(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ比が劣化している場合でも、正確な２値化が行えるデジタルイメージ２値化装置および、それを用いたデジタルデータ再生装置を提供する。【解決手段】２次元符号の相関を利用して分割イメージ生成手段１０２の出力である分割イメージの２つ以上連続した分割イメージの採り得る全ての目標イメージの組を状態とし、各状態の遷移確率に基づいて２次元符号の相関を利用し確率密度分布関数を用いた最尤復号を行うことによって正確な２値化ができる。【選択図】図１
2006259817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元符号を適用して構成された２次元イメージデータに対応する多値のデジタルイメージから小領域を切り出して分割イメージとして順次出力する分割イメージ生成手段と、
前記分割イメージ生成手段に前記小領域の切り出し位置を順次設定する読み出し位置設定手段と、
前記デジタルイメージの高輝度目標値、低輝度目標値及び輝度の分散比率を予め記憶する設定値記憶手段と、
前記分割イメージ生成手段から順次出力される２つ以上連続した分割イメージの組み合せを状態とし、前記分割イメージの輝度値と前記高輝度目標値、前記低輝度目標値、及び前記輝度の分散比率から、各状態への遷移確率を演算する枝メトリック演算手段と、
前記分割イメージ生成手段によるデジタルイメージの読み始めから一つ前の読み出し位置までの状態遷移における遷移確率の総和である各状態の存在確率と、現在の読み出し位置における各状態への遷移確率から、各状態の次の存在確率を決定するパスメトリック選択手段と、
前記パスメトリック選択手段で演算された各状態の次の存在確率を記憶するパスメトリック記憶手段と、
前記パスメトリック選択手段の比較結果に基づいて状態の遷移を記録すると同時に、２値データを出力するパスメモリとを備え、
前記パスメトリック選択手段は、各状態の一つ前の読み出し位置までの存在確率に現在の読み出し位置における各状態に至る複数の状態遷移それぞれの遷移確率を加算した候補確率を求め、各状態毎に最も候補確率の高い状態遷移を選択し、選択した候補確率を現在の読み出し位置における各状態の存在確率とする、
ことを特徴とするデジタルイメージ２値化装置。
【請求項２】
前記枝メトリック演算手段は、前記２次元符号の符号化則と前記小領域の大きさと前前記小領域の読み出し順序により決定される全ての状態遷移の中から、前記読み出し位置によっては存在し得ない状態遷移を抽出し、その遷移確率を全ての遷移確率の中で最低値となる確率以下に変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデジタルイメージ２値化装置。
【請求項３】
２次元符号を適用して構成された２次元イメージデータに対応する多値のデジタルイメージから小領域を切り出して分割イメージとして順次出力する分割イメージ生成ステップと、
前記分割イメージ生成手段に前記小領域の切り出し位置を順次設定する読み出し位置設定ステップと、
前記デジタルイメージの高輝度目標値、低輝度目標値及び輝度の分散比率を予め記憶する設定値記憶ステップと、
前記分割イメージ生成手段から順次出力される２つ以上連続した分割イメージの組み合せを状態とし、前記分割イメージの輝度値と前記高輝度目標値、前記低輝度目標値、及び前記輝度の分散比率から、各状態への遷移確率を演算する枝メトリック演算ステップと、
前記分割イメージ生成手段によるデジタルイメージの読み始めから一つ前の読み出し位置までの状態遷移における遷移確率の総和である各状態の存在確率と、現在の読み出し位置における各状態への遷移確率から、各状態の次の存在確率を決定するパスメトリック選択ステップと、
前記パスメトリック選択手段で演算された各状態の次の存在確率を記憶するパスメトリック記憶ステップと、
前記パスメトリック選択手段の比較結果に基づいて状態の遷移を記録すると同時に、２値データを出力するパスメモリ処理ステップからなり、
前記パスメトリック選択ステップは、各状態の一つ前の読み出し位置までの存在確率に現在の読み出し位置における各状態に至る複数の状態遷移それぞれの遷移確率を加算した候補確率を求め、各状態毎に最も候補確率の高い状態遷移を選択し、選択した候補確率を現在の読み出し位置における各状態の存在確率とする、
ことを特徴とするデジタルイメージ２値化方法。
【請求項４】
２次元符号を適用して構成された２次元イメージデータが書き込まれた記録媒体からの光を光電変換しイメージを出力するイメージセンサーと、
前記イメージの輝度を増幅するアンプと、
前記アンプによって増幅された前記イメージをサンプリングするＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段によってサンプリングされたデジタルイメージに対して輝度の補正と平面座標の補正と空間フィルタによる補正を行う画像処理手段と、
前記画像処理手段で補正が行われたデジタルイメージの２値化を行うデジタルイメージ２値化手段で構成され、
前記デジタルイメージ２値化手段は、
前記補正が行われたデジタルイメージから小領域を切り出して分割イメージとして順次出力する分割イメージ生成手段と、
前記分割イメージ生成手段に前記小領域の切り出し位置を順次設定する読み出し位置設定手段と、
前記デジタルイメージの高輝度目標値、低輝度目標値及び輝度の分散比率を予め記憶する設定値記憶手段と、
前記分割イメージ生成手段から順次出力される２つ以上連続した分割イメージの組み合せを状態とし、前記分割イメージの輝度値と前記高輝度目標値、前記低輝度目標値、及び前記輝度の分散比率から、各状態への遷移確率を演算する枝メトリック演算手段と、
前記分割イメージ生成手段によるデジタルイメージの読み始めから一つ前の読み出し位置までの状態遷移における遷移確率の総和である各状態の存在確率と、現在の読み出し位置における各状態への遷移確率から、各状態の次の存在確率を決定するパスメトリック選択手段と、
前記パスメトリック選択手段で演算された各状態の次の存在確率を記憶するパスメトリック記憶手段と、
前記パスメトリック選択手段の比較結果に基づいて状態の遷移を記録すると同時に、２値データを出力するパスメモリとを備え、
前記パスメトリック選択手段は、各状態の一つ前の読み出し位置までの存在確率に現在の読み出し位置における各状態に至る複数の状態遷移それぞれの遷移確率を加算した候補確率を求め、各状態毎に最も候補確率の高い状態遷移を選択し、選択した候補確率を現在の読み出し位置における各状態の存在確率とする、
ことを特徴とするデジタルデータ再生装置。
【請求項５】
前記枝メトリック演算手段は、前記２次元符号の符号化則と前記小領域の大きさと前前記小領域の読み出し順序により決定される全ての状態遷移の中から、前記読み出し位置によっては存在し得ない状態遷移を抽出し、その遷移確率を全ての遷移確率の中で最低値となる確率以下に変更する、
ことを特徴とする請求項４に記載のデジタルデータ再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルイメージの２値化、及び２次元イメージに記録されたデジタルデータを再生する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータの普及によりマルチメディア化が進み、大容量と高転送レートを同時に実現できる媒体の必要性が高まっている。ニーズに答える媒体の一つとしてホログラフィーを用いてメモリを構成する技術があり、それはデジタルデータを記録した２次元のページデータをパラレルに読み書きできるため高転送レートが可能であるといわれている。また、多重記録と呼ばれる技術を利用して、大容量を実現できるといわれている。
【０００３】
現存する２次元のページデータを読み出すデジタルデータ再生装置としては２次元バーコードリーダーがある。２次元バーコードリーダーの読み取りには、紙などに印刷された２次元バーコードをＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などのイメージセンサーで読み出したデジタルイメージの輝度を閾値で２値化した後、メモリに蓄え、位置決め用シンボルなどを利用して台形歪、回転などを補正し読み取る方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
デジタルイメージの輝度を閾値で２値化するためには、適切に閾値を制御することで、閾値以上の“１”のデータと閾値より小さな“０”のデータをエラーができるだけ起こらないように識別する方法がある。デジタルイメージを２値化するため閾値を適切に制御する具体的な方法について説明する。図１９は、２次元バーコードの１セルごとに中心画素の輝度を求め、得られた中心輝度のイメージを小領域に分割する様子を表した図である。ここで、画素とはＣＣＤ１９０１のピクセルを指し、セルは２次元バーコード１９０２の最小分解能の単位を指す。ＣＣＤ１９０１から読み出したデジタルイメージから２次元バーコード１９０２の存在する位置を検出し、２次元バーコード１９０２の１セルごとにセルの中心画素の輝度を求め、各セルの中心画素の輝度で構成したデジタルイメージを構成する。このデジタルイメージを小領域Ａ１、小領域Ａ２、小領域Ａ３・・に分割している。
【０００５】
図２０は２次元バーコードを２値化するためのフローチャートである。図１９の様に小領域に分割された各セルの中心画素の輝度で構成されたイメージから、それぞれの領域で最大値と最小値を求め、その最大値と最小値の中間値を閾値とし、２次元コード画像を正確に高速に読み取っている。また、図２１も２次元バーコードを２値化するための別のフローチャートである。図２１では、デジタルイメージの輝度のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムを解析し、デジタルイメージのコントラストが良く、輝度むらがないときには、ヒストグラムに２つの山ができるのを利用し、２つの山の間の輝度を閾値として、２値化しているまた、輝度むらがあるときには図２０の方法を利用している（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などデジタルデータ再生装置としては、ＰＲＭＬ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｃｅ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）と呼ばれる信号処理方式が用いられている。この方式は高密度記録再生波形に対して高い再生性能を有している。ＰＲＭＬ信号処理方式とは、線記録方向の記録密度の増大に伴い、信号の高域成分の振幅が劣化し、信号雑音比が増大する再生系において、意図的に波形干渉を付加することにより、再生信号に高域成分を必要とせず、かつ前記波形干渉を考慮した確率計算により最も確からしい系列を復調する最尤復号法を併用することにより、再生データのエラーレートを向上させる方式である。ＰＲＭＬ信号処理方式のＰＲは意図的に波形干渉を付加する処理を行うもので、システムのＰＲの型に合うようにフィルタリングする処理である。ＰＲＭＬ信号処理方式のＭＬは最尤復号で、復号器入力信号系列の間に相関性がある時に特性改善が得られ、最も確からしいデータを復号するものである。ＰＲＭＬでは、ＰＲによって、復号器入力信号系列の間に相関性があるので改善される（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２０００―１７２７７７号公報
【特許文献２】特開平１０―６３７７１号公報
【特許文献３】特開平１０−７９６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、Ｓ／Ｎ比が２次元バーコードなどより劣化しているボリューム・ホログラフィック・ストレージでは特許文献２の様に閾値判定を行っただけではデジタルイメージの正確な２値化が行えず、その結果、再生したデジタルデータの良好なエラーレートが得られない。
【０００８】
また、ボリューム・ホログラフィック・ストレージなどで発生する符号間干渉の特性は従来のストレージとは異なるため、ＰＲＭＬ信号処理方式を適用しても正確な２値化が行えず、再生したデジタルデータの良好なエラーレートが得られないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、デジタルイメージに雑音が多い場合でも良好な性能が得られるデジタルイメージ２値化装置およびそれを用いたデジタルデータ再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来の課題を解決するために、本発明のデジタルイメージ２値化装置は、２次元符号を適用して構成された２次元イメージデータに対応する多値のデジタルイメージから小領域を切り出して分割イメージとして順次出力する分割イメージ生成手段と、前記分割イメージ生成手段に前記小領域の切り出し位置を順次設定する読み出し位置設定手段と、前記デジタルイメージの高輝度目標値、低輝度目標値及び輝度の分散比率を予め記憶する設定値記憶手段と、前記分割イメージ生成手段から順次出力される２つ以上連続した分割イメージの組み合せを状態とし、前記分割イメージの輝度値と前記高輝度目標値、前記低輝度目標値、及び前記輝度の分散比率から、各状態への遷移確率を演算する枝メトリック演算手段と、前記分割イメージ生成手段によるデジタルイメージの読み始めから一つ前の読み出し位置までの状態遷移における遷移確率の総和である各状態の存在確率と、現在の読み出し位置における各状態への遷移確率から、各状態の次の存在確率を決定するパスメトリック選択手段と、前記パスメトリック選択手段で演算された各状態の次の存在確率を記憶するパスメトリック記憶手段と、前記パスメトリック選択手段の比較結果に基づいて状態の遷移を記録すると同時に、２値データを出力するパスメモリとを備え、前記パスメトリック選択手段は、各状態の一つ前の読み出し位置までの存在確率に現在の読み出し位置における各状態に至る複数の状態遷移それぞれの遷移確率を加算した候補確率を求め、各状態毎に最も候補確率の高い状態遷移を選択し、選択した候補確率を現在の読み出し位置における各状態の存在確率とすることを特徴としたものである。
【００１１】
さらにデジタルイメージ２値化装置において、前記枝メトリック演算手段は、前記２次元符号の符号化則と前記小領域の大きさと前前記小領域の読み出し順序により決定される全ての状態遷移の中から、前記読み出し位置によっては存在し得ない状態遷移を抽出し、その遷移確率を全ての遷移確率の中で最低値となる確率以下に変更することを特徴としたものである。
【００１２】
さらに本発明のデジタルイメージ２値化方法において、２次元符号を適用して構成された２次元イメージデータに対応する多値のデジタルイメージから小領域を切り出して分割イメージとして順次出力する分割イメージ生成ステップと、前記分割イメージ生成手段に前記小領域の切り出し位置を順次設定する読み出し位置設定ステップと、前記デジタルイメージの高輝度目標値、低輝度目標値及び輝度の分散比率を予め記憶する設定値記憶ステップと、前記分割イメージ生成手段から順次出力される２つ以上連続した分割イメージの組み合せを状態とし、前記分割イメージの輝度値と前記高輝度目標値、前記低輝度目標値、及び前記輝度の分散比率から、各状態への遷移確率を演算する枝メトリック演算ステップと、前記分割イメージ生成手段によるデジタルイメージの読み始めから一つ前の読み出し位置までの状態遷移における遷移確率の総和である各状態の存在確率と、現在の読み出し位置における各状態への遷移確率から、各状態の次の存在確率を決定するパスメトリック選択ステップと、前記パスメトリック選択手段で演算された各状態の次の存在確率を記憶するパスメトリック記憶ステップと、前記パスメトリック選択手段の比較結果に基づいて状態の遷移を記録すると同時に、２値データを出力するパスメモリ処理ステップからなり、前記パスメトリック選択ステップは、各状態の一つ前の読み出し位置までの存在確率に現在の読み出し位置における各状態に至る複数の状態遷移それぞれの遷移確率を加算した候補確率を求め、各状態毎に最も候補確率の高い状態遷移を選択し、選択した候補確率を現在の読み出し位置における各状態の存在確率とすることを特徴としたものである。
【００１３】
さらに本発明のデジタルデータ再生装置は、２次元符号を適用して構成された２次元イメージデータが書き込まれた記録媒体からの光を光電変換しイメージを出力するイメージセンサーと、前記イメージの輝度を増幅するアンプと、前記アンプによって増幅された前記イメージをサンプリングするＡＤ変換手段と、前記ＡＤ変換手段によってサンプリングされたデジタルイメージに対して輝度の補正と平面座標の補正と空間フィルタによる補正を行う画像処理手段と、前記画像処理手段で補正が行われたデジタルイメージの２値化を行うデジタルイメージ２値化手段で構成され、前記デジタルイメージ２値化手段は、前記補正が行われたデジタルイメージから小領域を切り出して分割イメージとして順次出力する分割イメージ生成手段と、前記分割イメージ生成手段に前記小領域の切り出し位置を順次設定する読み出し位置設定手段と、前記デジタルイメージの高輝度目標値、低輝度目標値及び輝度の分散比率を予め記憶する設定値記憶手段と、前記分割イメージ生成手段から順次出力される２つ以上連続した分割イメージの組み合せを状態とし、前記分割イメージの輝度値と前記高輝度目標値、前記低輝度目標値、及び前記輝度の分散比率から、各状態への遷移確率を演算する枝メトリック演算手段と、前記分割イメージ生成手段によるデジタルイメージの読み始めから一つ前の読み出し位置までの状態遷移における遷移確率の総和である各状態の存在確率と、現在の読み出し位置における各状態への遷移確率から、各状態の次の存在確率を決定するパスメトリック選択手段と、前記パスメトリック選択手段で演算された各状態の次の存在確率を記憶するパスメトリック記憶手段と、前記パスメトリック選択手段の比較結果に基づいて状態の遷移を記録すると同時に、２値データを出力するパスメモリとを備え、前記パスメトリック選択手段は、各状態の一つ前の読み出し位置までの存在確率に現在の読み出し位置における各状態に至る複数の状態遷移それぞれの遷移確率を加算した候補確率を求め、各状態毎に最も候補確率の高い状態遷移を選択し、選択した候補確率を現在の読み出し位置における各状態の存在確率とすることを特徴としたものである。
【００１４】
さらにデジタルデータ再生装置において、前記枝メトリック演算手段は、前記２次元符号の符号化則と前記小領域の大きさと前前記小領域の読み出し順序により決定される全ての状態遷移の中から、前記読み出し位置によっては存在し得ない状態遷移を抽出し、その遷移確率を全ての遷移確率の中で最低値となる確率以下に変更することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のデジタルイメージ２値化装置によれば、雑音が多い場合でも、２つ以上連続した分割イメージの採り得る全ての目標イメージの組を状態とし、その状態遷移に基づいて確率密度分布関数を用いた最尤復号を行うことで正確な２値化ができる。
【００１６】
また、本発明のデジタルデータ再生装置によれば、雑音が多い場合でも、２つ以上連続した分割イメージの採り得る全ての目標イメージの組を状態とし、各状態の遷移確率に基づいて確率密度分布関数を用いた最尤復号を行うことによって正確な２値化ができるのでエラーレートの良好なデータ再生ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例におけるデジタルイメージ２値化装置の構成図を示す。図１において、２次元の変調符号を適用された２次元データに対応するデジタルイメージ１０１を分割イメージ生成手段１０２に入力し、分割イメージ生成手段１０２はデジタルイメージ１０１の小領域を切り出して分割イメージを生成し順次出力する。分割イメージ生成手段１０２でのデジタルイメージの切り出し位置は、読み出し位置設定手段１０３によって順次設定される。生成された分割イメージは順次、枝メトリック演算手段１０４へ入力される。また、設定値記憶手段１０５には、２次元の変調符号と、切り出し範囲とによって決定される分割イメージの採りうる全ての状態の目標イメージの輝度である高輝度目標１０５１、低輝度目標１０５２と、データ１、データ０それぞれに対応するデジタルイメージの輝度の分散の比率である分散比率が記憶されている。これらの設定値は枝メトリック演算手段１０４へ入力される。枝メトリック演算手段１０４は、２つ以上連続した分割イメージの採り得る全ての目標イメージの組を状態とし、分割イメージと目標イメージの輝度から、各状態への遷移確率を演算する。パスメトリック選択手段１０７はデジタルイメージの読み始めから一つ前までの遷移確率の総和（過去の存在確率）と現在の遷移確率を加算し、その中から確からしいものを選択するための選択信号を生成し、その選択信号によって、各状態の次の存在確率を選択する。パスメトリック記憶手段１０６はパスメトリック選択手段１０７で選択された各状態の存在確率を記憶する。パスメモリ１０８はパスメトリック選択手段１０７で生成された選択信号を基に、選択された状態の遷移を記憶していき、２値データを出力する。
【００１９】
まず、デジタルイメージ１０１について説明する。デジタルイメージ１０１は２次元の変調符号を適用された２次元データに対応するイメージである。本実施例では２次元符号として、１−４符号（１  Ｂｒｉｇｈｔ  Ｂｉｔ  ｏｎ  ４  Ｃｅｌｌｓ）と呼ばれるものを用いた場合について説明する。１−４符号とは、２ビットのデータを２ｘ２セルの２次元データに変換する符号で、変換された２次元データは２ｘ２セル合計４セルのうち１セルが“１”、残りの３セルが“０”になるものである。この符号の符号化後の２次元データの特徴としては、（１）“０”に比べて“１”のデータが少ない。（２）隣り合うセルのデータが両方“１”になる確率が低いといった特徴を持っている。図２に１−４符号化の例を示す。図２において、符号化器は、ビットデータ系列から現在符号を適用しようとしている２ビットを抜き出し、符号化テーブルから、抜き出した２ビットに対応する２ｘ２セルの２次元データを出力する。図２において、黒がデータ“０”、白がデータ“１”を示している。図２に示すように、１−４符号の符号語の総数は４つである。
【００２０】
図３に１−４符号が適用された２次元データを示す。図３に示す２次元データは図２で示したように、ビットデータ系列の２ビットを順次抜き出し符号化した結果得られる２ｘ２セルの２次元データを、予め決められた数だけ平面状に並べることで生成することが出来る。ただし、図３に示す２次元データには４角にマーカーと呼ばれる基準セルが配置されている。また、４辺にはマージンとしてデータ“０”である黒を配置している。ボリューム・ホログラフィック・ストレージでは、記録時には図示しない第１のレーザー光を図３に示す２次元データを用いて空間変調した光（物体光）と、図示しない第２のレーザー光（参照光）との干渉をホログラムメディアに書き込み、再生時には第２のレーザー光（参照光）のみをホログラムメディアに照射し、ホログラムメディアに記録された干渉パターンによって得られる回折光をＣＣＤ等で光電変換することでデジタルイメージを得る。図３において黒がデータ“０”、白がデータ“１”を示している。デジタルイメージ１０１は雑音が無いときには図３の２次元データとほぼ同じイメージになる。図３の２次元データを用いてデジタルイメージ１０１を説明すると、例えば、黒が暗い輝度１０（ｄｅｃｉｍａｌ）、白が明るい輝度２００（ｄｅｃｉｍａｌ）のイメージとなる。これら輝度の値は、イメージに必要なダイナミックレンジを考慮して、適切な演算ビット幅を設定することで、装置に適切な値にできる。たとえば、Ｓ／Ｎ比が２０デシベルのイメージに対してデジタルイメージの輝度を表現するビット幅を３ビットに設定しても十分なダイナミックレンジが得られない。従って、イメージのＳ／Ｎ比に応じて十分なビット幅を設定する必要がある。デジタルイメージ１０１はＳ／Ｎ比が悪化すると図４の様になり、データ“０”に対応する輝度と、データ“１”に対応する輝度とが判別しがたくなる。本発明は図４のような判別しがたいデジタルイメージ１０１であっても正確にデータ“０”とデータ“１”とを判別できる。判別するための構成について以下に説明する。なお、図４に示すデジタルイメージ１０１は、実際は多階調の輝度差を持つグレイスケールのイメージである。
【００２１】
次に、図４のようなデジタルイメージ１０１の雑音について説明する。まず、ＣＣＤの画素の面積積分による符号間干渉による雑音について説明する。図５はＣＣＤの１画素の光電変換を表した図である。図５の電界振幅および光の強度は光電変換を理解しやすくするために１次元で表している。２次元符号によって空間変調された光をＣＣＤカメラなどのイメージセンサーで観測するとき、光の強度をＣＣＤの１画素の面積で積分した値に比例した値が、その画素の輝度として出力される。光の強度は２次元符号によって空間変調された光の振幅である電界振幅の２乗に比例する。２次元符号化されたデータの“１”の周りに同じく“１”のデータがある時の電界振幅、光の強度は図５の（ａ）の様になる。また、２次元符号化されたデータの“１”の周りに同じく“１”のデータが無い時（周りが“０”のみの時）の電界振幅及び光の強度は図５の（ｂ）の様になる。前述したようにＣＣＤの１画素の輝度は光の強度を１画素の面積で積分した値に対応した値になる。よって、周りに“１”がある時（図５の（ａ））の方が、周りに“１”が無いとき（図５の（ｂ））より、ＣＣＤから出力される輝度は大きくなる。これは、周りの“１”の影響によるものである。つまり、同じ“１”に対応する輝度であっても、周りのデータが“１”であるか“０”であるかによって、ＣＣＤの１画素の面積で積分による誤差が生まれるので、出力される輝度が変化する。この変化は、“１”に対応する輝度を読み出す時の方が“０”に対応する輝度を読み出す時より大きくなり、ＣＣＤの出力で見た場合、“１”に対応する輝度のＳ／Ｎ比が悪化する。
【００２２】
次に光雑音について説明する。電界振幅に白色ガウス雑音のような一様な分散の散乱光等の雑音が付加された場合には、光の強度への変換である２乗によって、データ“１”に対応する光の強度の分散が、“０”に対応する光の強度の分散より大きくなる。光雑音の乗った光の強度をＣＣＤの１画素の面積で積分した値に比例した値が、その画素の輝度として出力される。次に電気雑音について説明する。電気雑音は、光電変換後の電気回路に乗っている雑音であって、ほぼガウス雑音と仮定できる。このように、ＣＣＤの画素の面積積分による符号間干渉、光雑音、電気雑音によって、デジタルイメージ１０１の輝度はばらつく。
【００２３】
次に、分割イメージ生成手段１０２について説明する。分割イメージ生成手段１０２はデジタルイメージ１０１から小領域を切り出し出力する。図４にデジタルイメージ１０１を切り出す様子を示す。１−４符号では１つの符号語は２ｘ２セルで構成されている。本実施例では、この符号語の２ｘ２セルに対応するデジタルイメージ１０１の２ｘ２画素をさらに２ｘ１画素ずつに分割して切り出す。図４のデジタルイメージ１０１の４隅の明るい輝度が偏っているパターンはマーカーであって、このマーカーによって分割を開始する位置を検出できる。つまり、マーカーの隣から分割を始めればよい。マーカー自身は情報を含んでいないので、分割する必要は無い。また、図４のデジタルイメージ１０１の４辺の暗い輝度は背景であって、これも情報を含んでいないので、分割する必要は無い。分割イメージ生成手段１０２の構成は、デジタルイメージ１０１が格納されている図示しないメモリから、図４の分割イメージＡ１、分割イメージＡ２・・・、分割イメージＢ１・・を構成する輝度情報を順次読み出し、出力する構成にする。図４の様に切り出されたデジタルイメージ１０１である分割イメージは順次、枝メトリック演算手段１０４へ入力される。
【００２４】
次に、読み出し位置設定手段１０３について説明する。読み出し位置設定手段１０３は、分割イメージ生成手段１０２での切り出し位置を決定する読み出し位置信号を出力するものである。例えば、図４の分割イメージＡ１はｘ座標が１１、ｙ座標が３の位置である位置（３，１１）と、ｘ座標が１１、ｙ座標が４の位置である位置（４，１１）の２ｘ１画素のイメージである。これを生成するときには、読み出し位置設定手段１０３は分割イメージ生成手段１０２に対して、ｘ＝１１、ｙ＝３という値を設定し、分割イメージ生成手段１０２は位置（３，１１）と位置（４，１１）の２ｘ１画素で分割イメージＡ１を生成し出力する。分割イメージの生成は、本実施例では、デジタルイメージ１０１の左上から右方向に、分割イメージＡ１、分割イメージＡ２、分割イメージＡ３・・・分割イメージＡ１６と読み出し、次に分割イメージＢ１・・・と行を変更してデジタルイメージ１０１の右下まで順番に行うので、読み出し位置設定手段１０３は、（ｘ＝１１、ｙ＝３）、（ｘ＝１２、ｙ＝３）、（ｘ＝１３、ｙ＝３）・・・（ｘ＝２６、ｙ＝３）と設定し、次に（ｘ＝１１、ｙ＝５）・・・と行を変更して順次設定する。
【００２５】
次に設定値記憶手段１０５について説明する。設定値記憶手段１０５は、分割イメージの採りうる全ての目標イメージの輝度が格納されている。デジタルイメージ１０１はデータ“０”に対する輝度が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）付近に、データ“１”に対する輝度が２００（ｄｅｃｉｍａｌ）付近に予め調整されている。ただし、図４に示すように雑音は残っている。この輝度の調整は、図示しない階調補正手段で行われ、図示しない階調補正手段は一般的な階調補正を行って実現する。１−４符号では符号語の２ｘ２セルに対応するデジタルイメージ１０１の２ｘ２画素をさらに２ｘ１画素ずつに分割した場合には、目標イメージは図６に示す様に３種類しか存在しない。設定値記憶手段１０５には、データ“０”、“１”に対する低輝度目標１０５２である１０（ｄｅｃｉｍａｌ）と、高輝度目標１０５１である２００（ｄｅｃｉｍａｌ）が格納されている。また、同じデータ“０”に対応する輝度であっても、雑音によってばらつきを持っている。設定値記憶手段１０５はデータ“０”に対応する輝度の分散と、データ“１”に対応する輝度の分散の比率も予め記憶されている。これらの設定値は枝メトリック演算手段１０４で用いられる。
【００２６】
次に、枝メトリック演算手段１０４について説明する。枝メトリック演算手段１０４は、各目標イメージの組を状態としたときに、採り得る状態の遷移確率をすべて演算するものである。まず状態について説明する。図７は本実施例の状態遷移図である。図６で示したように、目標イメージには上が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）下が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）、上が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）下が２００（ｄｅｃｉｍａｌ）、上が２００（ｄｅｃｉｍａｌ）下が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）の３種類ある。本実施例では１つ前の分割イメージに対応する目標イメージと、現在の読み出し位置の分割イメージに対応する目標イメージとの組を状態としている。図７において、状態Ｓ０は右下が“１”で残りの３つは“０”と表示されている。これは、一つ前の目標イメージは上が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）下が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）で、現在の目標イメージは上が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）下が２００（ｄｅｃｉｍａｌ）であることを示している。状態Ｓ０からの遷移には状態Ｓ１、状態Ｓ２、状態Ｓ３の３つがある。これは、状態Ｓ０の現在の目標イメージが遷移することによって一つ前の目標イメージがとなる状態が状態Ｓ１、状態Ｓ２、状態Ｓ３の３つであることを表している。状態Ｓ０は、右上が“０”右下が“１”で、状態Ｓ１、状態Ｓ２、状態Ｓ３は全て左上が“０”左下が“１”となっているのが分かる。この様に図７で矢印が書いている遷移が起こりえる。それぞれの遷移である図７の矢印を通る確率が遷移確率であり、遷移確率はＬ＿０１からＬ＿７４まで存在する。
【００２７】
遷移確率について説明する。遷移確率は各状態の遷移である図７の矢印を通る確率である。例えばＬ＿０１は状態Ｓ０から状態Ｓ１へ遷移する確率である。状態Ｓ１へ遷移するということは、遷移確率Ｌ＿０１は現在の分割イメージが、上が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）、下が２００（ｄｅｃｉｍａｌ）である確率である。これは、Ｓ１の現在の目標イメージが、上が１０（ｄｅｃｉｍａｌ）下が２００（ｄｅｃｉｍａｌ）だからである。データ“０”に対応するイメージの輝度がσ＿Ｌの標準偏差を持ってガウス分布しているとし、同様に、データ“１”に対応するイメージの輝度がσ＿Ｈの標準偏差を持ってガウス分布しているとする。前述したようにホログラムメモリの様な２次元イメージのシステムではデータ“０”とデータ“１”の分散（標準偏差の２乗）が異なることが多いので、それぞれの分散を考慮した方が正確な確率演算を行うことができる。データ“０”とデータ“１”の分散を求めるには、既知の２次元データを媒体に書込み、それを読み出して多値のデジタルイメージを得て、デジタルイメージの輝度の内、２次元データのデータ“０”に対応する輝度の分散と、２次元データのデータ“１”に対応する輝度の分散をそれぞれ求め、その比率を設定値記憶手段１０５に記憶しておく。輝度の分散は次のようにして求める。既知の２次元データを媒体に記録し、それを図示しないイメージセンサーで撮影することで、既知の２次元データに対応するデジタルイメージ１０１を取得する。次に、既知の２次元データとデジタルイメージ１０１を比較することで、データ“０”に対応するデジタルイメージ１０１の輝度系列と、データ“１”に対応するデジタルイメージ１０１の輝度系列とを得る。そして、データ“０”、“１”それぞれの輝度系列の分散を求め、その比率を設定値記憶手段１０５に記憶する。
【００２８】
遷移確率Ｌ＿０１は数１で表される。２ｘ１画素の分割イメージの上の輝度はＺ０、下の輝度はＺ１である。また、目標イメージのデータ“０”に対する値はＵ＿Ｌであり１０（ｄｅｃｉｍａｌ）、データ“１”に対する値はＵ＿Ｈであり２００（ｄｅｃｉｍａｌ）となる。
【００２９】
【数１】
2006259817.tif 000003
【００３０】
分割イメージと分散の値は元々決定している入力される値であるので、遷移確率は、遷移後の状態における現在の目標イメージによって決定される。図７の状態遷移図から、遷移後の状態における現在の目標イメージが同じである遷移を見つけると、それらの遷移確率が等しいので、数２が成り立つ。
【００３１】
【数２】
2006259817.tif 000004
【００３２】
これは、Ｌ＿０１とＬ＿３０とＬ＿４５とＬ＿７０の遷移後の状態における現在の目標イメージが同じであることを表している。また、Ｌ＿０２とＬ＿３４とＬ＿４６とＬ＿７４の遷移後の状態における現在の目標イメージが同じであることを表している。また、Ｌ＿０３とＬ＿１３とＬ＿２７とＬ＿４７とＬ＿５３とＬ＿６７の遷移後の状態における現在の目標イメージが同じであることを表している。数１と同様にして、Ｌ＿０２とＬ＿０３は数３の様になる。
【００３３】
【数３】
2006259817.tif 000005
【００３４】
数２からＬ＿０１、Ｌ＿０２、Ｌ＿０３が求まれば全ての遷移確率が計算できることがわかる。数１及び数３よりＬ＿０１、Ｌ＿０２、Ｌ＿０３を簡素化したＬ＿Ａ、Ｌ＿Ｂ、Ｌ＿Ｃは数４の様になる。
【００３５】
【数４】
2006259817.tif 000006
【００３６】
図８に枝メトリック演算手段１０４の構成を示す。図９は数４を演算する回路図であって枝メトリック生成手段９０１の構成である。減算器８０１〜８０４は分割イメージの輝度から目標イメージの輝度を減算する減算器である。乗算器８０５〜８０８は減算された値を２乗するための乗算器である。乗算器８０９、８１０はデータ“０”と“１”に対応するイメージの輝度の分散を重み付けるための乗算器である。加算器８１１〜８１３の加算によって、Ｌ＿Ａ、Ｌ＿Ｂ、Ｌ＿Ｃを出力する。
【００３７】
枝メトリック配置手段９０２は演算された遷移確率Ｌ＿Ａ、Ｌ＿Ｂ、Ｌ＿Ｃを数２にしたがって配置し、ＬＥ＿０１〜ＬＥ＿７４を出力する。ここで、ＬＥ＿０１〜ＬＥ＿７４はＬ＿０１〜Ｌ＿７４を簡素化した遷移確率であって、それぞれ対応したものになっている。また、枝メトリック配置手段９０２は読み出し位置設定手段１０３からの読み出し位置信号に従って、ＬＥ＿０１〜ＬＥ＿７４の内、存在し得ない遷移が起こらないように遷移確率を変更する。
【００３８】
ここで存在し得ない遷移について説明する。本実施例では図７に示す状態遷移図に従って最尤復号器を構成するのであるが、読み出し位置設定手段１０３で決定される読み出し順序によって、存在し得ない遷移がある。例えば、図７に点線で示したＬ＿０１、Ｌ＿０２、Ｌ＿４５、Ｌ＿４６は符号語の変わり目にのみ存在する状態遷移である。これは、遷移後の一つ前のデータと現在のデータの２ｘ２セルに“１”が２つ存在する場合である。１−４符号の制約により、符号語単位では２ｘ２セルの中に“１”は１つしか存在しないはずであるが、符号語の変わり目では“１”が２つになる場合がある。これを利用して、読み出し位置信号が符号語の変わり目を示さない場合にはＬ＿０１、Ｌ＿０２、Ｌ＿４５、Ｌ＿４６が選択されることは無いので確率を下げる。同様に、符号語の変わり目では、図７に一点鎖線でしめすＬ＿１３、Ｌ＿２７、Ｌ＿５３、Ｌ＿６７が選択されることは無いので確率を下げる。本実施例では、読み出し位置設定手段１０３は、（ｘ＝１１、ｙ＝３）、（ｘ＝１２、ｙ＝３）、（ｘ＝１３、ｙ＝３）・・・（ｘ＝２６、ｙ＝３）と設定し、次に（ｘ＝１１、ｙ＝５）・・・と行を変更して順次設定する。つまり、ｘの値が奇数か偶数かを見分けることで、符号語の変わり目であるか否かを検出できる。例えば、Ｌ＿０１に対応するＬＥ＿０１ついては数５が成り立つ。
【００３９】
【数５】
2006259817.tif 000007
【００４０】
数４への簡素化の時に負の符号をかけているので値が大きい方が確率は低い。実際の回路では、Ｌ＿ＡからＬ＿Ｃの内、最も大きい値にする。なお、Ｌ＿ＡからＬ＿Ｃの内最も大きい値と説明したが、Ｌ＿ＡからＬ＿Ｃより十分大きな値、例えば、Ｌ＿ＡからＬ＿Ｃの内最も大きい値を１０倍した値にしても良い。以上のように、枝メトリック配置手段９０２はＬ＿Ａ、Ｌ＿Ｂ、Ｌ＿Ｃを元に、ＬＥ０１〜ＬＥ＿７４を配置する。
【００４１】
次に、パスメトリック選択手段１０７について説明する。パスメトリック選択手段１０７は、現在その状態に居る確率である存在確率を演算するものである。存在確率は過去の遷移確率の総和である。各状態の存在確率の初期値は全て同じ値にする。つまり、どの状態であるかわからないようにする。存在確率の演算方法について図７を用いて説明する。状態Ｓ０へは状態Ｓ３と状態Ｓ７から遷移する場合がある。つまり、次の状態Ｓ０の存在確率は、一つ前の状態Ｓ３の存在確率と遷移確率Ｌ＿３０を加味したもの、または、一つ前の状態Ｓ７の存在確率と遷移確率Ｌ＿７０を加味したもののどちらかである。この両者を比較し、確率が高いほう選択し次の状態Ｓ０の存在確率とする。状態Ｓ１〜Ｓ７についても同様に演算する。ただし、状態Ｓ１の様に遷移元が１つだけの場合には比較、選択する必要はない。一つ前の読み出し位置における各状態の存在確率はパスメトリック記憶手段１０６に格納されている。パスメトリック選択手段１０７の構成を図１０に示す。前述した加算、比較、選択はパスメトリック加算比較選択手段１００１で行う、これは一般的にＡＣＳ（Ａｄｄ−Ｃｏｍｐａｒｅ−Ｓｅｌｅｃｔ）と呼ばれる部分である。パスメトリック加算比較選択手段１００１の内部構造を図１１に示す。加算器１１０１〜１１１４はＡＣＳのＡｄｄの部分である。二入力ソート手段１１１５、１１１７や、三入力ソート手段１１１６、１１１８はＡＣＳのＣｏｍｐａｒｅ−Ｓｅｌｅｃｔ手段である。パスメトリック加算比較選択手段１００１は一つ前の存在確率Ｐ０〜Ｐ７と、簡素化された遷移確率ＬＥ０１〜ＬＥ７４を入力し、次の存在確率Ｐ０’〜Ｐ７’をｏｕｔｐｕｔ信号出力端子“ｏ”から出力し、選択信号Ｓｅｌ０、選択信号Ｓｅｌ３、選択信号Ｓｅｌ４、選択信号Ｓｅｌ７をｆｌａｇ信号出力端子“ｆ”から出力する。選択信号Ｓｅｌ０〜Ｓｅｌ７は二入力や三入力の内どれを選択したかを知らせるための信号である。
【００４２】
パスメトリック加算比較選択手段１００１で演算された次の存在確率Ｐ０’〜Ｐ７’はパスメトリックリミット手段１００２へ入力される。パスメトリックリミット手段１００２はＰ０’〜Ｐ７’が大きくなりすぎた場合や、小さくなりすぎた場合に、制限するための回路である。実際に回路化する時には値を制限する必要がある。存在確率は各状態での相対的な大きさが変化しなければ良いので、例えば、Ｐ０’〜Ｐ７’の内一つでも―１０００（ｄｅｃｉｍａｌ）を下回った場合にはＰ０’〜Ｐ７’全てに＋１０００（ｄｅｃｉｍａｌ）を加える構成にすればよい。パスメトリックリミット手段１００２は制限された存在確率Ｐ０＿ｎｅｗ〜Ｐ７＿ｎｅｗを出力する。
【００４３】
次に、パスメトリック記憶手段１０６について説明する。パスメトリック選択手段１０７で演算された次の存在確率Ｐ０＿ｎｅｗ〜Ｐ７＿ｎｅｗは、パスメトリック記憶手段１０６へ入力され記憶される。図１２にパスメトリック記憶手段１０６の構成を示す。遅延器１２０１〜１２０８は入力された次の存在確率Ｐ０＿ｎｅｗ〜Ｐ７＿ｎｅｗを記憶し、次の計算をする時にＰ０〜Ｐ７として出力する。
【００４４】
次に、パスメモリ１０８について説明する。パスメモリ１０８は、パスメトリック選択手段１０７で演算された選択信号Ｓｅｌ０〜Ｓｅｌ７を使って、確率の高い２次元データの選択を繰り返すことによって、確からしい系列を復調するものである。選択信号Ｓｅｌ０〜Ｓｅｌ７はどの状態遷移をしたかを示す信号である。図７の状態遷移図に基づいて構成された回路において、どの状態遷移をしたかが判れば、元の２値データがどのようなものであったかを演算することができる。パスメモリ１０８は、これらの選択信号Ｓｅｌ０〜Ｓｅｌ７に従って２値のデータを復調していく。図１３にパスメモリ１０８の構成図を示す。状態初期値記憶手段１３０１は確率演算される前の２次元データが格納されている。これは図７に示すように、状態Ｓ０であれば、上が０、下が１のデータであって、これが状態Ｓ０初期値である。状態Ｓ１初期値〜状態Ｓ７初期値も同様に、図７の２次元データの値が格納されている。第１パスメモリ１３０２から第ｎパスメモリ１３０４は選択信号Ｓｅｌ０〜Ｓｅｌ７に従って、記憶するデータを選択するメモリである。これらのメモリの構成は図１４に示すような構成になっている。二入力選択手段１４０１、１４０３及び、三入力選択手段１４０２、１４０４は、選択信号Ｓｅｌ０〜Ｓｅｌ７に従って入力を選択するものである。遅延器１４０５〜１３１２は選択された２次元データを一時記憶するための遅延器である。選択信号によって、確率の高い２次元データが選択され、これを繰り返すうちに、最も確からしい２次元データを復調できる。第ｎパスメモリ１３０４の出力は繰り返し選択された２次元データの最も確からしい値を出力する。
【００４５】
このように、２次元符号の相関を利用し、状態遷移図を作成し、その状態遷移図を基に、確率密度分布関数を用いて最尤復号することで、正確な２次元データを復調できる。特に、確率密度分布関数の分散をデータ“０”とデータ“１”で異なる値にすることで、ホログラムメモリのように、データ“０”とデータ“１”でばらつきが異なるシステムでも良好な性能が得られる。
【００４６】
なお、本実施例では、１−４符号を用いて説明を行ったが、２次元符号系列間に相関のある符号であればよく、例えば、３−１６符号（３ Ｂｒｉｇｈｔ  Ｂｉｔ  Ｏｎ  １６  Ｃｅｌｌｓ  Ｃｏｄｅ）や、畳み込み符号を用いても良い。
【００４７】
なお、本実施例では状態を一つ前と現在の目標イメージの組み合わせとして説明したが、３−１６符号等を用いる時には、二つ前、三つ前まで組み合わせてもよく、この様にすることで、符号化則による制約を十分考慮でき、存在し得ない状態遷移を増やすことができる。その結果、間違った状態遷移をすることが少なくなり、２値化のエラーの数を減らすことができる。
【００４８】
なお、本実施例ではハードウェアの構成を説明したが、同等の機能を持ったソフトウェア、または同等の機能を持ったプログラムを記憶する媒体でも良い。
【実施例２】
【００４９】
図１５は、本実施例におけるデジタルデータ再生装置の構成図を示す。図１５において、イメージセンサー１５０１によって撮影されたイメージは、アンプ１５０２によって増幅される。アンプ１５０２のゲインはゲイン調整手段１５０３から設定される。増幅されたイメージはＡＤ変換手段１５０４によってサンプリングされ、メモリＩ／Ｆ１５０５を介してメモリ１５０６のデジタルイメージ領域１５０６１へ格納される。デジタルイメージ領域１５０６１へ格納されたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１５０５を介して画像処理手段１５０７の輝度値演算手段１５０７１と輝度補正手段１５０７２へ入力される。
【００５０】
輝度値演算手段１５０７１は、デジタルイメージの輝度情報である明るい輝度の評価値と暗い輝度の評価値を演算する。演算された明るい輝度の評価値と暗い輝度の評価値はゲイン調整手段１５０３と輝度補正手段１５０７２へ入力される。輝度補正手段１５０７２は、入力された輝度情報と目標設定手段１５０８からの輝度目標値を入力し、デジタルイメージの輝度を補正する。補正されたデジタルイメージは、平面座標補正手段１５０７３へ入力され、平面座標補正手段１５０７３は、デジタルイメージを適切なＸＹ位置でリサンプリングすることで平面座標の補正を行う。リサンプリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１５０５を介してワーク領域１５０６２へ格納される。リサンプリングされたデジタルイメージは、ワーク領域１５０６２からメモリＩ／Ｆ１５０５を介して空間フィルタ１５０７４へ入力される。
【００５１】
空間フィルタ１５０７４は、フィルタ特性設定手段１５０９から設定される特性で、まず、デジタルイメージを行方向へフィルタリングする。行方向へフィルタリングされたデジタルイメージは、メモリＩ／Ｆ１５０５を介してワーク領域１５０６２へ格納される。行方向へフィルタリングされたデジタルイメージは、ワーク領域１５０６２からメモリＩ／Ｆ１５０５を介して再度空間フィルタ１５０７４へ入力される。空間フィルタ１５０７４は、フィルタ特性設定手段１５０９から設定される特性で、デジタルイメージを今度は列方向へフィルタリングする。行方向および列方向にフィルタリングされたデジタルイメージはデジタルイメージ２値化装置１５１０へ入力される。
【００５２】
デジタルイメージ２値化装置１５１０は、目標設定手段１５０８から輝度目標値を設定され、デジタルイメージを確からしいデータに２値化し、メモリＩ／Ｆ１５０５を介して２値データ領域１５０６３へ格納される。２値データ領域１５０６３へ格納された２値データは、図示しない記録符号復号手段で復号し、図示しない誤り訂正手段で誤り訂正を行ったあと、図示しないホストＩ／Ｆを介してホストへ転送される。ゲイン調整手段１５０３は、次のデジタルイメージを読む時のために、輝度値演算手段１５０７１から出力される輝度情報と、目標設定手段１５０８から出力される輝度目標値を入力し、これらに基づいてアンプ１５０２のゲインを調整する。
【００５３】
まず、イメージセンサー１５０１、アンプ１５０２、ＡＤ変換手段１５０４について説明する。イメージセンサー１５０１は図示しないレンズなどを介して撮像面に当たった光を光電変換するＣＣＤである。アンプ１５０２は、イメージセンサー１５０１によって撮影されたイメージの輝度情報を増幅するためのものである。これは、ＡＤ変換手段１５０４のサンプリング時に十分なダイナミックレンジを稼ぐためのもので、そのゲインは後述するゲイン調整手段１５０３から設定される。ＡＤ変換手段１５０４は、輝度情報をサンプリングして各画素の輝度を多ビットのデジタルデータ（デジタルイメージ）に変換する。
【００５４】
次に、メモリＩ／Ｆ１５０５とメモリ１５０６について説明する。メモリＩ／Ｆ１５０５は後述するメモリ１５０６へアクセスするためのインターフェイスである。メモリ１５０６は例えばＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を用いる。メモリ１５０６にはデジタルイメージ領域１５０６１、ワーク領域１５０６２、２値データ領域１５０６３の３つの領域が構成されている。デジタルイメージ領域１５０６１はイメージセンサー１５０１で撮影されＡＤ変換手段１５０４でサンプリングされたデジタルイメージを格納する領域であって、撮影されたイメージはこの領域に格納され管理される。ワーク領域１５０６２は、画像処理手段１５０７が処理を行うときに一時的に処理中のデジタルイメージを格納する領域である。２値データ領域１５０６３は、デジタルイメージ２値化装置１５１０で２値化されたデータを格納する領域である。
【００５５】
次に、輝度値演算手段１５０７１について説明する。輝度値演算手段１５０７１は、デジタルイメージ領域１５０６１に格納されたイメージの輝度情報である明るい輝度の評価値と暗い輝度の評価値を演算するものである。デジタルイメージ領域１５０６１へ格納されたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１５０５を介して、輝度値演算手段１５０７１へ入力され、輝度値演算手段１５０７１は明るい輝度の評価値と暗い輝度の評価値を出力する。輝度値演算手段１５０７１は、例えば、図１６の様に、デジタルイメージの輝度のヒストグラムを演算し、そのヒストグラムの輝度の最大値から１０％の頻度の輝度をデータ“１”に対応する明るい輝度の評価値とし、ヒストグラムの輝度の小さい方から頻度が１０％の輝度をデータ“０”に対応する暗い輝度の評価値とする。この様にすることで、デジタルイメージの輝度情報である明るい輝度の評価値と暗い輝度の評価値が演算できる。以降、明るい輝度の評価値をライト値、暗い輝度の評価値をダーク値と呼ぶ。
【００５６】
次に、目標設定手段１５０８と、輝度補正手段１５０７２について説明する。輝度補正手段１５０７２は、デジタルイメージ領域１５０６１に格納されているデジタルイメージをメモリＩ／Ｆ１５０５を介して入力し、輝度値演算手段１５０７１で演算したダーク値、ライト値を目標設定手段１５０８から設定するライト値の輝度目標値（ライト輝度目標値）およびダーク値の輝度目標値（ダーク輝度目標値）に調整するものである。輝度補正手段１５０７２の構成例を図１７に示す。減算器１７０１はライト輝度目標値からダーク輝度目標値を減算することで輝度目標値の振幅を求めている。減算器１７０２は輝度値演算手段１５０７１で演算したライト値からダーク値を減算することで、デジタルイメージの振幅を求めている。除算器１７０３は減算器１７０１の出力を減算器１７０２の出力で除算することで、輝度を補正するためのゲインを求めている。デジタルイメージは減算器１７０４へ入力され、減算器１７０４はデジタルイメージからダーク値を減算することで、ダーク値のオフセットが０になるようにデジタルイメージを調整する。乗算器１７０５は除算器１７０３で演算したゲインを減算器１７０４の出力に乗算することで輝度の補正をしている。加算器１７０６は乗算器１７０５の出力にダーク輝度目標値を加算することでオフセットの調整をしている。このようにして、デジタルイメージのダーク値、ライト値をそれぞれの輝度目標値に補正することができる。
【００５７】
次に平面座標補正手段１５０７３について説明する。平面座標補正手段１５０７３は、デジタルイメージを正確に２値化するため、デジタルイメージを適切なＸＹ位置でリサンプリングするものである。デジタルイメージはイメージセンサーの回転や記録媒体の傾きなどよって歪みや回転が起こったイメージの可能性がある。そのため、この歪みや回転を考慮し、正確に２値化するため、適切なサンプル位置でリサンプリングする必要がある。これらの歪みや回転を補正する方法は多く開示されている。例えば、図４のデジタルイメージには４隅に特定のパターンであるマーカーがある。このマーカーはデータを記録媒体に書き込むときに付加したデータである。このマーカーが存在する位置を検出することで、デジタルイメージがどのように歪んでいるか検出する。例えば、デジタルイメージを（ｍ，ｎ）行列とし、左上のマーカーが（１２，１０）の位置にあり、右上のマーカーが（１７，２０３）の位置にあり、左下のマーカーが（１８０，１４）の位置にあり、右下のマーカーが（１８７，１８６）の位置にそれぞれ存在し、２次元符号化データのマーカーの間隔が１００セル毎に存在するデータフォーマットである時、左上と右上とのマーカー間距離、左上と左下とのマーカー間距離、同様に右上と右下、左下と右下とのマーカー間距離が全て１００画素になるように２次元補間をする方法がある。この方法は一般的な２次元バーコードリーダーで用いられている。適切なＸＹ位置でリサンプリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１５０５を介して、ワーク領域１５０６２へ格納される。
【００５８】
次に空間フィルタ１５０７４について説明する。空間フィルタ１５０７４は、リサンプリングされたデジタルイメージを２値化し易いように、望みの特性にフィルタリングするものである。リサンプリングされたデジタルイメージはワーク領域１５０６２からメモリＩ／Ｆ１５０５を介して空間フィルタ１５０７４へ入力される。空間フィルタ１５０７４は、デジタルイメージの１行目を、左上の輝度から順番に右へ向かってＩ（１，１）、Ｉ（１，２）、Ｉ（１，３）・・・と入力していき、続いて２行目、３行目もＩ（２，１）、Ｉ（２，２）、Ｉ（２，３）・・・Ｉ（３，１）、Ｉ（３，２）・・・と入力していく。Ｉ（ｙ，ｘ）はデジタルイメージの各位置での輝度である。空間フィルタ１５０７４の構成例を図１８に示す。
【００５９】
図１８はＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタと呼ばれる構成になっている。空間フィルタ１５０７４に入力されたデジタルイメージの輝度系列は遅延器１８０１、１８０２、１８０３、１８０４によって遅延されタップ入力となる。タップ入力とフィルタ特性設定手段１５０９から入力されるフィルタ係数との乗算が乗算器１８０５、１８０６、１８０７、１８０８、１８０９で行われ、その出力が加算器１８１０で総和され出力される。ＦＩＲフィルタは入力系列にフィルタ係数に対応する特性を適用することができる。つまり、コントラストが悪く白と黒がはっきりしないイメージであっても、この空間フィルタ１５０７４でフィルタリングすることで、コントラストが良いデジタルイメージが得られる。空間フィルタ１５０７４によって行方向にフィルタリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１５０５を介してワーク領域１５０６２へ格納される。
【００６０】
行方向にフィルタリングされたデジタルイメージは、ワーク領域１５０６２からメモリＩ／Ｆ１５０５を介してから空間フィルタ１５０７４へ再度読み出され今度は列方向に同様のフィルタリングを行う。このように行方向、列方向にそれぞれフィルタリングすることによって、デジタルイメージは適切な特性にフィルタリングされる。このフィルタリングによって、コントラストのはっきりしたデジタルイメージが得られる。
【００６１】
なお、本実施例では空間フィルタ１５０７４でのフィルタリングを行方向、列方向に分けて行ったが、２次元フィルタを用いて１度だけフィルタリングする構成でも良い。
【００６２】
次に、フィルタ特性設定手段１５０９について説明する。フィルタ特性設定手段１５０９は空間フィルタ１５０７４の特性を設定する手段である。つまり、ＦＩＲフィルタの係数を設定するものである。フィルタ特性設定手段１５０９のフィルタ係数は、例えば、既知の２次元データに対応するデジタルイメージと、その理想（雑音の無い）デジタルイメージを用意して、ウィーナー解と呼ばれるフィルタ係数を演算することで得られる。ウィーナー解は、目標値とフィルタ入力があれば求めることができる。目標値は雑音の無いデジタルイメージで、これは既知の２次元データのデータ“１”をライト輝度目標値に、データ“０”をダーク輝度目標値にしたものである。フィルタ入力は既知の２次元データを媒体に記録し、それをイメージセンサー１５０１で撮影して取得したイメージに順次処理を行い、平面座標補正手段１５０７３によって、適切なＸＹ位置でリサンプリングされたデジタルイメージである。ウィーナー解は目標値とフィルタ出力の２乗平均誤差を最小にするフィルタ係数であって、目標値とフィルタ入力との、自己相関、相互相関を求めることで計算できる。
【００６３】
次にデジタルイメージ２値化装置１５１０について説明する。デジタルイメージ２値化装置１５１０は、デジタルイメージからデータを読み出すために２値化するものであって、実施例１で述べたデジタルイメージ２値化装置である。実施例１の図１において、設定値記憶手段１０５の高輝度目標１０５１には、図１５の目標設定手段１５０８からライトの輝度目標値が、低輝度目標１０５２には目標設定手段１５０８からダークの輝度目標値がそれぞれ設定される。そして、デジタルイメージ２値化装置１５１０は、画像処理手段１５０７によって適切に補正されたデジタルイメージを入力し、２次元符号の相関を利用した状態遷移図に基づいて、確からしい２値データを演算する。デジタルイメージ２値化装置１５１０の詳しい説明は実施例１で述べたので省く。
【００６４】
デジタルイメージ２値化装置１５１０によって２値化によって出力される２値データはメモリＩ／Ｆ１５０５を介して２値データ領域１５０６３へ格納される。２値データ領域１５０６３へ格納された２値データは、図示しない記録符号復号手段で復号し、図示しない誤り訂正手段で誤り訂正を行ったあと、図示しないホストＩ／Ｆを介してホストへ転送される。
【００６５】
次にゲイン調整手段１５０３について説明する。ゲイン調整手段１５０３は、次のイメージをＡＤ変換手段１５０４でサンプリングする時に、ＡＤ変換手段１５０４でのダイナミックレンジが十分取れるようにアンプ１５０２のゲインを調整するものであるゲイン調整手段１５０３の構成は、図１７の輝度補正手段１５０７２のゲインを演算する構成と同じである。輝度値演算手段１５０７１から出力される輝度情報と、目標設定手段１５０８から出力される輝度目標値を入力し、アンプ１５０２のゲインを調整する。デジタルイメージの輝度が全体的に小さくＡＤ変換手段１５０４でのダイナミックレンジが大きく取れない場合には性能の悪化を招く。よって、前のデジタルイメージの輝度情報からアンプ１５０２のゲインを調整し、次のイメージをサンプリングすることで、この性能の悪化を防ぐことができる。
【００６６】
以上のように、画像処理手段１５０７でデジタルイメージを適切に補正し、実施例１のようなデジタルイメージ２値化装置で２値化を行うことで、正確なデータの再生ができる。
【００６７】
なお、本実施例ではイメージセンサーとして、ＣＣＤを用いて説明を行ったがＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子を利用しても良く本実施例に限定されるものではない。
【００６８】
なお、本実施例ではハードウェアの構成を説明したが、同等の機能を持ったソフトウェア、または同等の機能を持ったプログラムを記憶する媒体でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明にかかるデジタルイメージ２値化装置、デジタルイメージ２値化方法及びデジタルデータ再生装置によれば、イメージの２値化を行う画像処理機器や、イメージからエラーの少ないデータ再生を行うストレージ機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１におけるデジタルイメージ２値化装置の構成図
【図２】本発明の実施例１における２次元符号を説明する図
【図３】本発明の実施例１における２次元符号化されたデータを表わす図
【図４】本発明の実施例１における２次元符号化されたデータに対応するイメージ図
【図５】本発明の実施例１における光電変換を説明する図
【図６】本発明の実施例１における状態と目標イメージを説明する図
【図７】本発明の実施例１における状態遷移図
【図８】本発明の実施例１における枝メトリック演算手段の回路図
【図９】本発明の実施例１における遷移確率を演算する回路図
【図１０】本発明の実施例１におけるパスメトリック選択手段の回路図
【図１１】本発明の実施例１におけるＡＣＳの構成図
【図１２】本発明の実施例１におけるパスメトリック記憶手段の構成図
【図１３】本発明の実施例１におけるパスメモリの構成図
【図１４】本発明の実施例１における第ｎパスメモリの構成図
【図１５】本発明の実施例２におけるデジタルデータ再生装置の構成図
【図１６】本発明の実施例２における輝度の評価値を説明する図
【図１７】本発明の実施例２における輝度補正手段の構成図
【図１８】本発明の実施例２における空間フィルタの構成図
【図１９】従来の中心位置検出を説明する図
【図２０】従来の２値化のフローチャート
【図２１】従来の２値化のフローチャート
【符号の説明】
【００７１】
１０１  デジタルイメージ
１０２  分割イメージ生成手段
１０３  読み出し位置設定手段
１０４  枝メトリック演算手段
１０５  設定値記憶手段
１０５１  高輝度目標
１０５２  低輝度目標
１０５３  分散比率
１０６  パスメトリック記憶手段
１０７  パスメトリック選択手段
１０８  パスメモリ
８０１〜８０４  減算器
８０５〜８１０  乗算器
８１１〜８１３  加算器
９０１  枝メトリック生成手段
９０２  枝メトリック配置手段
１００１  パスメトリック加算比較選択手段
１００２  パスメトリックリミット手段
１１０１〜１１１４  加算器
１１１５、１１１７  二入力ソート手段
１１１６、１１１８  三入力ソート手段
１２０１〜１２０８  遅延器
１３０１  状態初期値記憶手段
１３０２  第１パスメモリ
１３０３  第２パスメモリ
１３０４  第ｎパスメモリ
１４０１、１４０３  二入力選択手段
１４０２、１４０４  三入力選択手段
１４０５〜１４１２  遅延器
１５０１  イメージセンサー
１５０２  アンプ
１５０３  ゲイン調整手段
１５０４  ＡＤ変換手段
１５０５  メモリＩ／Ｆ
１５０６  メモリ
１５０６１  デジタルイメージ領域
１５０６２  ワーク領域
１５０６３  ２値データ領域
１５０７  画像処理手段
１５０７１  輝度値演算手段
１５０７２  輝度補正手段
１５０７３  平面座標補正手段
１５０７４  空間フィルタ
１５０８  目標設定手段
１５０９  フィルタ特性設定手段
１５１０  デジタルイメージ２値化装置
１７０１、１７０２  減算器
１７０３  除算器
１７０４  減算器
１７０５  乗算器
１７０６  加算器
１８０１〜１８０４  遅延器
１８０５〜１８０９  乗算器
１８１０  加算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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