラム再生手段により再生されたページデータを処理する画像処理装置であって、
再生された前記ページデータから既知の振幅値又は位相値を有するシンボルを抽出し、抽出された前記シンボルの再生された振幅値又は位相値を出力する既知シンボル抽出部と、
抽出された前記シンボルの振幅値又は位相値から、前記ページデータの周波数成分又は波面の収差成分を圧縮センシングを用いた最適化問題により求め、ページデータ全体に重畳された振幅又は位相のノイズを推定するページデータノイズ推定部と、
を備えることを特徴とする、画像処理装置。
An image processing device for processing page data reproduced by a hologram reproducing means,
a known symbol extraction unit that extracts a symbol having a known amplitude value or phase value from the reproduced page data and outputs the reproduced amplitude value or phase value of the extracted symbol;
From the extracted amplitude value or phase value of the symbol, the frequency component or wavefront aberration component of the page data is obtained by an optimization problem using compression sensing, and the amplitude or phase noise superimposed on the entire page data is estimated. a page data noise estimator that
An image processing device comprising:
請求項に記載の画像処理装置において、
前記ページデータノイズ推定部は、逆離散コサイン変換の二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することを特徴とする、画像処理装置。
The image processing device according to claim 1 ,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the page data noise estimator estimates noise by an optimization problem using a linear equation based on a two-dimensional basis function of an inverse discrete cosine transform.
請求項に記載の画像処理装置において、
前記ページデータノイズ推定部は、逆離散ウェーブレット変換の二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することを特徴とする、画像処理装置。
The image processing device according to claim 1 ,
The image processing apparatus, wherein the page data noise estimator estimates noise by an optimization problem using a linear equation based on a two-dimensional basis function of an inverse discrete wavelet transform.
請求項に記載の画像処理装置において、
前記ページデータノイズ推定部は、ゼルニケ多項式の二次元基底関数を基底とした線形方程式を用いた最適化問題により、ノイズを推測することを特徴とする、画像処理装置。
The image processing device according to claim 1 ,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the page data noise estimator estimates noise by an optimization problem using a linear equation based on two-dimensional basis functions of Zernike polynomials.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の画像処理装置において、
既知の振幅値又は位相値を有するシンボルが一定の間隔ごとに配置されたページデータを処理することを特徴とする、画像処理装置。
The image processing device according to any one of claims 1 to 4 ,
An image processing apparatus for processing page data in which symbols having known amplitude or phase values are arranged at regular intervals.
請求項乃至のいずれか一項に記載の画像処理装置において、
既知の振幅値又は位相値を有するシンボルが不規則に配置されたページデータを処理することを特徴とする、画像処理装置。
The image processing device according to any one of claims 1 to 4 ,
An image processing apparatus for processing page data in which symbols having known amplitude or phase values are arranged irregularly.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の画像処理装置において、
再生された前記ページデータに対して、推定したページデータ全体に重畳された振幅又は位相のノイズを補償するノイズ補償部をさらに備えることを特徴とする、画像処理装置。
The image processing device according to any one of claims 1 to 6 ,
An image processing apparatus, further comprising: a noise compensator for compensating amplitude or phase noise superimposed on the entire estimated page data with respect to the reproduced page data.
ホログラムを記録再生する光学系と、請求項に記載の前記画像処理装置と、ノイズを補償されたページデータを復号する復号部とを備えることを特徴とする、ホログラム記録再生装置。
A hologram recording/reproducing apparatus comprising: an optical system for recording/reproducing a hologram; the image processing apparatus according to claim 7 ; and a decoding section for decoding noise-compensated page data.
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