專利名稱：具有增益補(bǔ)償?shù)墓馊⒃O(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于讀出記錄在全息記錄介質(zhì)中的數(shù)據(jù)頁的光全 息設(shè)備和相應(yīng)的方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于這種光全息設(shè)備的 電子設(shè)備以及相應(yīng)的方法。最后，本發(fā)明涉及一種用于以軟件形式實(shí) 現(xiàn)所述方法的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(HDSS)期望達(dá)到高數(shù)據(jù)容量(在12厘米盤上 存儲(chǔ)1T字節(jié))和高數(shù)據(jù)率(G比特/秒)。全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)于傳統(tǒng)光學(xué) 存儲(chǔ)之處在于它使用介質(zhì)的真實(shí)三維體積來保存數(shù)據(jù)，使得高容量 成為可能。在"Holographic Data Storage Systems", Lambertus Hesselink， Sergei S.Orlov， and Matthew C. Bashaw， Proceedings of the IEEE， vol. 92， no. 8， pp. 1231—1280， 2004中已經(jīng)給出了全息數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)系統(tǒng)的概述。當(dāng)前已知的大多數(shù)全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)使用所謂的基于頁的存儲(chǔ)系 統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，通過圖像檢測(cè)器(例如CCD或CM0S芯片)讀出頁或 圖像。圖像檢測(cè)器的非均勻性或(用于寫和讀的)激光束輪廓的非均 勻性，使得更加難以分辨哪些像素表現(xiàn)比特值0或比特值1。為了檢測(cè) 這種誤差，已經(jīng)提出了一些方法，例如在US5， 838， 650中，使用嵌入在 全息介質(zhì)中的對(duì)齊標(biāo)記。它們被檢測(cè)并且全息介質(zhì)凈皮平移和旋轉(zhuǎn)，直 到在檢測(cè)器上取回正確的對(duì)齊標(biāo)記為止。然而，這種檢測(cè)方法不適于 高密度全息介質(zhì)，因?yàn)閷?duì)齊標(biāo)記需要全息介質(zhì)中的空間，這樣減少了 可能的數(shù)據(jù)密度。在W02005/057584 Al中描述的另 一方法提出了在已 檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中檢測(cè)莫爾圖(Moire pattern),并將成像數(shù)據(jù)頁 修改為莫爾圖的函數(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于讀出記錄在全息記錄介質(zhì)中數(shù)據(jù)頁的光全息設(shè)備和相應(yīng)的方法，全息記錄介質(zhì)具有改進(jìn)的校正所述誤差 并正確地檢測(cè)比特的能力，這種光全息設(shè)備和相應(yīng)的方法特別地用于 改進(jìn)比特誤差率。另一個(gè)目的是提供一種在這種光全息設(shè)備中使用的 電子設(shè)備和相應(yīng)的方法，以及提供用于實(shí)施所述方法的計(jì)算機(jī)程序。根據(jù)本發(fā)明的目的由如權(quán)利要求1所限定的光全息設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所述設(shè)備包含用于形成成像數(shù)據(jù)頁的圖像形成裝置，用于檢測(cè)所述成像數(shù)據(jù)頁的圖像檢測(cè)裝置，重建裝置，用于從分離的包含暗像素和亮像素的棋盤形頁中或者 從所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗圖像和亮圖像，以及圖像校正裝置，用于通過使用所述重建后的暗圖像和亮圖像進(jìn)行 增益補(bǔ)償以校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁。根據(jù)本發(fā)明的目的另外由如權(quán)利要求9所限定的電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所 述電子設(shè)備包含重建裝置，用于從分離的包含暗像素和亮像素的棋盤形頁中或者 從所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗圖像和亮圖像，以及圖像校正裝置，用于通過使用所述重建后的暗圖像和亮圖像進(jìn)行 增益補(bǔ)償以校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁。根據(jù)本發(fā)明的目的另外由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，該計(jì)算機(jī)程序包含程 序代碼裝置，該程序代碼裝置用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行 時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求10或11中所述方法的步驟。相應(yīng)的方法在其他獨(dú)立權(quán)利要求中進(jìn)行限定。本發(fā)明的優(yōu)選具體 實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中限定。應(yīng)當(dāng)理解，電子設(shè)備、方法和計(jì)算 機(jī)程序具有如從屬權(quán)利要求所限定的類似的和/或相同的優(yōu)選具體實(shí) 施方式。本發(fā)明基于這樣的思想從已檢測(cè)的圖像本身或者從分離的棋盤 形頁中提取所述非均勻性。然后該信息被用來對(duì)整個(gè)圖像上的單獨(dú)像 素進(jìn)行增益補(bǔ)償，從而最終改進(jìn)比特檢測(cè)。在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在介質(zhì)中被存儲(chǔ)為由兩個(gè)激光束形 成的干涉圖案。 一個(gè)光束包含數(shù)據(jù)， 一個(gè)光束被用作創(chuàng)建干涉圖案的 參考。在數(shù)據(jù)寫入期間以及讀出期間，激光束中的空間光強(qiáng)度波動(dòng)導(dǎo) 致在讀出時(shí)獲得的圖像中的不想要的變化。另外，圖像檢測(cè)器不均勻的像素響應(yīng)增加了這些不想要的變化。另外，寫入數(shù)據(jù)的介質(zhì)可以不 均勻散射激光，造成圖像中的強(qiáng)度波動(dòng)更加嚴(yán)重得多。這些變化使得難以確定切分器電平(slicer level)，從而難以分辨哪些像素代表 "0"哪些像素代表"1"。例如，在圖像的一部分中代表"O"的像素值可與 該圖像另一部分中代表"l"的像素值相同。這樣，取分離的暗圖像(例如全部比特都具有比特值"O")和亮圖像(例如全部比特都具有比特值"r')分別補(bǔ)償檢測(cè)器的不均勻像素響 應(yīng)和激光束波動(dòng)。如果介質(zhì)在理想情況下各向同性地散射，那么這些 圖像將足以校正從介質(zhì)讀出的全部數(shù)據(jù)頁。然而實(shí)際上，介質(zhì)在整體 介質(zhì)體積上并不各向同性地散射，并且這些暗圖像和亮圖像將被更經(jīng) 常地取回以補(bǔ)償各向異性散射。這導(dǎo)致用于用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間減少 ，從而減少了數(shù)據(jù)密度。因此有利的是減少了暗頁和亮頁的數(shù)目。因此更進(jìn)一 步地建議將兩頁交錯(cuò)成一 頁或者從已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù) 頁中直接取回兩頁，代替分離的暗頁和分離的亮(白色)頁。由此重 建完整的亮頁和完整的暗頁，然后這些重建的暗頁和亮頁用于用戶數(shù) 據(jù)頁的增益補(bǔ)償。因此減少了亮像素值和暗像素值的波動(dòng)。這改進(jìn)了比特識(shí)別效果，因此改進(jìn)了比特誤差率(BER)。優(yōu)選地，進(jìn)行增益補(bǔ)償使得從已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中減去暗圖像 ，以及所得到的圖像由亮圖像劃分，以獲得校正后的成像數(shù)據(jù)頁。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方式
，通過在所述棋盤形頁中測(cè)量所述暗 像素和亮像素以及通過在所述測(cè)量的暗像素和亮像素之間插入丟失的 像素，從包含暗像素和亮像素的圖案的分離的棋盤形頁中重建暗圖像 和亮圖像，從而獲得完整的暗圖像和亮圖像。所述棋盤形頁優(yōu)選地包 含規(guī)律的暗像素和亮像素圖案。例如，在整個(gè)棋盤形頁上，暗像素和 亮像素塊交替地排列成(優(yōu)選為周期性的)圖案。通過首先去交錯(cuò)暗 像素和亮像素并且隨后內(nèi)插丟失的信息，得出用于隨后的增益補(bǔ)償?shù)?暗圖像和亮圖像?？蛇x地，直接從已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中提取暗圖像和亮圖像與使 用棋盤形頁的具體實(shí)施方式
相比，顯著地減少了開銷。根據(jù)采用所述思想的第一具體實(shí)施方式
，所述重建裝置包含像素值確定單元，用于確定已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的像素比特值， 特別是由切分器電平檢測(cè)進(jìn)行確定，暗圖像和亮圖像確定單元，用于通過僅選擇具有第一比特值的像 素作為暗像素來確定暗圖像，以及用于通過僅選擇具有不同于第一比特值的第二比特值的像素作為亮像素來確定亮圖像；圖像處理單元，用于對(duì)所述暗圖像和所述亮圖像進(jìn)行低通濾波，所述經(jīng)低通濾波的暗圖像和所述經(jīng)低通濾波的亮圖像用于校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁；檢查單元，用于檢查是否已經(jīng)滿足預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)；以及 參數(shù)設(shè)置單元，用于在還沒有滿足所述預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)的情況下，改變由所述圖像處理單元對(duì)所述暗圖像和所述亮圖像進(jìn)行低通濾波所使用的截止頻率，其中，所述暗圖像和亮圖像的所述重建交互地進(jìn)行，直到所述預(yù)定標(biāo) 準(zhǔn)已經(jīng)滿足為止。根據(jù)采用所述思想的第二具體實(shí)施方式
，所述重建裝置包含像素值確定單元，用于確定已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的像素比特值， 特別是由切分器電平檢測(cè)進(jìn)行確定；暗像素和亮像素確定單元，用于通過僅選擇具有第一比特值的像 素作為暗像素來確定暗圖像，以及用于通過僅選擇具有不同于第一比 特值的第二比特值的像素作為亮像素來確定亮圖像；圖像處理單元，用于選擇所述暗圖像和所述亮圖像的區(qū)域，用于亮像素的所述區(qū)域中的像素的比特值，從而獲得用于校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的平均暗圖像和平均亮圖像；檢查單元，用于檢查是否已經(jīng)滿足預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)；以及 參數(shù)設(shè)置單元，用于在還沒有滿足所述預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)的情況下，改變由所述圖像處理單元所用的所述暗圖像和所述亮圖像中的所述區(qū)域的尺寸和位置，其中，所述暗像素和亮像素的所述重建交互地進(jìn)行，直到所述預(yù)定標(biāo) 準(zhǔn)已經(jīng)滿足為止?；旧?，根據(jù)所述具體實(shí)施方式
，在數(shù)學(xué)上取在已檢測(cè)的成像數(shù) 據(jù)頁和用戶定義的窗口之間的巻積，其尺寸確定了截止頻率。通常， 窗口的尺寸相對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)頁的尺寸越小，截止頻率越高。最初，確定完整的已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的像素比特值，特別是通過由切分器電平檢測(cè)進(jìn)行確定，用于迭代重建暗圖像和亮圖像的后續(xù) 步驟。
根據(jù)兩個(gè)具體實(shí)施方式
，在暗圖像和亮圖像確定單元中，通過僅 選擇具有第一比特值的像素來確定暗像素，以及通過僅選擇具有不同
于第一比特值的第二比特值的像素來確定亮像素。在此，第一比特值 意指第一比特值范圍，比如在閾值以下，而第二比特值意指第二比特 值范圍，比如在所述閾值以上。
在所述具體實(shí)施方式
中，優(yōu)選所述檢查單元適于檢查在已校正的 成像檢測(cè)數(shù)據(jù)頁中比特誤差率是否已經(jīng)增大，以及優(yōu)選所述參數(shù)設(shè)置 單元分別地適于如果所述比特誤差率已經(jīng)降低，則提高截止頻率或減 少所述區(qū)域的尺寸，以及如果所述比特誤差率已經(jīng)提高，則降低截止 頻率或增大所述區(qū)域的尺寸。
然而，通常地，不同的標(biāo)準(zhǔn)可以被用作所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，即所述預(yù) 定標(biāo)準(zhǔn)可由用戶設(shè)置。優(yōu)選的標(biāo)準(zhǔn)分別是預(yù)定迭代數(shù)、預(yù)定比特誤差 率或預(yù)定截止頻率或所述區(qū)域的尺寸。


參考附圖，現(xiàn)在更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中 圖l顯示根據(jù)本發(fā)明的光全息設(shè)備，
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施方式
的暗圖像和亮圖像的重
建，
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的所述第一具體實(shí)施方式
的棋盤形頁的使用， 圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施方式
的光全息設(shè)備的重建單
元，
圖5顯示根據(jù)所述第二具體實(shí)施方式
的暗圖像和亮圖像的重建，以
及
圖6顯示根據(jù)另一具體實(shí)施方式
的重建的主要步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖l顯示使用相位共軛(phase conjugate)讀出的才艮據(jù)本發(fā)明的 光全息設(shè)備。這些光學(xué)裝置包含輻射源IOO、準(zhǔn)直器101、第一分束器 102、空間光調(diào)制器103、第二分束器104、透鏡105、第一偏轉(zhuǎn)器107、第一望遠(yuǎn)鏡108、第一反射鏡109、半波片IIO、笫二反射鏡lll、第二 偏轉(zhuǎn)器112、第二望遠(yuǎn)鏡113、檢測(cè)器114、重建單元115和圖像校正單 元116。光學(xué)設(shè)備是用來在全息介質(zhì)106中記錄或讀出數(shù)據(jù)。
重建單元115和圖像校正單元116優(yōu)選形成電子設(shè)備117，例如專用 集成電路或其他的硬件，其分離式分布，而且比如可加入到已有的全 息光學(xué)設(shè)備中?？蛇x地，例如，重建單元115和圖像校正單元116的功 能還可以通過例如在計(jì)算機(jī)或微處理器上的軟件運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。
在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁期間，借助于第一分束器102，輻射 源100所產(chǎn)生的一半輻射束朝著空間光調(diào)制器103發(fā)送。這部分輻射束 被稱為信號(hào)光束SB。輻射源100所產(chǎn)生的一半輻射束借助于第一偏轉(zhuǎn)器 107被偏轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡108。這部分輻射束被稱為參考光束RB。信號(hào)光束 SB借助于空間光調(diào)制器103進(jìn)行空間調(diào)制?？臻g光調(diào)制器103包含透射 區(qū)域和吸收區(qū)域，其對(duì)應(yīng)于待記錄的數(shù)據(jù)頁的0和1數(shù)據(jù)位。在信號(hào)光 束已經(jīng)被傳播通過空間光調(diào)制器103之后，它攜帶著待記錄在全息介質(zhì) 106中的信號(hào)，即待記錄的數(shù)據(jù)頁。然后信號(hào)光束借助于透鏡105聚焦 在全息介質(zhì)106上。
參考光束RB也借助于第一望遠(yuǎn)鏡108聚焦在全息介質(zhì)106上。因此 數(shù)據(jù)頁以作為信號(hào)光束SB和參考光束RB之間干涉結(jié)果的干涉圖案的形 式記錄在全息介質(zhì)106里。 一旦數(shù)據(jù)頁已經(jīng)記錄在全息介質(zhì)106中，另 一個(gè)數(shù)據(jù)頁就被記錄在全息介質(zhì)106的同樣的位置。為此，對(duì)應(yīng)于該數(shù) 據(jù)頁的數(shù)據(jù)被發(fā)給空間光調(diào)制器103。第一偏轉(zhuǎn)器107被旋轉(zhuǎn)，以便修 改參考信號(hào)相對(duì)于全息介質(zhì)106的角度。第一望遠(yuǎn)鏡108用來在旋轉(zhuǎn)的 同時(shí)使參考光束RB保持在相同位置。因此利用不同圖案在全息介質(zhì)106 的相同位置記錄干涉圖案。這被稱為角度復(fù)用。記錄多個(gè)數(shù)據(jù)頁的全 息介質(zhì)106的相同位置被稱為書(book)。
可選地，輻射束的波長(zhǎng)可被調(diào)諧，以便在同一書中記錄不同的數(shù) 據(jù)頁。這被稱為波長(zhǎng)復(fù)用。其他類型的復(fù)用，比如移位(shift)復(fù)用 ，也可用于在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁。這樣的多路復(fù)用技術(shù)也在上 述引用的文件"Holographic Data Storage Sys terns"中描述。
在從全息介質(zhì)10 6讀出數(shù)據(jù)頁期間，使空間光調(diào)制器10 3成為完全 的吸收體(absorbent )，以至于光束的任何部分都不能通過空間光調(diào) 制器103。第一偏轉(zhuǎn)器107被去除，使得輻射源100所產(chǎn)生的穿過分束器102的光束經(jīng)由第一反射鏡109、半波片110和第二反射鏡111到達(dá)第二 偏轉(zhuǎn)器112。如果角度復(fù)用已經(jīng)被用來在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁， 并且給定數(shù)據(jù)頁將被讀出，那么第二偏轉(zhuǎn)器112以這樣的方式被設(shè)置 將其相對(duì)于全息介質(zhì)106的角度與用于記錄該給定全息圖的角度相同。 由第二偏轉(zhuǎn)器112偏轉(zhuǎn)并借助于第二望遠(yuǎn)鏡113聚焦在全息介質(zhì)106中 的信號(hào)因此是用來記錄該給定全息圖的參考信號(hào)的相位共軛。例如， 如果波長(zhǎng)復(fù)用已經(jīng)被用來記錄數(shù)據(jù)頁在全息介質(zhì)106中，并且給定數(shù)據(jù)
頁將被讀出，那么相同的波長(zhǎng)用于讀取該給定數(shù)據(jù)頁。
然后參考信號(hào)的相位共軛由信息圖案衍射，這創(chuàng)建重建的信號(hào)光
束，然后經(jīng)由透鏡105和第二分束器104到達(dá)檢測(cè)器114。這樣在檢測(cè)器 114上創(chuàng)建成像數(shù)據(jù)頁，并由所述檢測(cè)器114檢測(cè)。檢測(cè)器114包含像素 。盡管在一個(gè)具體實(shí)施方式
中每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)于成像數(shù)據(jù)頁的一個(gè)比 特，但在另一個(gè)具體實(shí)施方式
(在此為優(yōu)選的)中，檢測(cè)器114比成像 數(shù)據(jù)頁具有更多的像素，即，圖像由檢測(cè)器114過采樣(oversample) 。無論如何，成像數(shù)據(jù)頁應(yīng)當(dāng)以這樣的方式仔細(xì)地與檢測(cè)器114對(duì)齊 成像數(shù)據(jù)頁的一個(gè)比特或給定數(shù)目的比特緊密接觸(impinge)檢測(cè)器 114的對(duì)應(yīng)像素。
此刻，系統(tǒng)中存在許多的自由度，以便成像數(shù)據(jù)頁并不總是仔細(xì) 地與檢測(cè)器114對(duì)齊。例如，全息介質(zhì)106在重建信號(hào)光束的軸線垂直 的方向相對(duì)于檢測(cè)器114的移位導(dǎo)致平移偏差(misalignment)。全息介 質(zhì)106或檢測(cè)器114的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致成像數(shù)據(jù)頁和檢測(cè)器114之間的角度誤 差。全息介質(zhì)106在平行于重建信號(hào)光束軸線的方向相對(duì)于檢測(cè)器114
移位導(dǎo)致誤差擴(kuò)大，這意味著成像數(shù)據(jù)頁的比特(或給定數(shù)目的比特 )的大小不同于檢測(cè)器114像素的大小。
此外，如上所述，激光束在數(shù)據(jù)寫入期間和讀出期間的空間光學(xué) 強(qiáng)度波動(dòng)導(dǎo)致在讀出時(shí)在獲得的圖像中產(chǎn)生不想要的變化。另外，圖 像檢測(cè)器114不均勻的像素響應(yīng)增加了這些不想要的變化。另外，全息 介質(zhì)106可以不均勻地散射激光，使得圖像中的強(qiáng)度波動(dòng)更加嚴(yán)重得多 。這些變化使得校正比特檢測(cè)困難。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種重建單元115，用于從包含暗像素和 亮像素圖案的分離的棋盤形頁或從所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗 圖像(例如全部位具有比特值"O")和亮圖像(例如全部位具有比特值"1")，提供一種圖像校正單元116，用于使用所述重建的暗圖像和亮 圖像通過增益補(bǔ)償來校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁。因此，分別獲得 檢測(cè)器114的不均勻像素響應(yīng)補(bǔ)償和激光束波動(dòng)補(bǔ)償。
如果介質(zhì)在理想情況下各向同性地散射，那么一個(gè)暗圖像和一個(gè) 亮圖像將足以校正從介質(zhì)106讀出的全部數(shù)據(jù)頁。然而實(shí)際上，介質(zhì)106 整個(gè)介質(zhì)體積上并不各向同性地散射，并且需要更經(jīng)常地取回這些暗 圖像和亮圖像以補(bǔ)償各向異性散射。這導(dǎo)致用于用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間 減少，因此減少數(shù)據(jù)密度。
為了減少暗頁和亮頁的數(shù)目，更進(jìn)一步地建議將兩頁交錯(cuò) (interleave)為一 (指定提供的)頁，其與數(shù)據(jù)頁一起存儲(chǔ)在介質(zhì)106 上，然后被分別地讀出并用于圖像校正，或者以便直接地從已檢測(cè)的 成像數(shù)據(jù)頁取回所述兩頁。完整的亮頁和完整的暗頁將在重建單元中 由其重建，并且這些重建的暗頁和亮頁然后被用于增益補(bǔ)償圖像校正 單元116中的用戶數(shù)據(jù)頁。因此減少了亮像素值和暗像素值的波動(dòng)。這 改進(jìn)了比特識(shí)別，因此改善了比特誤差率(BER)。
圖2顯示從棋盤形頁中重建根據(jù)本發(fā)明第一具體實(shí)施方式
的暗圖 像和亮圖像，其中暗像素和亮像素(或單一的黑像素和白像素)塊在 整體棋盤形頁上交替地排列("交錯(cuò)")成(優(yōu)選地周期性的)圖案。 在讀出和去交錯(cuò)(de-interleaved)期間測(cè)量暗像素和亮像素，并且通 過插值獲得丟失的信息。圖2左側(cè)部分顯示在圖像中的一行中交錯(cuò)的暗 像素和亮像素。在去交錯(cuò)(右部)之后，通過插值重建丟失的暗像素 和白像素。圖3中示意性地顯示所述將棋盤形頁200去交錯(cuò)成暗圖像210 和亮圖像220。
幾種方法可用于插值，比如線性插值或使用樣條(spline)的插值 。插值的準(zhǔn)確度取決于棋盤上小方格的大小棋盤上小方格越小插值 越好。在棋盤上小方格大小，從而插值的準(zhǔn)確度，和之間存在權(quán)衡，以 及棋盤上小方格可以仍多么好地被識(shí)別為暗像素塊或亮像素塊。棋盤 的周期性圖案極大地有助于確定哪些像素塊是暗的，那些像素塊是亮 的。如果圖像的原點(diǎn)以及棋盤上小方格的取向和尺寸被指定(例如在 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中)，那么可以很精確地確定下一個(gè)像素塊的位置。
一旦暗圖像和亮圖像被重建，則它們;故用于通過增益補(bǔ)償來校正 數(shù)據(jù)圖像。首先從數(shù)據(jù)圖像中減去暗圖像，然后通過亮圖像將其劃分而規(guī)格化(normal ize)所得到圖像校正圖像-(原始圖像-暗圖像)/ (亮圖4象)。
當(dāng)全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是這樣以致于其僅要求每個(gè)書一個(gè)暗圖像和 一個(gè)白圖像時(shí)，所述棋盤形圖案是極好的解決方案。每個(gè)書的通常頁 數(shù)(圖像數(shù))在幾百(~200 )的范圍之內(nèi)，因此僅一個(gè)棋盤形頁的開銷 可以忽略。然而，由于介質(zhì)缺陷，有可能必須分別為每個(gè)數(shù)據(jù)頁獲得 暗圖像和亮圖像。在這種情況下，對(duì)于200個(gè)數(shù)據(jù)頁將需要200個(gè)棋盤 形頁，導(dǎo)致不想要的大開銷。如根據(jù)本發(fā)明的另外的具體實(shí)施方式
建 議的那樣，該開銷可以通過直接從數(shù)據(jù)頁本身提取暗圖像和亮圖像而 實(shí)際上被消除，因?yàn)樵趫D像自身中嵌入了關(guān)于圖像的變化的信息。
用于圖l中所示的光全息設(shè)備中的根據(jù)該具體實(shí)施方式
的重建單 元115的具體實(shí)施方式
如圖4所示。其中，在一些迭代步驟中完成提取 暗頁和白頁。
第一，在像素值確定單元301中，檢測(cè)出已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的像 素比特值，特別是由切分器電平檢測(cè)進(jìn)行確定。因此盡可能好地確定 出哪些像素是亮的哪些像素是暗的，如同圖5中所示的由已檢測(cè)的成像 數(shù)據(jù)頁400的的交叉陰影線(cross-hatched)塊D和白色塊W。 一旦完 成確定，在暗圖像和亮圖像確定單元302中，通過僅僅考慮已經(jīng)被賦予 第一比特值(例如"0")的像素從圖像中提取出暗圖像，并且類似地， 通過僅僅考慮已經(jīng)被賦予第二比特值(不同于第一比特值，例如"r') 的像素從圖像中提取出亮圖像。
然而，在第一迭代步驟中，通過所述像素值確定單元301可能錯(cuò)誤 地確定一些像素，如圖5所示，其中EW表示錯(cuò)誤地確定的亮像素而ED表 示錯(cuò)誤地確定的暗像素。為了防止這些比特誤差通過迭代過程傳播， 對(duì)一組亮像素(或暗像素)進(jìn)行平均，以便全部亮(或暗)像素具有 相同的值，并極大地減少錯(cuò)誤的像素值的影響。這在圖像處理單元303 中完成，優(yōu)選地通過對(duì)構(gòu)造的亮(或暗)圖像進(jìn)行低通濾波，比如通 過平均4*4的像素組。這樣創(chuàng)建的暗圖像和亮圖像用于校正數(shù)據(jù)圖像， 特別是使用所述圖像校正單元116進(jìn)行校正。
然后在檢查單元304中，檢查是否已經(jīng)滿足預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)。例如， 這種停止標(biāo)準(zhǔn)分別可以是預(yù)定迭代數(shù)、預(yù)定比特誤差率或預(yù)定截止頻 率或所述區(qū)域的尺寸。例如，繼續(xù)迭代直到設(shè)備的誤差校正(未顯示)可以處理剩余的比特誤差。
如果已經(jīng)滿足預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)，那么對(duì)應(yīng)的信號(hào)被反饋回圖像校正
單元116，從而將校正的圖像用作最終圖像并將其輸出。
如果預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)還沒有滿足，那么由于期望更少的比特誤差， 對(duì)應(yīng)的信號(hào)被饋送到參數(shù)設(shè)置單元305，以增加下一迭代步驟中低通濾 波器的截止頻率(例如在3x3的像素組上平均)。此外，亮圖像和暗圖 像被重建并應(yīng)用于數(shù)據(jù)圖像。與棋盤形圖案方法相比，由于迭代過程 而導(dǎo)致該方法要求更多時(shí)間，但它極大地減少了開銷。
上述步驟被迭代地執(zhí)行，直到所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)滿足為止。 根據(jù)另一個(gè)相當(dāng)類似的具體實(shí)施方式
，重建單元115通常具有相同 的單元，但圖像處理單元303適于直接選擇所述已檢測(cè)地成像數(shù)據(jù)頁 400的所述區(qū)域F。特別地，圖像處理單元303直接選擇所述暗圖像和所 述亮圖像的區(qū)域，對(duì)選作暗像素的所述區(qū)域中的像素的比特值進(jìn)行平 均并且對(duì)選作亮像素的所述區(qū)域中的像素的比特值進(jìn)行平均，從而獲 得平均暗圖像和平均亮圖像，然后用于校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁 。此外，如果還沒有滿足所述預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)，那么參數(shù)設(shè)置單元305適 于改變由所述圖像處理單元303使用的所述暗圖像和所述亮圖像中的 所述區(qū)域的尺寸和/或位置。其他全部步驟和單元與上面參照?qǐng)D4所說 明的具體實(shí)施方式
中的步驟和單元相同或至少相當(dāng)。
優(yōu)選地，檢查單元適于檢查在已校正的成像檢測(cè)數(shù)據(jù)頁中比特誤 差率是否已經(jīng)增大，以及參數(shù)設(shè)置單元305分別地適于在所述比特誤差 率已經(jīng)減少的情況下提高截止頻率或減少所述區(qū)域的尺寸，而在所述 比特誤差率已經(jīng)增加的情況下降低截止頻率或增大所述區(qū)域的尺寸。
圖6中所示的流程圖也表示本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方式
的主要步 驟。在第一步驟S1中，確定數(shù)據(jù)圖像中哪些像素是亮的，哪些像素是 暗的。然而，其中一些像素被錯(cuò)誤地確定為暗的或亮的。然后，在步 驟S2中，在數(shù)據(jù)圖像中確定例如6 x 6的像素組。在該組中，全部已確 定的亮像素的平均值在步驟S3中獲得，并且該值被指派給亮圖像中對(duì) 應(yīng)的6 x 6像素中的每一個(gè)像素。完成該平均或低通濾波(平均窗口-6x6 )，以減少錯(cuò)誤確定的像素的影響程度(contribution)。在步驟S4 中對(duì)暗像素重復(fù)進(jìn)行類似的過程。這樣，暗圖像和亮圖像被創(chuàng)建，隨 后(步驟S5)用于規(guī)格化(校正)數(shù)據(jù)圖像。下一步回到第一步S1:再次確定哪些像素是亮的，哪些像素是暗 的。如果比特誤差率足夠低，這在步驟S6中進(jìn)行檢查(在第一迭代中 不考慮)，或者換言之，誤差校正方案可以處理比特誤差，那么迭代 將被停止(步驟S7)。否則，根據(jù)步驟S3和S4中的不同的平均窗口創(chuàng) 建新的暗圖像和亮圖像。如果現(xiàn)在比特誤差率較高，那么也可能選擇 更大的平均窗口 (例如8x8像素)，即更低的截止頻率。如果比特誤差 率較低(較好)，那么選擇更較小的平均窗口 (例如5x5或""象素) 。所以，在這個(gè)具體實(shí)施方式
中，平均窗口或截止頻率使其自身適應(yīng) 比特誤差率。
盡管在附圖和上述說明中詳細(xì)地圖示說明和描述了本發(fā)明，但這 種圖示和描述應(yīng)認(rèn)為是說明性的或示例性的，而不是限制性的；本發(fā) 明不局限于所公開的具體實(shí)施方式
。通常，本發(fā)明所基于的思想不僅 可以應(yīng)用于全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，而且可以應(yīng)用于圖像處理要求平場(chǎng)(flat fielding)和暗電流校正的其他領(lǐng)域。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)對(duì)附圖、說明書和所附權(quán)利要求的研
他變化。
在權(quán)利要求書中，詞語"包含"不排除其他的元件或步驟，并且不 定冠詞"一"或"一個(gè)"不排除多個(gè)。單個(gè)單元可完成權(quán)利要求書中所引 用幾項(xiàng)功能。只不過事實(shí)在于，在相互不同的從屬權(quán)利要求中引用的 某些手段不表示這些手段的組合不能被用于取得優(yōu)勢(shì)。
計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)/分配在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，比如光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì) 或與其他硬件一起使用或作為其他硬件一部分的固態(tài)介質(zhì)，但是也可
以其他形式分布，比如通過因特網(wǎng)或其他的有線或無線的遠(yuǎn)距離通信 系統(tǒng)。
權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)范圍的限制。
權(quán)利要求
1.光全息設(shè)備，用于讀出記錄在全息記錄介質(zhì)(106)中的數(shù)據(jù)頁，所述設(shè)備包含圖像形成裝置(104，105)，用于形成成像數(shù)據(jù)頁；圖像檢測(cè)裝置(114)，用于檢測(cè)所述成像數(shù)據(jù)頁；重建裝置(115)，用于從分離的包含暗像素和亮像素的圖案的棋盤形頁(200)中或者從所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁(400)中重建暗圖像和亮圖像；以及圖像校正裝置(116)，用于使用所述重建后的暗圖像和亮圖像通過增益補(bǔ)償來校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的光全息設(shè)備，其中所述圖像校正裝置(116)適于從已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中減去 暗圖像以及由所述亮圖像劃分所得到的圖像，以獲得校正后的圖像數(shù) 據(jù)頁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的光全息設(shè)備，其中所述重建裝置(115)適于通過在所述棋盤形頁中測(cè)量所述暗 像素和亮像素以及通過在所述測(cè)量的暗像素和亮像素之間內(nèi)插丟失的 像素，從包含暗像素和亮像素的圖案的分離的棋盤形頁(200 )中重建 暗圖像和亮圖像，以獲得完整的暗圖像和亮圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的光全息設(shè)備，其中所述棋盤形頁(200 )包含規(guī)律的暗像素和亮像素圖案。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的光全息設(shè)備， 其中所述重建裝置(115)包含像素值確定單元(301)，用于確定已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的像素的 比特值，特別是通過切分器電平檢測(cè)進(jìn)行確定，暗圖像和亮圖像確定單元(302 )，用于通過僅選擇具有第一比特 值的像素作為暗像素來確定暗圖像，以及用于通過僅選擇具有不同于 第一比特值的第二比特值的像素作為亮像素來確定亮圖像；圖像處理單元(303 )，用于對(duì)所述暗圖像和所述亮圖像進(jìn)行低通 濾波，所述經(jīng)過低通濾波的暗圖像和所述經(jīng)過低通濾波的亮圖像用于 校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁；檢查單元(304 )，用于檢測(cè)是否已經(jīng)滿足預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)；以及 參數(shù)設(shè)置單元(305 )，用于在還沒有滿足所述預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)的情況下，改變由所述圖像處理單元低通濾波所述暗圖像和所述亮圖像而使用的截止頻率，其中，所述暗圖像和亮圖像的所述重建交互地進(jìn)行，直到所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)滿足為止。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的光全息設(shè)備， 其中所述重建裝置(115)包含像素值確定單元(301)，用于確定已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的像素的 比特值，特別是通過切分器電平檢測(cè)進(jìn)行確定，暗圖像和亮圖像確定單元(302 )，用于通過僅選擇具有第一比特 值的像素作為暗像素來確定暗圖像，以及用于通過僅選擇具有不同于 第一比特值的第二比特值的像素作為亮像素來確定亮圖像；圖像處理單元(303 )，用于選擇所述暗圖像和所述亮圖像的區(qū)域平均所述被選擇作為亮像素的區(qū)域中的像素的比特值以得到被用于校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的平均暗圖像和平均亮圖像；檢查單元(304 )，用于檢查是否已經(jīng)滿足預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)；以及 參數(shù)設(shè)置單元(305 )，用于在還沒有滿足所述預(yù)定停止標(biāo)準(zhǔn)的情況下，改變由所述圖像處理單元使用的所述暗圖像和所述亮圖像中的所述區(qū)域的尺寸和/或位置，其中所述暗圖像和亮圖像的所述重建交互地進(jìn)行，直到已經(jīng)滿足所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為止。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的光全息設(shè)備，其所述檢查單元(304 )適于檢查在已校正的成像檢測(cè)數(shù)據(jù)頁中比 特誤差率是否已經(jīng)增大，以及其中所述參數(shù)設(shè)置單元(305 )適于如果 所述比特誤差率已經(jīng)減少則相應(yīng)地提高截止頻率或減少所述區(qū)域的尺 寸，以及如果所述比特誤差率已經(jīng)增加則相應(yīng)地降低截止頻率或增大 所述區(qū)域的尺寸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的光全息設(shè)備，其中檢查單元(304 )適于分別地將預(yù)定迭代數(shù)、預(yù)定比特誤差率 或預(yù)定截止頻率或所述區(qū)域的尺寸用作所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。
9. 電子設(shè)備(117)，用于如權(quán)利要求l中所限定的用于讀出記錄 在全息記錄介質(zhì)(106)中的數(shù)據(jù)頁的光全息設(shè)備中，其中所述光學(xué)設(shè) 備全息設(shè)備包含用于形成成像數(shù)據(jù)頁的圖像形成裝置(104、 105)和 用于檢測(cè)所述成像數(shù)據(jù)頁的圖像檢測(cè)裝置(114)，所述電子設(shè)備包含重建裝置(115),用于從分離的包含暗像素和亮像素的圖案的棋 盤形頁中或者從所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗圖像和亮圖像，以 及圖像校正裝置(116)，用于使用所述重建后的暗圖像和亮圖像通 過增益補(bǔ)償來校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁。
10. 用于讀出記錄在全息記錄介質(zhì)(106)中數(shù)據(jù)頁的方法，所述 方法包含步驟形成成像數(shù)據(jù)頁， 檢測(cè)所述成像數(shù)據(jù)頁，從包含暗像素和亮像素的圖案的分離的棋盤形頁中或從所述已檢 測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗圖像和亮圖像，以及使用所述重建的暗圖像和亮圖像通過增益補(bǔ)償來校正所述已檢測(cè) 的成像數(shù)據(jù)頁。
11. 用于如權(quán)利要求l中所限定的用于讀出記錄在全息記錄介質(zhì)( 106)中的數(shù)據(jù)頁的光全息設(shè)備中的方法，其中所述光學(xué)設(shè)備全息設(shè)備 包含用于形成成像數(shù)據(jù)頁的圖像形成裝置(104、 105)和用于檢測(cè)所 述成像數(shù)據(jù)頁的圖像檢測(cè)裝置(114)，所述方法包含步驟從包含暗像素和亮像素的圖案的分離的棋盤形頁中或從所述已檢 測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗圖像和亮圖像，以及使用所述重建的暗圖像和亮圖像通過增益補(bǔ)償來校正所述已檢測(cè) 的成像數(shù)據(jù)頁。
12. 計(jì)算機(jī)程序，包含當(dāng)所述計(jì)算^L程序在計(jì)算才幾上運(yùn)行時(shí)，用 于使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求10或11所述方法的步驟的程序代碼裝置
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于讀出記錄在全息記錄介質(zhì)(106)中的數(shù)據(jù)頁的光全息設(shè)備和對(duì)應(yīng)的方法。為了改進(jìn)比特誤差率，提供一種用于從分離的包含暗像素和亮像素的圖案的棋盤形頁中或者從已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁中重建暗圖像和亮圖像的重建裝置(115)，以及提供一種用于通過使用所述重建后的暗圖像和亮圖像進(jìn)行增益補(bǔ)償以校正所述已檢測(cè)的成像數(shù)據(jù)頁的圖像校正裝置(116)。
文檔編號(hào)G11B7/13GK101517645SQ200780036122
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者F·J·P·舒爾曼斯, F·M·H·克羅姆普沃茨 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司