輝度値演算装置、輝度値演算方法、及びデータ再生装置
【課題】コントラストがはっきりしておらず、Ｓ／Ｎ比がよくない場合であっても、イメージの正確な輝度値が演算できる輝度値演算装置及びそれを用いたデータ再生装置を提供する。
【解決手段】第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得たデジタルイメージ１０１の所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段１０５と、デジタルイメージ１０１の所定の範囲における輝度の平均値を生成する平均値生成手段１０６と、ヒストグラムに基づいて、存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段１０７と、ダーク値と平均値と存在比率に基づいて、存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備える。
【解決手段】第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得たデジタルイメージ１０１の所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段１０５と、デジタルイメージ１０１の所定の範囲における輝度の平均値を生成する平均値生成手段１０６と、ヒストグラムに基づいて、存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段１０７と、ダーク値と平均値と存在比率に基づいて、存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算技術、及びこの輝度値演算技術を利用したデータ再生技術に関する。
【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情報記録媒体（以下、単に「媒体」と記述する。）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、この技術は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ータ再生装置としては２次元コードリーダーがある。特許文献１の２次元コードリーダーは、紙等の媒体に印刷された２次元コードを含む領域をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサー等のイメージセンサーで撮影し、閾値で２値化後、メモリに蓄え、位置決め用シンボル等を利用して台形歪、回転等を補正し、２次元コードの情報を読み取るものである（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値化する方法としては、適切に閾値を制御することで、閾値以上の輝度に対応する第１のデータ（ここでは、“１”）と閾値より小さな輝度に対応する第２のデータ（ここでは“０”）をエラーができるだけ起こらないように識別する方法や、デジタルイメージの輝度を予め決められた値、例えば“１”に対応する画素の輝度の平均値を１０（ｄｅｃｉｍａｌ）、“０”に対応する画素の平均値を−１０（ｄｅｃｉｍａｌ）に補正し、補正された輝度が０（ｄｅｃｉｍａｌ）以上なら“１”、０（ｄｅｃｉｍａｌ）より小さければ“０”とする方法がある。
【０００５】
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１７は、２次元コードの１セル毎に中心画素の輝度（以下、単に「中心画素輝度」と記述する。）を求め、得られた中心画素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り、図１８は、２次元コードを２値化するための処理の一例のフローチャートである。図１７、図１８に示すように、イメージセンサーから読み出したデジタルイメージから２次元コードの存在する位置を検出し、コードの１セル毎に中心画素輝度を求め（ステップＳＡ１）、求めた中心画素輝度を利用したデジタルイメージを小領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分割する。次いで、小領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分割された中心画素輝度のイメージから、それぞれの領域で最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎを求め（ステップＳＡ２）、その最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎの中間値を閾値ｔｈとし（ステップＳＡ３）、求めた閾値ｔｈを利用して中心画素輝度を２値化する（ステップＳＡ４）。
【０００６】
図１９は、２次元コードを２値化するための処理の別の例のフローチャートである（例えば、特許文献２参照）。図１９のフローでは、各セルの中心画素の輝度を求め（ステップＳＢ１）、デジタルイメージの輝度のヒストグラムを作成し（ステップＳＢ２）、そのヒストグラムを解析する。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つの山ができるので、画像の輝度むらの有無を判断し（ステップＳＢ３）、輝度むらがない場合には、２つの山から閾値を演算し（ステップＳＢ４）、演算した閾値を利用して２値化処理を行う（ステップＳＢ５）。輝度むらがある場合には、図１８の方法、すなわち輝度の最大値及び最小値から閾値を生成し、２値化する方法が利用される（ステップＳＢ６）。
【０００７】
デジタルイメージの輝度を予め決められた値にする具体的な方法としては、前述した最大値と最小値が予め決めておいた値になる様にデジタルイメージの階調を補正する方法、前述したヒストグラムの２つの山のピークの輝度が予め決めておいた値になる様にデジタルイメージの階調を補正する方法が利用できる。
【０００８】
また、デジタルイメージの輝度を予め決められた値にする他の方法としては、図２０に示すように、被写体像２００１から光学系２００２を介して、ＣＣＤ２００３のイメージセンサーから読み出された信号を、アンプ２００４によって増幅し、増幅された信号を、クランプ回路２００５で信号の低いレベルを０にクランプし、クランプされた信号から、レベル検出回路２００６によってイメージの輝度レベルを検出し、検出した輝度レベルに基づいてアンプ２００４のゲインを決定するＡＧＣ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ループを構成することによって輝度を望む値に補正する方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
このように、２値化データの内の第１のデータ（ここでは“１”）に対応するイメージの高い輝度値と、第２のデータ（ここでは“０”）に対応するイメージの低い輝度値を、最大値と最小値やヒストグラムの山に基づいて求めることによって、正確な２値化処理が行われ、２次元データの再生が可能となる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００―１７２７７７号（第１０−１４欄、第１図）
【特許文献２】特開平１０―６３７７１号（第５−１３欄、第１図、第５図）
【特許文献３】特開平１０―１３４１３４号（第３−５欄、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ホログラフィック・データ・ストレージ等のＳ／Ｎ比がよくない媒体のデータ再生においては、イメージの高い輝度のばらつきが大きく、輝度の最大値等に基づいて２値化データの一方（例えば“１”）に対応する輝度値を求めると正確な値を測定できない。
【００１２】
また、ホログラフィック・データ・ストレージ等のコントラストがはっきりしていない場合のデータ再生においては、イメージの高い輝度対応するヒストグラムの山が現れ難く、高輝度に対応する２値化データ（例えば“１”）に対応する輝度値を正確に測定できない。
【００１３】
また、ＡＧＣループを用いる方法でも、レベル検出回路でのイメージの輝度の検出にはイメージの最大値等高い輝度を用いるので、Ｓ／Ｎ比が悪くイメージの高い輝度のばらつきが大きい場合のデータ再生においては、正確な輝度値が測定できない。さらに、輝度値を正確に測定できないため、その情報を利用したデジタルイメージの２値化が正確に行えず、エラーの少ないデータ再生が行えない。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、コントラストがはっきりしておらず、Ｓ／Ｎ比がよくない場合であっても、イメージの正確な輝度値が演算できる輝度値演算装置及びそれを用いた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】
【００１５】
本発明の輝度値演算装置は、第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算装置であって、前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備えるものである。
【００１６】
また、本発明の輝度値演算装置は、前記ライト値演算手段の出力が、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定されるものを含む。
【００１７】
また、本発明のデータ再生装置は、第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体のイメージを取得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、前記アンプのゲインを調整する第１のゲイン調整手段と、前記アンプによって増幅されたイメージをサンプリングしてデジタル値に変換するＡＤ変換手段と、前記ＡＤ変換手段によって得られたデジタルイメージの輝度の補正と平面座標の補正との少なくとも一方を行う画像処理手段と、前記画像処理手段によって補正されたデジタルイメージを２値化する手段を備え、前記画像処理手段は、前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算手段を備え、前記輝度値演算手段は、前記ＡＤ変換手段によって得られた前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備えるものである。
【００１８】
また、本発明のデータ再生装置は、前記第１のゲイン調整手段が、前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記アンプのゲインを調整するものを含む。
【００１９】
また、本発明のデータ再生装置は、前記画像処理手段が、前記デジタルイメージの輝度を補正する階調補正手段と、前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記階調補正手段のゲインとＤＣオフセットの少なくとも一方を調整する第２のゲイン調整手段とを備えるものを含む。
【００２０】
また、本発明のデータ再生装置は、前記画像処理手段が、前記階調補正手段によって補正されたデジタルイメージを適切な平面座標でリサンプリングするリサンプリング手段と、前記リサンプリング手段によって、リサンプリングされたデジタルイメージを望みの特性にフィルタリングするフィルタと、前記第２のゲイン調整手段の調整目標値と、前記フィルタの入出力デジタルイメージから、前記フィルタの特性を演算するフィルタ特性演算手段とを備えるものを含む。
【００２１】
また、本発明のデータ再生装置は、前記ライト値演算手段の出力が、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定されるものを含む。
【００２２】
また、本発明の輝度値演算方法は、第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算方法であって、前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成ステップと、前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算ステップと、前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算ステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コントラストがはっきりしておらず、Ｓ／Ｎ比がよくないイメージであっても輝度値を正確に演算することができる。また、正確な輝度情報に基づいて階調補正やフィルタリングを行うので、正確な２値化が可能となり、エラーの少ないデータ再生ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置の概略構成を示す。図１の輝度地演算装置は、ヒストグラム生成手段１０５、平均値生成手段１０６、ダーク値演算手段１０７、ライト値演算手段１０８、範囲設定手段１０２、第１の範囲記憶手段１０３、第２の範囲記憶手段１０４を含んで構成され、２次元データデジタルイメージ１０１の輝度値を演算するものである。演算された輝度値は、多値デジタルイメージから２値データを得るための基準輝度値等として利用される。
【００２６】
ヒストグラム生成手段１０５は、範囲設定手段１０２によって第１の範囲記憶手段１０３に設定された第１の範囲での、デジタルイメージ１０１の輝度のヒストグラムを生成する。平均値生成手段１０６は、範囲設定手段１０２によって第２の範囲記憶手段１０４に設定された第２の範囲での、デジタルイメージ１０１の輝度の平均値を生成する。ヒストグラム生成手段１０５によって生成されたヒストグラムは、ダーク値演算手段１０７へ入力され、ダーク値演算手段１０７は、デジタルイメージ１０１の低い輝度値であるダーク値を演算する。低い輝度値であるダーク値と平均値は、ライト値演算手段１０８へ入力され、ライト値演算手段１０８はデジタルイメージ１０１の高い輝度値であるライト値を出力する。
【００２７】
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次元符号化された２次元データに対応するイメージであってＣＣＤセンサー（以下、単に「ＣＣＤ］と記述する場合もある。）等のイメージセンサーに結像している光を光電変換し、ＡＤ変換器によってサンプリングした結果得られるものである。この例では２次元符号として、１−４符号（１ Ｌｉｇｈｔ Ｂｉｔ ｏｎ ４ Ｃｅｌｌｓ）と呼ばれるものを用いた２次元データに対応するイメージを示している。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。この符号を適用した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。
【００２８】
図２に１−４符号化の例を示す。符号化に際しては、符号化すべきビットデータ系列の中から符号を割り当てようとしている２ビットを抜き出し、符号化テーブルを参照して抜き出した２ビットに対応する２ｘ２セルの２次元データを取得する。そして、順次２ビットずつ同様の処理を繰り返す。図２の示す符号化によって得られる符号は、図から明らかなように“０”（図で黒に塗りつぶされていない部分）と“１”（図で黒に塗りつぶされている部分）の比率が３対１になっている。
【００２９】
前述した（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、という１−４符号の特徴は、“１”に対応する高い輝度の画素が多い場合にＳ／Ｎ比が悪化するイメージに対して有効である。つまり、イメージの明るい部分でＳ／Ｎ比が悪化するのであるから、“１”を減らして明るい部分を減らすことで、雑音を減少させることができる符号である。以下の説明では、２次元データの“１”に対応するデジタルイメージの輝度が高く、“０”に対応するデジタルイメージの輝度が低いものとする。
【００３０】
次に、イメージの明るい部分でのＳ／Ｎ比の悪化について説明する。図３はＣＣＤの１画素の光電変換を表した図である。図３の電界振幅及び電界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カメラ等のイメージセンサーで観測するとき、電界強度をＣＣＤの１画素の面積で積分した値に対応した値が、その画素の輝度として出力される。電界強度は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乗で表される。
【００３１】
２次元符号化されたデータの“１”（高輝度データ）の周りに同じ“１”のデータがある時の電界振幅及び電界強度は図３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“１”のデータが無い時（周りが“０”のみの時）の電界振幅及び電界強度は図３の（ｂ）の様になる。前述したようにＣＣＤの１画素の輝度は電界強度を１画素の面積で積分した値に対応した値になるので、周りに“１”がある時（図３の（ａ））の方が、周りに“１”が無いとき（図３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。
【００３２】
また、高い輝度のばらつきが大きくなる他の原因として、電界振幅に付加される雑音がある。つまり、電界振幅に白色ガウス雑音のような一様な分散の雑音が付加されていた場合、電界強度への変換である２乗によって、データ“１”に対応する電界強度の分散の方が、“０”に対応する電界強度の分散より大きくなる。
【００３３】
次に、範囲設定手段１０２と、第１の範囲記憶手段１０３及び第２の範囲記憶手段１０４について説明する。
【００３４】
第１の範囲記憶手段１０３は、ヒストグラム生成手段１０５でデジタルイメージ１０１の輝度のヒストグラムを演算するときの演算範囲（第１の範囲）を記憶するものである。ヒストグラム生成手段１０５については後述する。第２の範囲記憶手段１０４は、平均値生成手段１０６でデジタルイメージ１０１の輝度の平均値を演算するときの演算範囲（第２の範囲）を記憶する手段である。平均値生成手段１０６については後述する。
【００３５】
第１の範囲記憶手段１０３及び第２の範囲記憶手段１０４への範囲の設定は範囲設定手段１０２で行う。範囲設定手段１０２で設定する第１の範囲及び第２の範囲は２次元符号化されたデータに対応するイメージが存在する範囲であれば任意に設定してよい。例えば、得られるデジタルイメージ１０１の内、中心の１００ｘ１００画素の範囲に必ず２次元符号化されたデータに対応するイメージが存在する場合には、中心の１００ｘ１００画素の範囲を設定する。なお、範囲設定手段１０２が第１の範囲と第２の範囲を必ず同じ範囲に設定する場合には、第１の範囲記憶手段１０３と第２の範囲記憶手段１０４は同一であってよい。これら第１の範囲、第２の範囲を２次元符号化されているデジタルイメージ１０１の範囲に設定することで、この範囲に後述する信号処理を行う。
【００３６】
次に、ヒストグラム生成手段１０５について説明する。ヒストグラム生成手段１０５は、デジタルイメージ１０１の第１の範囲記憶手段１０３に記憶された範囲での輝度のヒストグラムを生成する。図４にデジタルイメージ１０１の一例を示す。また、図５に図４のデジタルイメージ１０１に対応する２次元データを示す。図５においては、白がデータ“１”（高輝度データ）、黒がデータ“０”（低輝度データ）である。
【００３７】
図４に示されたデジタルイメージ１０１の演算範囲における輝度のヒストグラムは図６の様になる。図６を見ると、輝度が高い方にばらつきが多く、デジタルイメージ１０１のコントラストが低いため、ヒストグラムの山はデータ“０”に対応する山のみ目立って出ていて、データ“１”に対応する山は検出が困難であることが解る。よって、このヒストグラムのみでデジタルイメージ１０１の正確な輝度情報を得ることはできない。なお、図４のデジタルイメージ１０１は読者が見易いように誤差分散法を適用したもので実際のデジタルイメージ１０１はグレイスケールで表される。
【００３８】
次に、平均値演算手段１０６について説明する。平均値演算手段１０６は、デジタルイメージ１０１の第２の範囲記憶手段１０４に記憶された範囲での輝度の平均値を生成する。第１の範囲と第２の範囲が同じ範囲の場合、図４に示されたデジタルイメージ１０１の演算範囲における輝度の平均値を求める。
【００３９】
次に、ダーク値演算手段１０７について説明する。ダーク値演算手段１０７は、１−４符号を利用し、ヒストグラムから、データ“０”に対応する低い輝度であるダーク値を演算する手段である。図７にダーク値演算手段１０７の概略構成を示す。１−４符号による符号化を行った得られた２次元データはデータ“１”よりデータ“０”が多くなっている。よって、ヒストグラムを観測し、頻度が最も多い輝度をデータ“０”に対応するダーク値として検出することが出来る。しかし、ヒストグラムに雑音が存在する可能性があることを考慮し、ヒストグラムの頻度情報を階調方向の系列とみなして、ローパスフィルタ７０１を通すことで雑音を除く。最多輝度演算手段７０２は、雑音を除いたヒストグラムからダーク値である最多頻度の輝度を演算する。ローパスフィルタ７０１は、一般的に用いられる移動平均フィルタでもよい。最多輝度演算手段７０２は、雑音を除いたヒストグラムから頻度の最大値がある輝度を演算する。このように、符号を利用することで、データ“０”に対応する低い輝度であるダーク値を正確に求めることができる。なお、ローパスフィルタ７０１は、ヒストグラムに雑音が存在しない場合には必要ない。
【００４０】
次に、ライト値演算手段１０８について説明する。ライト値演算手段１０８は、ダーク値と平均値とデータの比率から、データ“１”に対応する高い輝度値であるライト値を演算するものである。図８にライト値演算手段１０８の概略構成を示す。比率記憶手段８０１には２次元符号後のデータの比率３対１が記憶されている。加算器８０２は比率の要素の加算（この例では、３＋１の演算）を行う。乗算器８０３は、加算器８０２の出力と平均値の乗算を行う。乗算器８０４は比率３対１のダークの要素３と、ダーク値の乗算を行う。減算器８０５は乗算器８０３の出力から乗算器８０４の出力を減算する。除算器８０６は減算器８０５の出力を比率３対１のライトの要素１で除算する。１−４符号の場合、１で除算するので除算器８０６は必要ない。
【００４１】
この構成でライト値を演算できる理由を説明する。１−４符号化された２次元データに対応するデジタルイメージ１０１では、Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌをデジタルイメージの高い輝度値であるライト値とし、Ｄａｒｋ＿Ｖａｌをデジタルイメージの低い輝度値であるダーク値とし、Ａｖｅ＿Ｖａｌを所定の範囲におけるデジタルイメージの平均値としたとき、（式１）が成り立つ。
【００４２】
３＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ＋１＊Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ≒（３＋１）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ・・・・（式１）
【００４３】
（式１）を変形すると（式２）となる。
【００４４】
Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ≒（（３＋１）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−３＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／１・・・・（式２）
【００４５】
また、（式）を（式３）の様に変形しても良い。
【００４６】
Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（３＋１）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−３＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／１＊Ｃ・・・・（式３）
ただし、Ｃは補正値である。
【００４７】
（式１）の説明を行う。図９は、コントラストがはっきりしていて２色（黒、白）で表されているデジタルイメージ１０１の輝度値の一例を示す図で、１−４符号で符号化されたデータに対応したものである。デジタルイメージ１０１のデータ“０”に対応する輝度は１０（ｄｅｃｉｍａｌ）で表され、“１”に対応する輝度は１２４（ｄｅｃｉｍａｌ）で表されている。図９のデジタルイメージ１０１は二次元符号に対して２ｘ２倍の分解能を持っている。図９において、データ“０”に対応する低い輝度の合計は１０×１０８となる。データ“１”に対応する高い輝度の合計は１２４×３６となる。全輝度の合計は（１０×１０８＋１２４×３６）である。平均値は（１０×１０８＋１２４×３６）／（１０８＋３６）である。よって、１０×１０８＋１２４×３６＝（（１０×１０８＋１２４×３６）／（１０８＋３６））×（１０８＋３６）となり、データ“１”に対応する高い輝度の画素数３６で規格化すると１０×３＋１２４×１＝（（１０×１０８＋１２４×３６）／（１０８＋３６））×（３＋１）となる。これは（式１）が成り立つことを示している。
【００４８】
実際のデジタルイメージ１０１はコントラストがはっきりしていない場合が多い。よって（式３）の補正値Ｃを実験により最適な値に微調整することが考えられる。（式３）の補正値Ｃの設定は、次のように行うことができる。まず、Ｃを１にした時の演算されたライト値と、実際にデジタルイメージを観察した時のイメージのライト値を比較し、演算されたライト値が観察したイメージの適切な値を示しているか確認する。そして、誤差があるときには補正値Ｃを調整し、観察するイメージに対するライト値が適切な値になるまで、この調整を繰り返す。
【００４９】
このように、（式２）又は（式３）の演算によって、ダーク値と平均値からライト値を求めることができる。なぜなら、画素の分解能が変化してもデータ“０”に対応するデジタルイメージ１０１の低い輝度の数とデータ“１”に対応するデジタルイメージ１０１の高い輝度の数との比率は変化しないため、（式１）がイメージセンサー１００１の画素の分解能が変化しても、平均値等の演算範囲を広く取れば成り立つからである。なお、図８は、（式２）に基づいてライト値を演算するものである。
【００５０】
以上の様に、ばらつきの大きいデータ“１”に対応する輝度値であるライト値を直接測定することなく、ばらつきの小さいデータ“０”に対応する輝度値であるダーク値と平均値から求めることで、正確な輝度情報が得られる。
【００５１】
なお、以上の説明では、入力されるイメージデータが１−４符号を用いて符号化されたものとしたが、データ“０”とデータ“１”が特定の比率になっている符号であれば適用可能で例えば１−４符号よりデータ“１”が少なくなる３−１６符号（３ Ｂｒｉｇｈｔ Ｂｉｔｓ ｏｎ １６ Ｃｅｌｌｓ）を用いても良い。この場合１−４符号でデータ“０”とデータ“１”の比率は３対１であったが３−１６符号では１３対３となる。
【００５２】
また、第１の実施の形態の輝度値演算装置では、イメージセンサーとしてＣＣＤセンサーを用いるものとして説明したが、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子イメージセンサーを利用してもよい。
【００５３】
また、第１の実施の形態の輝度値演算装置の各要素は、所定の回路要素を用いて実現してもよいし、所定のプログラムをインストールしたコンピュータを用いて実現してもよい。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図１０に、本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置の概略構成を示す。図１０のデータ再生装置は、イメージセンサー１００１、アンプ１００２、第１のゲイン調整手段１００３、ＡＤ変換手段１００４、メモリインタフェース（メモリＩ／Ｆ）１００５、メモリ１００６、画像処理手段１００７、調整目標値設定手段１００８、２値化手段１００９を含んで構成される。また、メモリ１００６は、デジタルイメージ領域１００６１、ワーク領域１００６２、２値データ領域１００６３を含み、画像処理手段１００７は、輝度値演算手段１００７１、第２のゲイン調整手段１００７２、階調補正手段１００７３、リサンプリング手段１００７４、フィルタ１００７５、フィルタ特性演算手段１００７６を含む。
【００５５】
図１０のデータ再生装置において、イメージセンサー１００１によって撮影されたイメージは、第１のゲイン調整手段１００３によってゲイン調整されたアンプ１００２によって増幅される。増幅されたイメージはＡＤ変換手段１００４によってされてデジタルデータに変換され、メモリＩ／Ｆ１００５を介してメモリ１００６のデジタルイメージ領域１００６１へ格納される。
【００５６】
デジタルイメージ領域１００６１へ格納されたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介して画像処理手段１００７の中の輝度値演算手段１００７１へ入力され、輝度値演算手段１００７１は、デジタルイメージの輝度情報であるダーク値とライト値を演算する。演算されたダーク値とライト値は第１のゲイン調整手段１００３と第２のゲイン調整手段１００７２へ入力される。第２のゲイン調整手段１００７２は、入力された輝度情報から、第２のゲインとＤＣオフセットを演算し、これらの値は階調補正手段１００７３へ入力される。
【００５７】
階調補正手段１００７３は、デジタルイメージ領域１００６１からメモリＩ／Ｆ１００５を介してデジタルイメージを取得し、設定されたゲインとＤＣオフセットとダーク値を利用し、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、リサンプリング手段１００７４へ入力され、リサンプリング手段１００７４は、デジタルイメージを適切なＸＹ平面座標でリサンプリングする。リサンプリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２へ格納される。
【００５８】
リサンプリングされたデジタルイメージは、ワーク領域１００６２からメモリＩ／Ｆ１００５を介してフィルタ１００７５へ入力される。フィルタ１００７５は、フィルタ特性演算手段１００７６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／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２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１００６２からメモリＩ／Ｆ１００５を介してフィルタ１００７５へ入力される。フィルタ１００７５は、フィルタ特性演算手段１００７６から設定される特性で、デジタルイメージを列方向へフィルタリングする。フィルタ１００７５の特性はフィルタ特性演算手段１００７６で演算される。フィルタ特性演算手段１００７６は、調整目標値設定手段１００８から設定されるライト調整目標値、ダーク調整目標値と、フィルタ１００７５の入出力イメージからフィルタ１００７５の特性を学習する。行方向及び列方向にフィルタリングされたデジタルイメージは２値化手段１００９へ入力される。２値化手段１００９は、デジタルイメージを２値化し、メモリＩ／Ｆ１００５を介して２値データ領域１００６３へ格納される。
【００５９】
２値データ領域１００６３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。第１のゲイン調整手段１００３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１００７１から出力される輝度情報と、調整目標値設定手段１００８から出力される調整目標値を入力し、これらに基づいてアンプ１００２の第１のゲインを調整する。
【００６０】
まず、イメージセンサー１００１、アンプ１００２、ＡＤ変換手段１００４について説明する。イメージセンサー１００１は、図示しないレンズ等を介して撮像面に当たった光を光電変換するＣＣＤセンサーである。アンプ１００２は、イメージセンサー１００１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１００４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装置制御手段１００２から設定される。ＡＤ変換手段１００４は、輝度情報をサンプリングしてデジタル化する。
【００６１】
次に、メモリＩ／Ｆ１００５とメモリ１００６について説明する。メモリＩ／Ｆ１００５は、後述するメモリ１００６へアクセスするためのインターフェイスである。メモリ１００６は、例えばＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いる。メモリ１００６は、デジタルイメージ領域１００６１、ワーク領域１００６２、２値データ領域１００６３の３つの領域が確保されている。デジタルイメージ領域１００６１は、イメージセンサー１００１で撮影されＡＤ変換手段１００４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１００６２は、信号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。信号処理については後述する。２値データ領域１００６３は、２値化されたデータを格納する領域である。ＡＤ変換手段１００４でサンプリングされたデジタルイメージは、メモリＩ／Ｆ１００５を介してデジタルイメージ領域１００６１へ格納される。
【００６２】
次に、画像処理手段１００７について説明する。画像処理手段１００７は、撮影されたデジタルイメージの２値化が容易になるように、デジタルイメージの輝度の補正、平面座標の補正等を行う手段である。この画像処理手段１００７での画像処理を行うことによって、２値化エラーを減少させることができる。
【００６３】
次に、画像処理手段１００７が含む各要素について説明する。輝度値演算手段１００７１は、第１の実施の形態で説明した輝度値演算装置であって、デジタルイメージ領域１００６１に格納されたデジタルイメージの輝度情報であるダーク値とライト値を演算するものである。デジタルイメージ領域１００６１へ格納されたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介して、輝度値演算手段１００７１へ入力され、輝度値演算手段１００７１はデジタルイメージの相対的に低い輝度値であるダーク値と相対的に高い輝度値であるライト値を出力する。輝度値演算手段１００７１については、第１の実施の形態で説明しているので、詳しい説明は省略する。輝度値演算手段１００７１を用いることでデジタルイメージの正確な輝度情報を演算できる。
【００６４】
次に、第２のゲイン調整手段１００７２と、調整目標設定手段１００８と、階調補正手段１００７３について説明する。第２のゲイン調整手段１００７２は、輝度値演算手段１００７１から出力されたダーク値とライト値と、調整目標設定手段１００８から設定されるダーク調整目標値とライト調整目標値から、階調補正手段１００７３でデジタルイメージを補正するための第２のゲインとＤＣオフセットを演算し出力するものである。ライト調整目標はデジタルイメージの高い輝度の目標値であり、ダーク調整目標はデジタルイメージの低い輝度の目標値である。
【００６５】
図１１に第２のゲイン調整手段１００７２の概略構成を示す。減算器１１０１は、ライト調整目標値からダーク調整目標値を減算し、調整目標値の大きさを出力する。減算器１１０２は、ライト値からダーク値を減算し、デジタルイメージの大きさを出力する。除算器１１０３は減算器１１０１の出力を減算器１１０２の出力で除算することで、デジタルイメージの大きさを調整目標値の大きさに調整するための第２のゲインを演算する。ダーク調整目標値はそのままデジタルイメージのオフセットを調整するためのＤＣオフセットをとして利用される。このように、デジタルイメージの階調を補正するための第２のゲインとＤＣオフセットを演算する。
【００６６】
階調補正手段１００７３は、デジタルイメージ領域１００６１に格納されているデジタルイメージをメモリＩ／Ｆ１００５を介して入力し、第２のゲイン調整手段１００７２で演算した第２のゲインとＤＣオフセットとダーク値を利用してデジタルイメージの階調を補正するものである。
【００６７】
図１２に階調補正手段１００７３の概略構成を示す。減算器１２０１は、デジタルイメージからダーク値を減算することで、デジタルイメージのダーク値が０になるようにデジタルイメージ全体の輝度をオフセットする。乗算器１２０２は、減算器１２０１から出力されるデジタルイメージの輝度系列に第２のゲインを乗算することで、大きさを補正する。加算器１２０３は、乗算器１２０２の出力からＤＣオフセットを加算することでオフセット調整を行う。このように輝度値演算手段１００７１で演算したライト値、ダーク値に基づいて、第２のゲイン調整手段１００７２で階調補正のため第２ゲインとＤＣオフセットを求め、それらの値を使って階調補正手段１００７３は、デジタルイメージのライト値をライト調整目標値に、ダーク値をダーク調整目標値にする正確な補正ができる。
【００６８】
次に、リサンプリング手段１００７４について説明する。リサンプリング手段１００７４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平面座標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１００１の回転や媒体の傾き等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、適切な平面座標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報告されている。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方法がある。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画素になるようにデジタルイメージに２次元補間を行う方法がある。この方法は一般的な２次元コードリーダーで用いられている。適切なＸＹ平面座標でリサンプリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介して、ワーク領域１００６２へ格納される。
【００６９】
次に、フィルタ１００７５について説明する。フィルタ１００７５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１００６２からメモリＩ／Ｆ１００５を介してフィルタ１００７５へ入力される。フィルタ１００７５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平面座標での輝度である。
【００７０】
図１３にフィルタ１００７５の概略構成を示す。図１３のフィルタは、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタと呼ばれる構成になっている。フィルタ１００７５に入力されたデジタルイメージの輝度系列は遅延１３０１、１３０２、１３０３、１３０４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係数との乗算が乗算器１３０５、１３０６、１３０７、１３０８、１３０９で行われ、その出力が加算器１３１０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。
【００７１】
次にフィルタ特性演算手段１００７６について説明する。フィルタ特性演算手段１００７６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ためのフィルタ１００７５の特性を演算するものである。フィルタの特性を演算する方法にはフィルタの入力系列に応じて適応的にその特性を学習する方法がある。その学習方法の一つとしてＬＭＳアルゴリズムと呼ばれるものがある。ＬＭＳアルゴリズムは（式４）、（式５）で表わされる。
【００７２】
ｈ（ｎ＋１）＝ｈ（ｎ）＋（１／２）＊μｅ（ｎ）ｕ（ｎ）・・・・（式４）
ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｕＴ（ｎ）ｈ（ｎ）・・・・・・・・・・・・（式５）
【００７３】
ただし、
ｈ（ｎ）：学習前のフィルタ係数ベクトル
ｈ（ｎ＋１）：学習後のフィルタ係数ベクトル
μ：ステップサイズパラメーター
ｅ（ｎ）：ｎ番目の繰り返し時の誤差信号
ｕ（ｎ）：ｎ番目の繰り返し時のタップ入力ベクトル
ｅ（ｎ）：誤差信号
ｄ（ｎ）：望みの応答
ｕＴ（ｎ）：タップ入力ベクトルの転置
である。
【００７４】
ＬＭＳアルゴリズムを動作させると誤差信号ｅ（ｎ）が最小つまりフィルタ１００７５の出力と望みの応答との誤差を最小にするように係数ベクトルｈ（ｎ）が最適値ｈ０に近づいていく。
【００７５】
図１４にフィルタ特性演算手段１００７６の概略構成を示す。フィルタ１００７５の入力であるデジタルイメージの輝度系列は、等化目標演算手段１４０１に入力される。また、調整目標値設定手段１００８から輝度が高い側の目標値であるライト調整目標値と、輝度が低い側の目標値であるダーク調整目標値が等化目標演算手段１４０１に入力される。仮２値化手段１４０１１は、ライト調整目標値とダーク調整目標値の間に閾値を設定しその閾値で輝度系列に対して仮の２値化を行う。目標選択手段１４０１２は、仮２値化手段１４０１１で判定された２値の内、“１”であるか“０”であるかによって、出力する等化目標値をライト調整目標値とダーク調整目標値のどちらにするか選択する。等化誤差演算手段１４０２は等化目標演算手段１４０１から出力された等化目標値とフィルタ１００７５の出力との誤差を演算する。係数演算手段１４０３は等化誤差演算手段１４０２で演算された等化誤差とタップ入力からフィルタ係数を演算し出力する。フィルタ特性演算手段１００７６は、このフィルタ係数の演算を繰り返し行うことにより、最適なフィルタ係数を学習し、フィルタ１００７５は演算されたフィルタ係数でデジタルイメージを望みの特性にフィルタリングする。フィルタ１００７５でフィルタリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２へ格納される。
【００７６】
前述したように、適応的なフィルタリングでは等化目標値である望みの応答を生成するために、階調補正手段１００７３での調整目標値であるライト調整目標値とダーク調整目標値を利用している。この様にすることで、フィルタ１００７５の入力系列の振幅と望みの応答の振幅が同等になっているので、フィルタ係数を学習する前から等化誤差を少なくすることができ、すばやく最適なフィルタ係数を学習できる。
【００７７】
フィルタ１００７５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／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２からフィルタ１００７５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、階調補正手段１００７３で補正された階調の更なる補正を実現できる。また、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。
【００７８】
なお、フィルタ特性演算手段１００７６でフィルタ係数の学習を行うとき、仮２値化手段１４０１１の“０”か“１”かの判別によって、“０”の時に学習するフィルタ係数と、“１”の時に学習するフィルタ係数を個別に持ち、フィルタ１００７５でフィルタリングするときに、その“０”か“１”かの判別によって、“０”のフィルタ係数と“１”のフィルタ係数を切り替えることで、“０”の時のフィルタ１００７５の特性と“１”の時のフィルタ１００７５の特性を切り替えるようにしてもよい。前述したように、デジタルイメージは“１”の場合のＳ／Ｎ比と“０”の場合のＳ／Ｎ比が異なるので、このフィルタ１００７５の特性を切り替えによって、“０”、“１”それぞれに対して最適なフィルタリングができ、性能の向上が得られる。
【００７９】
また、フィルタ特性演算手段１００７６でフィルタ係数の学習を行うとき、仮２値化手段１４０１１への入力をフィルタ入力の輝度系列として説明したが、フィルタ出力の輝度系列としてもよい。
【００８０】
次に２値化手段１００９について説明する。２値化手段１００９は、デジタルイメージを復号するために２値化するものである。画像処理手段１００７の階調補正手段１００７３、リサンプリング手段１００７４、フィルタ１００７５で補正されたデジタルイメージは２値化手段１００９で２値化される。各補正によってデジタルイメージは、輝度がライト調整目標値とダーク調整目標値に偏ったコントラストのはっきりしたイメージに補正され、平面座標の補正もされている。
【００８１】
図１５に２値化手段１００９の概略構成を示す。補正されたデジタルイメージの輝度系列はしきい手段１５０１で“０”と“１”に判別される。判別のための閾値は、ライト調整目標値とダーク調整目標値にそれぞれ重みを付け加算した値にする。これらの計算は、乗算器１５０３、１５０４及び加算器１５０５によって行う。閾値をライト調整目標値とダーク調整目標値の中間値にするのであれば重み記憶手段１５０２に記憶されている重みは両方０．５となる。しかし、前述したように、デジタルイメージは明るい側の方が暗い側よりＳ／Ｎ比が悪化している。よって、暗い側の重みを大きくして、閾値を中間値より暗い側に寄せて使用すると良好な結果が得られることがある。この重みはシステムの違いによる雑音の違いによって最適値が異なるので、実験によって、エラーが最小になる最適な値を設定するのがよい。なお、しきい手段に設定する閾値は、図示しない閾値記憶手段等を設けて記憶しておいてもよい。この場合、乗算器１５０３、１５０４及び加算器１５０５等は不要である。
【００８２】
２値化手段１００９の２値化によって出力される２値データはメモリＩ／Ｆ１００５を介して２値データ領域１００６３へ格納される。２値データ領域１００６３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１−４符号を復号し、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。
【００８３】
次に第１のゲイン調整手段１００３について説明する。第１のゲイン調整手段１００３は、次のデジタルイメージを取得する際、ＡＤ変換手段１００４でのダイナミックレンジが十分取れるようにアンプ１００２のゲインを調整するものである。
【００８４】
図１６に第１のゲイン調整手段１００３の構成を示す。ゲイン記憶手段１６０５には第１のゲインの初期値が予め記憶されている。ライト調整目標値、ダーク調整目標値、ライト値、ダーク値からゲインの調整値を演算し、乗算記１６０４でゲイン記憶手段１６０５に記憶されている現在の第１のゲインと、調整値を乗算することで、新たな第１のゲインを演算する。調整値は次のように求める。ライト調整目標値からダーク調整目標値を減算記１６０１で減算し調整目標値の大きさを演算し、ライト値からダーク値を減算記１６０２で減算しデジタルイメージの大きさを演算する。そして、除算器１６０４を用いて調整目標値の大きさをデジタルイメージの大きさで除算する事で調整値を演算する。この様な構成で次のデジタルイメージの大きさを調整するための第１のゲインは演算される。デジタルイメージの輝度が全体的に小さくＡＤ変換手段１００４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１００２のゲインを調整し、次のイメージを読み出すことで、この性能の悪化を防ぐことができる。
【００８５】
なお、以上の説明では、入力されるイメージデータが１−４符号を用いて符号化されたものとしたが、“０”と“１”が特定の比率になっている符号であれば適用可能であり、例えば１−４符号より“１”が少なくなる３−１６符号等を用いてもよい。
【００８６】
また、イメージセンサー１００１としてＣＣＤセンサーを用いるものとして説明したが、ＣＭＯＳ素子イメージセンサーを利用してもよい。
【００８７】
また、第２の実施の形態のデータ再生装置の各要素は、所定の回路要素を用いて実現してもよいし、所定のプログラムをインストールしたコンピュータを用いて実現してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の輝度値演算装置は、コントラストがはっきりせず、Ｓ／Ｎが悪いイメージであっても、正確な輝度値を演算できこのようなイメージの画像処理に有用である。
【００８９】
また、本発明のデータ再生装置は、正確にイメージの輝度の輝度値を求めることのできる輝度値演算装置を用いることにより、デジタルイメージの２値化が正確に行うことができ、そ２次元符号が適用されたイメージからデータを読み出すストレージ機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージにおける符号を説明する図
【図３】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージにおける輝度のばらつきを説明する図
【図４】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例に対応する２次元データを示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例の輝度ヒストグラムを示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置におけるダーク値演算手段の概略構成を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置におけるライト値演算手段の概略構成を示す図
【図９】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例の輝度値を示す図
【図１０】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置の概略構成を示す図
【図１１】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における第２のゲイン調整手段の概略構成を示す図
【図１２】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における階調補正手段の概略構成を示す図
【図１３】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置におけるフィルタの概略構成を示す図
【図１４】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置におけるフィルタ特性演算手段の概略構成を示す図
【図１５】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における２値化手段の概略構成を示す図
【図１６】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における第１のゲイン調整手段の概略構成を示す図
【図１７】２次元コードの中心画素輝度のイメージを小領域に分割する様子を表す図
【図１８】従来の２次元コードを２値化するための処理の一例のフローチャート
【図１９】従来の２次元コードを２値化するための処理の別の例のフローチャート
【図２０】従来の輝度補正処理部の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００９１】
１０１ デジタルイメージ
１０２ 範囲設定手段
１０３ 第１の範囲記憶手段
１０４ 第２の範囲記憶手段
１０５ ヒストグラム生成手段
１０６ 平均値生成手段
１０７ ダーク値演算手段
１０８ ライト値演算手段
７０１ ローパスフィルタ
７０２ 最多輝度演算手段
８０１ 比率記憶手段
８０２ 加算器
８０３ 乗算器
８０４ 乗算器
８０５ 減算器
８０６ 除算器
１００１ イメージセンサー
１００２ アンプ
１００３ 第１のゲイン調整手段
１００４ ＡＤ変換手段
１００５ メモリＩ／Ｆ
１００６ メモリ
１００６１ デジタルイメージ領域
１００６２ ワーク領域
１００６３ ２値データ領域
１００７ 画像処理手段
１００７１ 輝度値演算手段
１００７２ 第２のゲイン調整手段
１００７３ 階調補正手段
１００７４ リサンプリング手段
１００７５ フィルタ
１００７６ フィルタ特性演算手段
１００８ 調整目標値設定手段
１００９ ２値化手段
１１０１ 減算器
１１０２ 減算器
１１０３ 除算器
１２０１ 減算器
１２０２ 乗算器
１２０３ 加算器
１３０１ 遅延素子
１３０２ 遅延素子
１３０３ 遅延素子
１３０４ 遅延素子
１３０５ 乗算器
１３０６ 乗算器
１３０７ 乗算器
１３０８ 乗算器
１３０９ 乗算器
１３１０ 加算器
１４０１ 等化目標演算手段
１４０１１ 仮２値化手段
１４０１２ 目標選択手段
１４０２ 等化誤差演算手段
１４０３ 係数演算手段
１５０１ しきい手段
１５０２ 重み記憶手段
１５０３ 乗算器
１５０４ 乗算器
１５０５ 加算器
１６０１ 減算器
１６０２ 減算器
１６０３ 除算器
１６０４ 乗算器
１６０５ ゲイン記憶手段
２００１ 被写体像
２００２ 光学系
２００３ ＣＣＤ
２００４ アンプ
２００５ クランプ回路
２００６ レベル検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算技術、及びこの輝度値演算技術を利用したデータ再生技術に関する。
【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情報記録媒体（以下、単に「媒体」と記述する。）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、この技術は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ータ再生装置としては２次元コードリーダーがある。特許文献１の２次元コードリーダーは、紙等の媒体に印刷された２次元コードを含む領域をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサー等のイメージセンサーで撮影し、閾値で２値化後、メモリに蓄え、位置決め用シンボル等を利用して台形歪、回転等を補正し、２次元コードの情報を読み取るものである（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値化する方法としては、適切に閾値を制御することで、閾値以上の輝度に対応する第１のデータ（ここでは、“１”）と閾値より小さな輝度に対応する第２のデータ（ここでは“０”）をエラーができるだけ起こらないように識別する方法や、デジタルイメージの輝度を予め決められた値、例えば“１”に対応する画素の輝度の平均値を１０（ｄｅｃｉｍａｌ）、“０”に対応する画素の平均値を−１０（ｄｅｃｉｍａｌ）に補正し、補正された輝度が０（ｄｅｃｉｍａｌ）以上なら“１”、０（ｄｅｃｉｍａｌ）より小さければ“０”とする方法がある。
【０００５】
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１７は、２次元コードの１セル毎に中心画素の輝度（以下、単に「中心画素輝度」と記述する。）を求め、得られた中心画素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り、図１８は、２次元コードを２値化するための処理の一例のフローチャートである。図１７、図１８に示すように、イメージセンサーから読み出したデジタルイメージから２次元コードの存在する位置を検出し、コードの１セル毎に中心画素輝度を求め（ステップＳＡ１）、求めた中心画素輝度を利用したデジタルイメージを小領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分割する。次いで、小領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に分割された中心画素輝度のイメージから、それぞれの領域で最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎを求め（ステップＳＡ２）、その最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎの中間値を閾値ｔｈとし（ステップＳＡ３）、求めた閾値ｔｈを利用して中心画素輝度を２値化する（ステップＳＡ４）。
【０００６】
図１９は、２次元コードを２値化するための処理の別の例のフローチャートである（例えば、特許文献２参照）。図１９のフローでは、各セルの中心画素の輝度を求め（ステップＳＢ１）、デジタルイメージの輝度のヒストグラムを作成し（ステップＳＢ２）、そのヒストグラムを解析する。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つの山ができるので、画像の輝度むらの有無を判断し（ステップＳＢ３）、輝度むらがない場合には、２つの山から閾値を演算し（ステップＳＢ４）、演算した閾値を利用して２値化処理を行う（ステップＳＢ５）。輝度むらがある場合には、図１８の方法、すなわち輝度の最大値及び最小値から閾値を生成し、２値化する方法が利用される（ステップＳＢ６）。
【０００７】
デジタルイメージの輝度を予め決められた値にする具体的な方法としては、前述した最大値と最小値が予め決めておいた値になる様にデジタルイメージの階調を補正する方法、前述したヒストグラムの２つの山のピークの輝度が予め決めておいた値になる様にデジタルイメージの階調を補正する方法が利用できる。
【０００８】
また、デジタルイメージの輝度を予め決められた値にする他の方法としては、図２０に示すように、被写体像２００１から光学系２００２を介して、ＣＣＤ２００３のイメージセンサーから読み出された信号を、アンプ２００４によって増幅し、増幅された信号を、クランプ回路２００５で信号の低いレベルを０にクランプし、クランプされた信号から、レベル検出回路２００６によってイメージの輝度レベルを検出し、検出した輝度レベルに基づいてアンプ２００４のゲインを決定するＡＧＣ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ループを構成することによって輝度を望む値に補正する方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
このように、２値化データの内の第１のデータ（ここでは“１”）に対応するイメージの高い輝度値と、第２のデータ（ここでは“０”）に対応するイメージの低い輝度値を、最大値と最小値やヒストグラムの山に基づいて求めることによって、正確な２値化処理が行われ、２次元データの再生が可能となる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００―１７２７７７号（第１０−１４欄、第１図）
【特許文献２】特開平１０―６３７７１号（第５−１３欄、第１図、第５図）
【特許文献３】特開平１０―１３４１３４号（第３−５欄、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ホログラフィック・データ・ストレージ等のＳ／Ｎ比がよくない媒体のデータ再生においては、イメージの高い輝度のばらつきが大きく、輝度の最大値等に基づいて２値化データの一方（例えば“１”）に対応する輝度値を求めると正確な値を測定できない。
【００１２】
また、ホログラフィック・データ・ストレージ等のコントラストがはっきりしていない場合のデータ再生においては、イメージの高い輝度対応するヒストグラムの山が現れ難く、高輝度に対応する２値化データ（例えば“１”）に対応する輝度値を正確に測定できない。
【００１３】
また、ＡＧＣループを用いる方法でも、レベル検出回路でのイメージの輝度の検出にはイメージの最大値等高い輝度を用いるので、Ｓ／Ｎ比が悪くイメージの高い輝度のばらつきが大きい場合のデータ再生においては、正確な輝度値が測定できない。さらに、輝度値を正確に測定できないため、その情報を利用したデジタルイメージの２値化が正確に行えず、エラーの少ないデータ再生が行えない。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、コントラストがはっきりしておらず、Ｓ／Ｎ比がよくない場合であっても、イメージの正確な輝度値が演算できる輝度値演算装置及びそれを用いた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】
【００１５】
本発明の輝度値演算装置は、第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算装置であって、前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備えるものである。
【００１６】
また、本発明の輝度値演算装置は、前記ライト値演算手段の出力が、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定されるものを含む。
【００１７】
また、本発明のデータ再生装置は、第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体のイメージを取得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、前記アンプのゲインを調整する第１のゲイン調整手段と、前記アンプによって増幅されたイメージをサンプリングしてデジタル値に変換するＡＤ変換手段と、前記ＡＤ変換手段によって得られたデジタルイメージの輝度の補正と平面座標の補正との少なくとも一方を行う画像処理手段と、前記画像処理手段によって補正されたデジタルイメージを２値化する手段を備え、前記画像処理手段は、前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算手段を備え、前記輝度値演算手段は、前記ＡＤ変換手段によって得られた前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備えるものである。
【００１８】
また、本発明のデータ再生装置は、前記第１のゲイン調整手段が、前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記アンプのゲインを調整するものを含む。
【００１９】
また、本発明のデータ再生装置は、前記画像処理手段が、前記デジタルイメージの輝度を補正する階調補正手段と、前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記階調補正手段のゲインとＤＣオフセットの少なくとも一方を調整する第２のゲイン調整手段とを備えるものを含む。
【００２０】
また、本発明のデータ再生装置は、前記画像処理手段が、前記階調補正手段によって補正されたデジタルイメージを適切な平面座標でリサンプリングするリサンプリング手段と、前記リサンプリング手段によって、リサンプリングされたデジタルイメージを望みの特性にフィルタリングするフィルタと、前記第２のゲイン調整手段の調整目標値と、前記フィルタの入出力デジタルイメージから、前記フィルタの特性を演算するフィルタ特性演算手段とを備えるものを含む。
【００２１】
また、本発明のデータ再生装置は、前記ライト値演算手段の出力が、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定されるものを含む。
【００２２】
また、本発明の輝度値演算方法は、第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算方法であって、前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成ステップと、前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算ステップと、前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算ステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コントラストがはっきりしておらず、Ｓ／Ｎ比がよくないイメージであっても輝度値を正確に演算することができる。また、正確な輝度情報に基づいて階調補正やフィルタリングを行うので、正確な２値化が可能となり、エラーの少ないデータ再生ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置の概略構成を示す。図１の輝度地演算装置は、ヒストグラム生成手段１０５、平均値生成手段１０６、ダーク値演算手段１０７、ライト値演算手段１０８、範囲設定手段１０２、第１の範囲記憶手段１０３、第２の範囲記憶手段１０４を含んで構成され、２次元データデジタルイメージ１０１の輝度値を演算するものである。演算された輝度値は、多値デジタルイメージから２値データを得るための基準輝度値等として利用される。
【００２６】
ヒストグラム生成手段１０５は、範囲設定手段１０２によって第１の範囲記憶手段１０３に設定された第１の範囲での、デジタルイメージ１０１の輝度のヒストグラムを生成する。平均値生成手段１０６は、範囲設定手段１０２によって第２の範囲記憶手段１０４に設定された第２の範囲での、デジタルイメージ１０１の輝度の平均値を生成する。ヒストグラム生成手段１０５によって生成されたヒストグラムは、ダーク値演算手段１０７へ入力され、ダーク値演算手段１０７は、デジタルイメージ１０１の低い輝度値であるダーク値を演算する。低い輝度値であるダーク値と平均値は、ライト値演算手段１０８へ入力され、ライト値演算手段１０８はデジタルイメージ１０１の高い輝度値であるライト値を出力する。
【００２７】
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次元符号化された２次元データに対応するイメージであってＣＣＤセンサー（以下、単に「ＣＣＤ］と記述する場合もある。）等のイメージセンサーに結像している光を光電変換し、ＡＤ変換器によってサンプリングした結果得られるものである。この例では２次元符号として、１−４符号（１ Ｌｉｇｈｔ Ｂｉｔ ｏｎ ４ Ｃｅｌｌｓ）と呼ばれるものを用いた２次元データに対応するイメージを示している。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。この符号を適用した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。
【００２８】
図２に１−４符号化の例を示す。符号化に際しては、符号化すべきビットデータ系列の中から符号を割り当てようとしている２ビットを抜き出し、符号化テーブルを参照して抜き出した２ビットに対応する２ｘ２セルの２次元データを取得する。そして、順次２ビットずつ同様の処理を繰り返す。図２の示す符号化によって得られる符号は、図から明らかなように“０”（図で黒に塗りつぶされていない部分）と“１”（図で黒に塗りつぶされている部分）の比率が３対１になっている。
【００２９】
前述した（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、という１−４符号の特徴は、“１”に対応する高い輝度の画素が多い場合にＳ／Ｎ比が悪化するイメージに対して有効である。つまり、イメージの明るい部分でＳ／Ｎ比が悪化するのであるから、“１”を減らして明るい部分を減らすことで、雑音を減少させることができる符号である。以下の説明では、２次元データの“１”に対応するデジタルイメージの輝度が高く、“０”に対応するデジタルイメージの輝度が低いものとする。
【００３０】
次に、イメージの明るい部分でのＳ／Ｎ比の悪化について説明する。図３はＣＣＤの１画素の光電変換を表した図である。図３の電界振幅及び電界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カメラ等のイメージセンサーで観測するとき、電界強度をＣＣＤの１画素の面積で積分した値に対応した値が、その画素の輝度として出力される。電界強度は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乗で表される。
【００３１】
２次元符号化されたデータの“１”（高輝度データ）の周りに同じ“１”のデータがある時の電界振幅及び電界強度は図３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“１”のデータが無い時（周りが“０”のみの時）の電界振幅及び電界強度は図３の（ｂ）の様になる。前述したようにＣＣＤの１画素の輝度は電界強度を１画素の面積で積分した値に対応した値になるので、周りに“１”がある時（図３の（ａ））の方が、周りに“１”が無いとき（図３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。
【００３２】
また、高い輝度のばらつきが大きくなる他の原因として、電界振幅に付加される雑音がある。つまり、電界振幅に白色ガウス雑音のような一様な分散の雑音が付加されていた場合、電界強度への変換である２乗によって、データ“１”に対応する電界強度の分散の方が、“０”に対応する電界強度の分散より大きくなる。
【００３３】
次に、範囲設定手段１０２と、第１の範囲記憶手段１０３及び第２の範囲記憶手段１０４について説明する。
【００３４】
第１の範囲記憶手段１０３は、ヒストグラム生成手段１０５でデジタルイメージ１０１の輝度のヒストグラムを演算するときの演算範囲（第１の範囲）を記憶するものである。ヒストグラム生成手段１０５については後述する。第２の範囲記憶手段１０４は、平均値生成手段１０６でデジタルイメージ１０１の輝度の平均値を演算するときの演算範囲（第２の範囲）を記憶する手段である。平均値生成手段１０６については後述する。
【００３５】
第１の範囲記憶手段１０３及び第２の範囲記憶手段１０４への範囲の設定は範囲設定手段１０２で行う。範囲設定手段１０２で設定する第１の範囲及び第２の範囲は２次元符号化されたデータに対応するイメージが存在する範囲であれば任意に設定してよい。例えば、得られるデジタルイメージ１０１の内、中心の１００ｘ１００画素の範囲に必ず２次元符号化されたデータに対応するイメージが存在する場合には、中心の１００ｘ１００画素の範囲を設定する。なお、範囲設定手段１０２が第１の範囲と第２の範囲を必ず同じ範囲に設定する場合には、第１の範囲記憶手段１０３と第２の範囲記憶手段１０４は同一であってよい。これら第１の範囲、第２の範囲を２次元符号化されているデジタルイメージ１０１の範囲に設定することで、この範囲に後述する信号処理を行う。
【００３６】
次に、ヒストグラム生成手段１０５について説明する。ヒストグラム生成手段１０５は、デジタルイメージ１０１の第１の範囲記憶手段１０３に記憶された範囲での輝度のヒストグラムを生成する。図４にデジタルイメージ１０１の一例を示す。また、図５に図４のデジタルイメージ１０１に対応する２次元データを示す。図５においては、白がデータ“１”（高輝度データ）、黒がデータ“０”（低輝度データ）である。
【００３７】
図４に示されたデジタルイメージ１０１の演算範囲における輝度のヒストグラムは図６の様になる。図６を見ると、輝度が高い方にばらつきが多く、デジタルイメージ１０１のコントラストが低いため、ヒストグラムの山はデータ“０”に対応する山のみ目立って出ていて、データ“１”に対応する山は検出が困難であることが解る。よって、このヒストグラムのみでデジタルイメージ１０１の正確な輝度情報を得ることはできない。なお、図４のデジタルイメージ１０１は読者が見易いように誤差分散法を適用したもので実際のデジタルイメージ１０１はグレイスケールで表される。
【００３８】
次に、平均値演算手段１０６について説明する。平均値演算手段１０６は、デジタルイメージ１０１の第２の範囲記憶手段１０４に記憶された範囲での輝度の平均値を生成する。第１の範囲と第２の範囲が同じ範囲の場合、図４に示されたデジタルイメージ１０１の演算範囲における輝度の平均値を求める。
【００３９】
次に、ダーク値演算手段１０７について説明する。ダーク値演算手段１０７は、１−４符号を利用し、ヒストグラムから、データ“０”に対応する低い輝度であるダーク値を演算する手段である。図７にダーク値演算手段１０７の概略構成を示す。１−４符号による符号化を行った得られた２次元データはデータ“１”よりデータ“０”が多くなっている。よって、ヒストグラムを観測し、頻度が最も多い輝度をデータ“０”に対応するダーク値として検出することが出来る。しかし、ヒストグラムに雑音が存在する可能性があることを考慮し、ヒストグラムの頻度情報を階調方向の系列とみなして、ローパスフィルタ７０１を通すことで雑音を除く。最多輝度演算手段７０２は、雑音を除いたヒストグラムからダーク値である最多頻度の輝度を演算する。ローパスフィルタ７０１は、一般的に用いられる移動平均フィルタでもよい。最多輝度演算手段７０２は、雑音を除いたヒストグラムから頻度の最大値がある輝度を演算する。このように、符号を利用することで、データ“０”に対応する低い輝度であるダーク値を正確に求めることができる。なお、ローパスフィルタ７０１は、ヒストグラムに雑音が存在しない場合には必要ない。
【００４０】
次に、ライト値演算手段１０８について説明する。ライト値演算手段１０８は、ダーク値と平均値とデータの比率から、データ“１”に対応する高い輝度値であるライト値を演算するものである。図８にライト値演算手段１０８の概略構成を示す。比率記憶手段８０１には２次元符号後のデータの比率３対１が記憶されている。加算器８０２は比率の要素の加算（この例では、３＋１の演算）を行う。乗算器８０３は、加算器８０２の出力と平均値の乗算を行う。乗算器８０４は比率３対１のダークの要素３と、ダーク値の乗算を行う。減算器８０５は乗算器８０３の出力から乗算器８０４の出力を減算する。除算器８０６は減算器８０５の出力を比率３対１のライトの要素１で除算する。１−４符号の場合、１で除算するので除算器８０６は必要ない。
【００４１】
この構成でライト値を演算できる理由を説明する。１−４符号化された２次元データに対応するデジタルイメージ１０１では、Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌをデジタルイメージの高い輝度値であるライト値とし、Ｄａｒｋ＿Ｖａｌをデジタルイメージの低い輝度値であるダーク値とし、Ａｖｅ＿Ｖａｌを所定の範囲におけるデジタルイメージの平均値としたとき、（式１）が成り立つ。
【００４２】
３＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ＋１＊Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ≒（３＋１）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ・・・・（式１）
【００４３】
（式１）を変形すると（式２）となる。
【００４４】
Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ≒（（３＋１）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−３＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／１・・・・（式２）
【００４５】
また、（式）を（式３）の様に変形しても良い。
【００４６】
Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（３＋１）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−３＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／１＊Ｃ・・・・（式３）
ただし、Ｃは補正値である。
【００４７】
（式１）の説明を行う。図９は、コントラストがはっきりしていて２色（黒、白）で表されているデジタルイメージ１０１の輝度値の一例を示す図で、１−４符号で符号化されたデータに対応したものである。デジタルイメージ１０１のデータ“０”に対応する輝度は１０（ｄｅｃｉｍａｌ）で表され、“１”に対応する輝度は１２４（ｄｅｃｉｍａｌ）で表されている。図９のデジタルイメージ１０１は二次元符号に対して２ｘ２倍の分解能を持っている。図９において、データ“０”に対応する低い輝度の合計は１０×１０８となる。データ“１”に対応する高い輝度の合計は１２４×３６となる。全輝度の合計は（１０×１０８＋１２４×３６）である。平均値は（１０×１０８＋１２４×３６）／（１０８＋３６）である。よって、１０×１０８＋１２４×３６＝（（１０×１０８＋１２４×３６）／（１０８＋３６））×（１０８＋３６）となり、データ“１”に対応する高い輝度の画素数３６で規格化すると１０×３＋１２４×１＝（（１０×１０８＋１２４×３６）／（１０８＋３６））×（３＋１）となる。これは（式１）が成り立つことを示している。
【００４８】
実際のデジタルイメージ１０１はコントラストがはっきりしていない場合が多い。よって（式３）の補正値Ｃを実験により最適な値に微調整することが考えられる。（式３）の補正値Ｃの設定は、次のように行うことができる。まず、Ｃを１にした時の演算されたライト値と、実際にデジタルイメージを観察した時のイメージのライト値を比較し、演算されたライト値が観察したイメージの適切な値を示しているか確認する。そして、誤差があるときには補正値Ｃを調整し、観察するイメージに対するライト値が適切な値になるまで、この調整を繰り返す。
【００４９】
このように、（式２）又は（式３）の演算によって、ダーク値と平均値からライト値を求めることができる。なぜなら、画素の分解能が変化してもデータ“０”に対応するデジタルイメージ１０１の低い輝度の数とデータ“１”に対応するデジタルイメージ１０１の高い輝度の数との比率は変化しないため、（式１）がイメージセンサー１００１の画素の分解能が変化しても、平均値等の演算範囲を広く取れば成り立つからである。なお、図８は、（式２）に基づいてライト値を演算するものである。
【００５０】
以上の様に、ばらつきの大きいデータ“１”に対応する輝度値であるライト値を直接測定することなく、ばらつきの小さいデータ“０”に対応する輝度値であるダーク値と平均値から求めることで、正確な輝度情報が得られる。
【００５１】
なお、以上の説明では、入力されるイメージデータが１−４符号を用いて符号化されたものとしたが、データ“０”とデータ“１”が特定の比率になっている符号であれば適用可能で例えば１−４符号よりデータ“１”が少なくなる３−１６符号（３ Ｂｒｉｇｈｔ Ｂｉｔｓ ｏｎ １６ Ｃｅｌｌｓ）を用いても良い。この場合１−４符号でデータ“０”とデータ“１”の比率は３対１であったが３−１６符号では１３対３となる。
【００５２】
また、第１の実施の形態の輝度値演算装置では、イメージセンサーとしてＣＣＤセンサーを用いるものとして説明したが、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子イメージセンサーを利用してもよい。
【００５３】
また、第１の実施の形態の輝度値演算装置の各要素は、所定の回路要素を用いて実現してもよいし、所定のプログラムをインストールしたコンピュータを用いて実現してもよい。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図１０に、本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置の概略構成を示す。図１０のデータ再生装置は、イメージセンサー１００１、アンプ１００２、第１のゲイン調整手段１００３、ＡＤ変換手段１００４、メモリインタフェース（メモリＩ／Ｆ）１００５、メモリ１００６、画像処理手段１００７、調整目標値設定手段１００８、２値化手段１００９を含んで構成される。また、メモリ１００６は、デジタルイメージ領域１００６１、ワーク領域１００６２、２値データ領域１００６３を含み、画像処理手段１００７は、輝度値演算手段１００７１、第２のゲイン調整手段１００７２、階調補正手段１００７３、リサンプリング手段１００７４、フィルタ１００７５、フィルタ特性演算手段１００７６を含む。
【００５５】
図１０のデータ再生装置において、イメージセンサー１００１によって撮影されたイメージは、第１のゲイン調整手段１００３によってゲイン調整されたアンプ１００２によって増幅される。増幅されたイメージはＡＤ変換手段１００４によってされてデジタルデータに変換され、メモリＩ／Ｆ１００５を介してメモリ１００６のデジタルイメージ領域１００６１へ格納される。
【００５６】
デジタルイメージ領域１００６１へ格納されたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介して画像処理手段１００７の中の輝度値演算手段１００７１へ入力され、輝度値演算手段１００７１は、デジタルイメージの輝度情報であるダーク値とライト値を演算する。演算されたダーク値とライト値は第１のゲイン調整手段１００３と第２のゲイン調整手段１００７２へ入力される。第２のゲイン調整手段１００７２は、入力された輝度情報から、第２のゲインとＤＣオフセットを演算し、これらの値は階調補正手段１００７３へ入力される。
【００５７】
階調補正手段１００７３は、デジタルイメージ領域１００６１からメモリＩ／Ｆ１００５を介してデジタルイメージを取得し、設定されたゲインとＤＣオフセットとダーク値を利用し、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、リサンプリング手段１００７４へ入力され、リサンプリング手段１００７４は、デジタルイメージを適切なＸＹ平面座標でリサンプリングする。リサンプリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２へ格納される。
【００５８】
リサンプリングされたデジタルイメージは、ワーク領域１００６２からメモリＩ／Ｆ１００５を介してフィルタ１００７５へ入力される。フィルタ１００７５は、フィルタ特性演算手段１００７６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／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２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１００６２からメモリＩ／Ｆ１００５を介してフィルタ１００７５へ入力される。フィルタ１００７５は、フィルタ特性演算手段１００７６から設定される特性で、デジタルイメージを列方向へフィルタリングする。フィルタ１００７５の特性はフィルタ特性演算手段１００７６で演算される。フィルタ特性演算手段１００７６は、調整目標値設定手段１００８から設定されるライト調整目標値、ダーク調整目標値と、フィルタ１００７５の入出力イメージからフィルタ１００７５の特性を学習する。行方向及び列方向にフィルタリングされたデジタルイメージは２値化手段１００９へ入力される。２値化手段１００９は、デジタルイメージを２値化し、メモリＩ／Ｆ１００５を介して２値データ領域１００６３へ格納される。
【００５９】
２値データ領域１００６３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。第１のゲイン調整手段１００３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１００７１から出力される輝度情報と、調整目標値設定手段１００８から出力される調整目標値を入力し、これらに基づいてアンプ１００２の第１のゲインを調整する。
【００６０】
まず、イメージセンサー１００１、アンプ１００２、ＡＤ変換手段１００４について説明する。イメージセンサー１００１は、図示しないレンズ等を介して撮像面に当たった光を光電変換するＣＣＤセンサーである。アンプ１００２は、イメージセンサー１００１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１００４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装置制御手段１００２から設定される。ＡＤ変換手段１００４は、輝度情報をサンプリングしてデジタル化する。
【００６１】
次に、メモリＩ／Ｆ１００５とメモリ１００６について説明する。メモリＩ／Ｆ１００５は、後述するメモリ１００６へアクセスするためのインターフェイスである。メモリ１００６は、例えばＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いる。メモリ１００６は、デジタルイメージ領域１００６１、ワーク領域１００６２、２値データ領域１００６３の３つの領域が確保されている。デジタルイメージ領域１００６１は、イメージセンサー１００１で撮影されＡＤ変換手段１００４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１００６２は、信号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。信号処理については後述する。２値データ領域１００６３は、２値化されたデータを格納する領域である。ＡＤ変換手段１００４でサンプリングされたデジタルイメージは、メモリＩ／Ｆ１００５を介してデジタルイメージ領域１００６１へ格納される。
【００６２】
次に、画像処理手段１００７について説明する。画像処理手段１００７は、撮影されたデジタルイメージの２値化が容易になるように、デジタルイメージの輝度の補正、平面座標の補正等を行う手段である。この画像処理手段１００７での画像処理を行うことによって、２値化エラーを減少させることができる。
【００６３】
次に、画像処理手段１００７が含む各要素について説明する。輝度値演算手段１００７１は、第１の実施の形態で説明した輝度値演算装置であって、デジタルイメージ領域１００６１に格納されたデジタルイメージの輝度情報であるダーク値とライト値を演算するものである。デジタルイメージ領域１００６１へ格納されたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介して、輝度値演算手段１００７１へ入力され、輝度値演算手段１００７１はデジタルイメージの相対的に低い輝度値であるダーク値と相対的に高い輝度値であるライト値を出力する。輝度値演算手段１００７１については、第１の実施の形態で説明しているので、詳しい説明は省略する。輝度値演算手段１００７１を用いることでデジタルイメージの正確な輝度情報を演算できる。
【００６４】
次に、第２のゲイン調整手段１００７２と、調整目標設定手段１００８と、階調補正手段１００７３について説明する。第２のゲイン調整手段１００７２は、輝度値演算手段１００７１から出力されたダーク値とライト値と、調整目標設定手段１００８から設定されるダーク調整目標値とライト調整目標値から、階調補正手段１００７３でデジタルイメージを補正するための第２のゲインとＤＣオフセットを演算し出力するものである。ライト調整目標はデジタルイメージの高い輝度の目標値であり、ダーク調整目標はデジタルイメージの低い輝度の目標値である。
【００６５】
図１１に第２のゲイン調整手段１００７２の概略構成を示す。減算器１１０１は、ライト調整目標値からダーク調整目標値を減算し、調整目標値の大きさを出力する。減算器１１０２は、ライト値からダーク値を減算し、デジタルイメージの大きさを出力する。除算器１１０３は減算器１１０１の出力を減算器１１０２の出力で除算することで、デジタルイメージの大きさを調整目標値の大きさに調整するための第２のゲインを演算する。ダーク調整目標値はそのままデジタルイメージのオフセットを調整するためのＤＣオフセットをとして利用される。このように、デジタルイメージの階調を補正するための第２のゲインとＤＣオフセットを演算する。
【００６６】
階調補正手段１００７３は、デジタルイメージ領域１００６１に格納されているデジタルイメージをメモリＩ／Ｆ１００５を介して入力し、第２のゲイン調整手段１００７２で演算した第２のゲインとＤＣオフセットとダーク値を利用してデジタルイメージの階調を補正するものである。
【００６７】
図１２に階調補正手段１００７３の概略構成を示す。減算器１２０１は、デジタルイメージからダーク値を減算することで、デジタルイメージのダーク値が０になるようにデジタルイメージ全体の輝度をオフセットする。乗算器１２０２は、減算器１２０１から出力されるデジタルイメージの輝度系列に第２のゲインを乗算することで、大きさを補正する。加算器１２０３は、乗算器１２０２の出力からＤＣオフセットを加算することでオフセット調整を行う。このように輝度値演算手段１００７１で演算したライト値、ダーク値に基づいて、第２のゲイン調整手段１００７２で階調補正のため第２ゲインとＤＣオフセットを求め、それらの値を使って階調補正手段１００７３は、デジタルイメージのライト値をライト調整目標値に、ダーク値をダーク調整目標値にする正確な補正ができる。
【００６８】
次に、リサンプリング手段１００７４について説明する。リサンプリング手段１００７４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平面座標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１００１の回転や媒体の傾き等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、適切な平面座標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報告されている。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方法がある。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画素になるようにデジタルイメージに２次元補間を行う方法がある。この方法は一般的な２次元コードリーダーで用いられている。適切なＸＹ平面座標でリサンプリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介して、ワーク領域１００６２へ格納される。
【００６９】
次に、フィルタ１００７５について説明する。フィルタ１００７５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１００６２からメモリＩ／Ｆ１００５を介してフィルタ１００７５へ入力される。フィルタ１００７５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平面座標での輝度である。
【００７０】
図１３にフィルタ１００７５の概略構成を示す。図１３のフィルタは、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタと呼ばれる構成になっている。フィルタ１００７５に入力されたデジタルイメージの輝度系列は遅延１３０１、１３０２、１３０３、１３０４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係数との乗算が乗算器１３０５、１３０６、１３０７、１３０８、１３０９で行われ、その出力が加算器１３１０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。
【００７１】
次にフィルタ特性演算手段１００７６について説明する。フィルタ特性演算手段１００７６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ためのフィルタ１００７５の特性を演算するものである。フィルタの特性を演算する方法にはフィルタの入力系列に応じて適応的にその特性を学習する方法がある。その学習方法の一つとしてＬＭＳアルゴリズムと呼ばれるものがある。ＬＭＳアルゴリズムは（式４）、（式５）で表わされる。
【００７２】
ｈ（ｎ＋１）＝ｈ（ｎ）＋（１／２）＊μｅ（ｎ）ｕ（ｎ）・・・・（式４）
ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｕＴ（ｎ）ｈ（ｎ）・・・・・・・・・・・・（式５）
【００７３】
ただし、
ｈ（ｎ）：学習前のフィルタ係数ベクトル
ｈ（ｎ＋１）：学習後のフィルタ係数ベクトル
μ：ステップサイズパラメーター
ｅ（ｎ）：ｎ番目の繰り返し時の誤差信号
ｕ（ｎ）：ｎ番目の繰り返し時のタップ入力ベクトル
ｅ（ｎ）：誤差信号
ｄ（ｎ）：望みの応答
ｕＴ（ｎ）：タップ入力ベクトルの転置
である。
【００７４】
ＬＭＳアルゴリズムを動作させると誤差信号ｅ（ｎ）が最小つまりフィルタ１００７５の出力と望みの応答との誤差を最小にするように係数ベクトルｈ（ｎ）が最適値ｈ０に近づいていく。
【００７５】
図１４にフィルタ特性演算手段１００７６の概略構成を示す。フィルタ１００７５の入力であるデジタルイメージの輝度系列は、等化目標演算手段１４０１に入力される。また、調整目標値設定手段１００８から輝度が高い側の目標値であるライト調整目標値と、輝度が低い側の目標値であるダーク調整目標値が等化目標演算手段１４０１に入力される。仮２値化手段１４０１１は、ライト調整目標値とダーク調整目標値の間に閾値を設定しその閾値で輝度系列に対して仮の２値化を行う。目標選択手段１４０１２は、仮２値化手段１４０１１で判定された２値の内、“１”であるか“０”であるかによって、出力する等化目標値をライト調整目標値とダーク調整目標値のどちらにするか選択する。等化誤差演算手段１４０２は等化目標演算手段１４０１から出力された等化目標値とフィルタ１００７５の出力との誤差を演算する。係数演算手段１４０３は等化誤差演算手段１４０２で演算された等化誤差とタップ入力からフィルタ係数を演算し出力する。フィルタ特性演算手段１００７６は、このフィルタ係数の演算を繰り返し行うことにより、最適なフィルタ係数を学習し、フィルタ１００７５は演算されたフィルタ係数でデジタルイメージを望みの特性にフィルタリングする。フィルタ１００７５でフィルタリングされたデジタルイメージはメモリＩ／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２へ格納される。
【００７６】
前述したように、適応的なフィルタリングでは等化目標値である望みの応答を生成するために、階調補正手段１００７３での調整目標値であるライト調整目標値とダーク調整目標値を利用している。この様にすることで、フィルタ１００７５の入力系列の振幅と望みの応答の振幅が同等になっているので、フィルタ係数を学習する前から等化誤差を少なくすることができ、すばやく最適なフィルタ係数を学習できる。
【００７７】
フィルタ１００７５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／Ｆ１００５を介してワーク領域１００６２からフィルタ１００７５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、階調補正手段１００７３で補正された階調の更なる補正を実現できる。また、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。
【００７８】
なお、フィルタ特性演算手段１００７６でフィルタ係数の学習を行うとき、仮２値化手段１４０１１の“０”か“１”かの判別によって、“０”の時に学習するフィルタ係数と、“１”の時に学習するフィルタ係数を個別に持ち、フィルタ１００７５でフィルタリングするときに、その“０”か“１”かの判別によって、“０”のフィルタ係数と“１”のフィルタ係数を切り替えることで、“０”の時のフィルタ１００７５の特性と“１”の時のフィルタ１００７５の特性を切り替えるようにしてもよい。前述したように、デジタルイメージは“１”の場合のＳ／Ｎ比と“０”の場合のＳ／Ｎ比が異なるので、このフィルタ１００７５の特性を切り替えによって、“０”、“１”それぞれに対して最適なフィルタリングができ、性能の向上が得られる。
【００７９】
また、フィルタ特性演算手段１００７６でフィルタ係数の学習を行うとき、仮２値化手段１４０１１への入力をフィルタ入力の輝度系列として説明したが、フィルタ出力の輝度系列としてもよい。
【００８０】
次に２値化手段１００９について説明する。２値化手段１００９は、デジタルイメージを復号するために２値化するものである。画像処理手段１００７の階調補正手段１００７３、リサンプリング手段１００７４、フィルタ１００７５で補正されたデジタルイメージは２値化手段１００９で２値化される。各補正によってデジタルイメージは、輝度がライト調整目標値とダーク調整目標値に偏ったコントラストのはっきりしたイメージに補正され、平面座標の補正もされている。
【００８１】
図１５に２値化手段１００９の概略構成を示す。補正されたデジタルイメージの輝度系列はしきい手段１５０１で“０”と“１”に判別される。判別のための閾値は、ライト調整目標値とダーク調整目標値にそれぞれ重みを付け加算した値にする。これらの計算は、乗算器１５０３、１５０４及び加算器１５０５によって行う。閾値をライト調整目標値とダーク調整目標値の中間値にするのであれば重み記憶手段１５０２に記憶されている重みは両方０．５となる。しかし、前述したように、デジタルイメージは明るい側の方が暗い側よりＳ／Ｎ比が悪化している。よって、暗い側の重みを大きくして、閾値を中間値より暗い側に寄せて使用すると良好な結果が得られることがある。この重みはシステムの違いによる雑音の違いによって最適値が異なるので、実験によって、エラーが最小になる最適な値を設定するのがよい。なお、しきい手段に設定する閾値は、図示しない閾値記憶手段等を設けて記憶しておいてもよい。この場合、乗算器１５０３、１５０４及び加算器１５０５等は不要である。
【００８２】
２値化手段１００９の２値化によって出力される２値データはメモリＩ／Ｆ１００５を介して２値データ領域１００６３へ格納される。２値データ領域１００６３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１−４符号を復号し、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。
【００８３】
次に第１のゲイン調整手段１００３について説明する。第１のゲイン調整手段１００３は、次のデジタルイメージを取得する際、ＡＤ変換手段１００４でのダイナミックレンジが十分取れるようにアンプ１００２のゲインを調整するものである。
【００８４】
図１６に第１のゲイン調整手段１００３の構成を示す。ゲイン記憶手段１６０５には第１のゲインの初期値が予め記憶されている。ライト調整目標値、ダーク調整目標値、ライト値、ダーク値からゲインの調整値を演算し、乗算記１６０４でゲイン記憶手段１６０５に記憶されている現在の第１のゲインと、調整値を乗算することで、新たな第１のゲインを演算する。調整値は次のように求める。ライト調整目標値からダーク調整目標値を減算記１６０１で減算し調整目標値の大きさを演算し、ライト値からダーク値を減算記１６０２で減算しデジタルイメージの大きさを演算する。そして、除算器１６０４を用いて調整目標値の大きさをデジタルイメージの大きさで除算する事で調整値を演算する。この様な構成で次のデジタルイメージの大きさを調整するための第１のゲインは演算される。デジタルイメージの輝度が全体的に小さくＡＤ変換手段１００４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１００２のゲインを調整し、次のイメージを読み出すことで、この性能の悪化を防ぐことができる。
【００８５】
なお、以上の説明では、入力されるイメージデータが１−４符号を用いて符号化されたものとしたが、“０”と“１”が特定の比率になっている符号であれば適用可能であり、例えば１−４符号より“１”が少なくなる３−１６符号等を用いてもよい。
【００８６】
また、イメージセンサー１００１としてＣＣＤセンサーを用いるものとして説明したが、ＣＭＯＳ素子イメージセンサーを利用してもよい。
【００８７】
また、第２の実施の形態のデータ再生装置の各要素は、所定の回路要素を用いて実現してもよいし、所定のプログラムをインストールしたコンピュータを用いて実現してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の輝度値演算装置は、コントラストがはっきりせず、Ｓ／Ｎが悪いイメージであっても、正確な輝度値を演算できこのようなイメージの画像処理に有用である。
【００８９】
また、本発明のデータ再生装置は、正確にイメージの輝度の輝度値を求めることのできる輝度値演算装置を用いることにより、デジタルイメージの２値化が正確に行うことができ、そ２次元符号が適用されたイメージからデータを読み出すストレージ機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージにおける符号を説明する図
【図３】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージにおける輝度のばらつきを説明する図
【図４】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例に対応する２次元データを示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例の輝度ヒストグラムを示す図
【図７】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置におけるダーク値演算手段の概略構成を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置におけるライト値演算手段の概略構成を示す図
【図９】本発明の第１の実施の形態の輝度値演算装置に入力されるデジタルイメージの一例の輝度値を示す図
【図１０】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置の概略構成を示す図
【図１１】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における第２のゲイン調整手段の概略構成を示す図
【図１２】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における階調補正手段の概略構成を示す図
【図１３】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置におけるフィルタの概略構成を示す図
【図１４】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置におけるフィルタ特性演算手段の概略構成を示す図
【図１５】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における２値化手段の概略構成を示す図
【図１６】本発明の第２の実施の形態のデータ再生装置における第１のゲイン調整手段の概略構成を示す図
【図１７】２次元コードの中心画素輝度のイメージを小領域に分割する様子を表す図
【図１８】従来の２次元コードを２値化するための処理の一例のフローチャート
【図１９】従来の２次元コードを２値化するための処理の別の例のフローチャート
【図２０】従来の輝度補正処理部の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００９１】
１０１ デジタルイメージ
１０２ 範囲設定手段
１０３ 第１の範囲記憶手段
１０４ 第２の範囲記憶手段
１０５ ヒストグラム生成手段
１０６ 平均値生成手段
１０７ ダーク値演算手段
１０８ ライト値演算手段
７０１ ローパスフィルタ
７０２ 最多輝度演算手段
８０１ 比率記憶手段
８０２ 加算器
８０３ 乗算器
８０４ 乗算器
８０５ 減算器
８０６ 除算器
１００１ イメージセンサー
１００２ アンプ
１００３ 第１のゲイン調整手段
１００４ ＡＤ変換手段
１００５ メモリＩ／Ｆ
１００６ メモリ
１００６１ デジタルイメージ領域
１００６２ ワーク領域
１００６３ ２値データ領域
１００７ 画像処理手段
１００７１ 輝度値演算手段
１００７２ 第２のゲイン調整手段
１００７３ 階調補正手段
１００７４ リサンプリング手段
１００７５ フィルタ
１００７６ フィルタ特性演算手段
１００８ 調整目標値設定手段
１００９ ２値化手段
１１０１ 減算器
１１０２ 減算器
１１０３ 除算器
１２０１ 減算器
１２０２ 乗算器
１２０３ 加算器
１３０１ 遅延素子
１３０２ 遅延素子
１３０３ 遅延素子
１３０４ 遅延素子
１３０５ 乗算器
１３０６ 乗算器
１３０７ 乗算器
１３０８ 乗算器
１３０９ 乗算器
１３１０ 加算器
１４０１ 等化目標演算手段
１４０１１ 仮２値化手段
１４０１２ 目標選択手段
１４０２ 等化誤差演算手段
１４０３ 係数演算手段
１５０１ しきい手段
１５０２ 重み記憶手段
１５０３ 乗算器
１５０４ 乗算器
１５０５ 加算器
１６０１ 減算器
１６０２ 減算器
１６０３ 除算器
１６０４ 乗算器
１６０５ ゲイン記憶手段
２００１ 被写体像
２００２ 光学系
２００３ ＣＣＤ
２００４ アンプ
２００５ クランプ回路
２００６ レベル検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算装置であって、
前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、
前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、
前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備える輝度値演算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の輝度値演算装置であって、
前記ライト値演算手段の出力は、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定される輝度値演算装置。
【請求項３】
第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体のイメージを取得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、
前記アンプのゲインを調整する第１のゲイン調整手段と、
前記アンプによって増幅されたイメージをサンプリングしてデジタル値に変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段によって得られたデジタルイメージの輝度の補正と平面座標の補正との少なくとも一方を行う画像処理手段と、
前記画像処理手段によって補正されたデジタルイメージを２値化する手段を備え、
前記画像処理手段は、前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算手段を備え、
前記輝度値演算手段は、
前記ＡＤ変換手段によって得られた前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、
前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、
前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備えるデータ再生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のデータ再生装置であって、
前記第１のゲイン調整手段は、前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記アンプのゲインを調整するデータ再生装置。
【請求項５】
請求項３に記載のデータ再生装置であって、
前記画像処理手段は、
前記デジタルイメージの輝度を補正する階調補正手段と、
前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記階調補正手段のゲインとＤＣオフセットの少なくとも一方を調整する第２のゲイン調整手段と
を備えるデータ再生装置。
【請求項６】
請求項５のいずれか１項に記載のデータ再生装置であって、
前記画像処理手段は、
前記階調補正手段によって補正されたデジタルイメージを適切な平面座標でリサンプリングするリサンプリング手段と、
前記リサンプリング手段によって、リサンプリングされたデジタルイメージを望みの特性にフィルタリングするフィルタと、
前記第２のゲイン調整手段の調整目標値と、前記フィルタの入出力デジタルイメージから、前記フィルタの特性を演算するフィルタ特性演算手段と
を備えるデータ再生装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか１項に記載のデータ再生装置であって、
前記ライト値演算手段の出力は、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定されるデータ再生装置。
【請求項８】
第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算方法であって、
前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、
前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成ステップと、
前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算ステップと、
前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算ステップとを備える輝度値演算方法。
【請求項１】
第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算装置であって、
前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、
前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、
前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備える輝度値演算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の輝度値演算装置であって、
前記ライト値演算手段の出力は、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定される輝度値演算装置。
【請求項３】
第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体のイメージを取得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、
前記アンプのゲインを調整する第１のゲイン調整手段と、
前記アンプによって増幅されたイメージをサンプリングしてデジタル値に変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段によって得られたデジタルイメージの輝度の補正と平面座標の補正との少なくとも一方を行う画像処理手段と、
前記画像処理手段によって補正されたデジタルイメージを２値化する手段を備え、
前記画像処理手段は、前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算手段を備え、
前記輝度値演算手段は、
前記ＡＤ変換手段によって得られた前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成手段と、
前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算手段と、
前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算手段とを備えるデータ再生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のデータ再生装置であって、
前記第１のゲイン調整手段は、前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記アンプのゲインを調整するデータ再生装置。
【請求項５】
請求項３に記載のデータ再生装置であって、
前記画像処理手段は、
前記デジタルイメージの輝度を補正する階調補正手段と、
前記輝度値演算手段で演算された前記ダーク値と前記ライト値に基づいて前記階調補正手段のゲインとＤＣオフセットの少なくとも一方を調整する第２のゲイン調整手段と
を備えるデータ再生装置。
【請求項６】
請求項５のいずれか１項に記載のデータ再生装置であって、
前記画像処理手段は、
前記階調補正手段によって補正されたデジタルイメージを適切な平面座標でリサンプリングするリサンプリング手段と、
前記リサンプリング手段によって、リサンプリングされたデジタルイメージを望みの特性にフィルタリングするフィルタと、
前記第２のゲイン調整手段の調整目標値と、前記フィルタの入出力デジタルイメージから、前記フィルタの特性を演算するフィルタ特性演算手段と
を備えるデータ再生装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか１項に記載のデータ再生装置であって、
前記ライト値演算手段の出力は、前記存在頻度の高いデータと前記存在頻度が低いデータとの存在比率をＡ対Ｂとし、前記ライト値をＬｉｇｈｔ＿Ｖａｌとし、前記ダーク値をＤａｒｋ＿Ｖａｌとし、前記平均値をＡｖｅ＿Ｖａｌとしたとき、（式）Ｌｉｇｈｔ＿Ｖａｌ＝（（Ａ＋Ｂ）＊Ａｖｅ＿Ｖａｌ−Ａ＊Ｄａｒｋ＿Ｖａｌ）／Ｂに基づいて決定されるデータ再生装置。
【請求項８】
第１のデータと第２のデータの存在比率が特定の比率である２値データが２次元記録された媒体を撮影して得た多値デジタルイメージから前記２値データを得るために利用する基準輝度値を演算する輝度値演算方法であって、
前記デジタルイメージの所定の範囲における輝度のヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、
前記デジタルイメージの所定の範囲における前記デジタルイメージの輝度の平均値を生成する平均値生成ステップと、
前記ヒストグラムに基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が高いデータに対応する相対的に低い輝度値であるダーク値を求めるダーク値演算ステップと、
前記ダーク値と前記平均値と前記比率に基づいて、前記第１のデータと前記第２のデータのうちの存在頻度が低いデータに対応する相対的に高い輝度値であるライト値を求めるライト値演算ステップとを備える輝度値演算方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２３８３５４（Ｐ２００６−２３８３５４Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５３６９３（Ｐ２００５−５３６９３）
【出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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