专利名称：全息再生图像处理设备和处理方法
技术领域：
本发明涉及全息再生图像处理设备和全息再生图像处理方法。
背景技术：
全息图用于信用卡、身份证等的验证，因为全息图可显示为这些物体的立体图像。实践中，广泛利用了具有使用干涉膜记录表面不规则性的模压全息图。然而，模压全息图存在它们容易被伪造的问题。相反，难以伪造通过将干涉膜记录为膜内部的折射率的差而获得的李普曼全息图。原因在于需要先进技术制作要记录的图像，并且难以获得记录材料。根据全息图制作方法，李普曼全息图被分为通过使用激光照射物体来获得的激光全息图和基于从多个视点获得的视差图像来记录的全息立体图。通常，李普曼全息立体图的制作过程包括内容生成步骤、全息原版片生成步骤和复制(批量制造)步骤，该内容生成步骤包括诸如图像的获取和获取图像的编辑的处理。通过将物体成像或使用计算机制图技术来获取图像。在图像编辑步骤获得的多个图像中的每个均转换成使用例如柱状透镜的矩形图像。将图像的物体光束和参照光束之间产生的干涉条纹作为全息元件顺序地记录在全息记录介质上以生成原版片。该全息记录介质紧贴原版，通过激光照射从而复制全息图。该全息图包括矩形全息元素，该矩形全息元素是通过从在水平方向上顺序对准的不同观察点对物体进行成像而获得的图像信息碎片并且在水平方向顺序地记录。当人用双眼观察该全息图时，由左眼和右眼分别观察到的二维图像彼此略微不同。因此，观察者感觉到视差，从而再现三维图像。本申请人提出全息图复制设备和方法，其允许在复制全息图的同时在将全息图上记录附加信息。当观察使用该方法复制的全息图时，可根据视角再生基于全息记录的字符信息和条码信息。例如，记录有全息图像的标签可粘附在产品上，并且可读取从该标签上再生的全息图像。可处理该再生的全息图像以用于验证。被读作二进制数据的信息(诸如序列号或条形码)经常记录为该类型的全息图像。经常期望提供全息再生图像，使得该图像不仅能被人眼感知，而且也能被成像设备光电转换成机器可读取的格式。然而，由于用于再生的激光的稳定性和记录材料的收缩性，全息再生图像会受到亮度变化，并且因此当读取图像时会发生错误。根据JP-A-2006-343702(专利文件1)中公开的技术，作为这种问题的解决方案，用于再生的参照光束在包括参照光束入射角的某个角度范围内连续移动，从而连续地生成再生全息图像。使用上述获得的多个再生信号收集各个像素的峰值以生成一个再生图像。
发明内容
根据专利文件1公开的方法，通过投射以各种方式投射的再生参照光束获得多个再生图像，并将这些图像处理成一个再生图像。因此，该方法具有涉及花费长时间执行的复杂的处理过程。该方法不适于在短时间内处理多个全息图像。
因此，期望提供一种全息再生图像处理设备和处理方法，其涉及能在短时间内进行的处理，并且允许在抑制亮度变化的影响时读取全息图像。本发明的一个实施方式旨在提供一种全息再生图像处理设备，包括检测部，检测在全息再生图像中与该图像具有亮度变化的方向大致正交的方向上延伸的区域中多个像素的亮度，以及图像处理部，根据从检测部提供的亮度信息校正亮度变化。本发明的另一个实施方式旨在提供一种全息再生图像处理方法，包括以下步骤检测全息再生图像中与该图像具有亮度变化的方向大致正交的方向上的区域中的多个像素的亮度；以及根据进行检测时获得的亮度信息校正亮度变化。根据本发明的实施方式，在校正图像的亮度变化之后对全息再生图像进行二值化。因此，可适当地进行二值化处理。此外，不需要处理多个图像的信息以将这些图像合成一个图像，因此可高速执行图像处理。
图1是示出可使用根据本发明的实施方式的技术的成像设备的示例性结构的示意图；图2是用于说明全息再生图像的示意图；图3是示例性全息再生图像处理设备的框图；图4是用于说明全息图像中的模糊的示意图；图5是用于说明示例性后处理的示意图；图6A和图6B是用于说明示例性后处理的示意图；图7是用于说明通过该处理获得的全息再生图像的示意图；以及图8是示例性全息再生图像处理设备的框图。
具体实施例方式现在将描述本发明的实施方式。将以所列顺序描述以下项目。<1.第一实施方式〉<2.第二实施方式><3.变形例 >以下描述的实施方式是根据本发明的优选实施方式，并且一些技术性优选的限定结合于此，但是除非另有限定，本发明的范围不限于这些实施方式。<1.第一实施方式>[全息成像设备]如图1所示，使用来自诸如LED (发光二极管)的光源2的参照光束照射全息图记录介质(例如，用于记录李普曼(Lipman)全息图的介质)1。再生记录在全息图记录介质1上的图像，并且成像设备3对再生图像进行成像。例如，全息记录介质1放置在水平面上，且参照光束关于该表面的法线的入射角与该法线和成像设备的光轴所定义的角度之间的关系保持与在记录时这些角度之间的关系相等。箭头Y表示全息再生图像的垂直方向。图1中所示的元件的布置示意性地表示本实施方式所要求的最小设置。可使用多个LED作为该光源2，并可提供诸如透镜的光学元件。
例如，通过对信息进行编码而生成的图像，例如，一维条形码、二维条形码(例如，QR编码(注册商标))、诸如序列号的数字或文字等记录在全息记录介质1上。通过成像设备3获得的全息再生图像可由于光源2的稳定性和记录材料的收缩性而具有亮度变化。图2示出了由成像设备3获得的QR编码(注册商标)的全息再生图像。QR编码具有方形或当在水平方向X和垂直方向Y上计数时具有相同的像素数。以相关标准规定该编码的图案和像素数量。图2示出了存在QR编码的一个图像的一部分。如图2所示，在图1所示的条件下再生的全息再生图像的特征在于，由于全息再生条件，它在Y方向具有亮度变化。换句话说，当照明光具有均勻的亮度分布时，位于在水平方向上延伸的每条线上的多个像素之间几乎没有亮度变化。考虑这种特性检查每条线上的多个像素的亮度分布，基于亮度分布为该线设定二值化的阈值。利用上述设定的阈值二值化在该线上的多个像素。该照明光的亮度分布的校正不限于在每条线上实现，并且这种校正可同时在由每条线的多个像素形成的区域中或在一个图像的细分的块中进行。[示例性成像处理设备]现在将参考图3描述示例性成像处理设备。通过成像设备3获得的全息再生图像11供给至锐化处理部12。例如，该全息再生图像11的一个像素表示8位数字图像数据。该8位数字图像数据的级范围从级0到级255。例如，当印有二进制(黑色和白色)QR编码的材料合适地曝光并拍摄时，黑色像素变成略高于级0 (对应于暗灰色的级)的级，白色像素变成略低于级255(对应于明灰色的级)的级。然而，由于全息图所特有的亮度变化和模糊，该全息再生图像11不必具有这种级。通过例如在可移除的记录介质中记录全息再生图像并将该记录介质插入在图像处理设备中，将全息再生图像供给至图像处理设备。该图像处理设备的每个块可基于硬件实现。通过在微处理器上安装程序，该图像处理设备可选地作为软件处理实现。此外，该设备可以硬件处理和软件处理的混合形式实现。可选地，原始图像可通过该成像设备3获得，并且原始图像可由该图像处理设备处理。仍可选地，根据JPEG由该成像设备3压缩的图像信号可由图像处理设备进行解码和处理。虽然未示出，但是诸如液晶显示器的显示器设置为显示图像处理所需的数据和处理结果。锐化处理部11进行抑制图像的模糊的处理。例如，在记录有QR编码的全息记录介质1的再生之前，使用同一再生设备生成用于校准的全息图像。用于校准的全息图像是记录在具有与全息记录介质1相同特性的全息记录介质上的图像，用于校准的图像包括在与记录有QR代码的区域对应的区域中取代QR编码所设置的点图像。例如，该点图像是具有由一个像素构成的高亮度(例如，最大值为255)的图像。可选地，用于记录用于校准的点图像的区域可设置在记录有QR编码的全息图上，并且该区域可与全息图同时记录。在点图像可记录在全息图上时，可以用高亮度(例如，SLM能显示的最大亮度)显示包括在全息记录光学系统中的空间光调制器(SLM)的一个像素。通过图1所示的再生(读取)设备来再生该用于校准的全息图。在用于校准的全息再生图像中，该点图像散布在与其中由于模糊记录图像的像素相邻的多个像素中。图4表示代表模糊的PSD(点散布函数)的实例。由于PSF表示在图像平面上的点图像的散布和级，所以其可作为模糊函数(传递函数)。这种模糊包括与全息再生条件相关的全息图特有的模糊和源于成像透镜的模糊。
预先制作没有模糊的点图像，并且该图像的位置和级已知。可识别介入在没有模糊的点图像与模糊图像之间的模糊函数。例如，该模糊函数由二维数字滤波器来表示。因此，通过将模糊图像经过逆滤波器(为数字滤波器的反向)可将模糊图像转换成没有模糊的图像。如上所述获得的逆滤波器的系数存储在设置在锐化处理部12中的存储装置中(其优选为非易失性存储器)。当该再生系统或全息记录介质发生变化时，重复上述调整。用于校准的全息图像的使用包括记录在其中的点图像允许根据实际使用的全息再生系统高精度地获得模糊函数。此外，模糊函数可近似为诸如二维对称高斯函数的函数。锐化处理部12可抑制全息再生图像中的模糊。从锐化处理部12输出的信号供给至模糊处理部13。该模糊处理部13是一维或二维数字低通滤波器。在该图像经过该锐化处理被转换成全息再生图像之后，用于记录全息图像的空间光调制器的像素之间的边界会变得明显。进行模糊处理以保持该边界不明显。从该模糊处理部13输出的信号供给至阈值计算部14。该阈值计算部14计算将用在设置在其下游的二值化部15中的阈值。由于如上所述全息再生图像在Y方向上具有亮度变化，所以计算例如在与Y方向正交的X方向上的每条线的阈值。首先，获取在每条线上的多个像素的值的频率分布。由此获得的多个像素的值的频率分布(直方图)包括两种类型的峰值，即，对应于黑色或暗灰色的级的低级，和对应于白色和明灰色的级的高级。使用直方图进行诸如所谓的判别分析法的方法以确定最优阈值。具体地，在每个频率分布中识别使用作为阈值的每个亮度值所定义的白色和黑色的级变化，并且识别频率分布之间的相似变化。将每个频率分布中的变化率最小化为该频率分布之间的变化的亮度值被确定为最优阈值。对每条线进行该处理以适合地且自动地确定该线的阈值。可使用除判别分析法之外的方法确定该阈值。对每条线类似地计算阈值，且将每条线的阈值存储在存储部中。如果在关注的线之间的亮度变化没有显著不同，则可对在多条线上的延伸每个区域计算阈值来代替为每条线计算阈值。当记录一维条形码的图像时，由于图像的亮度仅在水平方向变化，可针对在多条线上的延伸图像的每个区域计算阈值。此外，可选地对图像的每个块计算阈值，该块具有等于一条线的等分尺寸的水平尺寸和等于多条线的垂直尺寸。可通过也在水平方向上分割关注的区域来适当地处理照明光源亮度的显著变化。二值化部15连接至阈值计算部14。在二值化部15，使用由阈值计算部14计算的阈值来二值化每个像素的值。从二值化部15输出由高级或低级的值表示每个像素的二值化信号。该二值化信号供给至后处理部16。该后处理部进行形态处理，例如，从而去除包括在二值化图像的白色区域中的黑色部分。现在将参照图5、6A和6B描述后处理部16进行的处理。该处理包括所谓的膨胀处理和收缩处理。如图5的中央所示，假设具有高亮度的矩形图像Pl包括黑色区域Ql (阴影区域)。图像Pl在图中向右膨胀一个像素形成图像P2，向左膨胀一个像素形成图像P3。此外，图像Pl在图中向上膨胀一个像素形成图像P4，向下膨胀一个像素形成图像P5。接下来，通过膨胀获得的四个图像P2至P5是通过逻辑或(OR)计算的。如图6A所示，通过逻辑或(OR)运算获得图像P11。此外，如图6B所示，向内收缩原始图像Pll使得黑色区域Ql被图像Pl中的边界之外的像素填充，从而形成处理图像P12。如此描述，从由高亮度像素形成的全息再生图像的区域中去除低亮度的点等。作为上述图像处理的结果，如图2所示的具有亮度变化的QR编码的图像转换成如图7所示的没有亮度变化的图像。从后处理部16输出的图像数据供给至解码处理部17。该解码处理部17将全息再生图像的信息进行解码并将该解码信息输出到输出端子18。例如，解码处理部17对QR编码进行解码处理，并且解码的数据被输出到输出端子18。该解码处理部17生成表示从其中去除亮度变化的全息再生图像的二进制数据，并且该部对二进制数据进行解码。因此，可抑制解码错误。虽然通过实例已描述了该本实施方式应用于QR编码，但本技术在一维条形码或由数字和字母形成的序列号以全息图的形式记录并且其中根据机器读取使用通过对全息图进行成像而获得的图像数据的情况下也是有效的。<2.第二实施方式>现在将参照图8描述根据本发明的图像处理设备的另一实例(第二实施方式)。使用图1所示的再生设备，并通过成像设备3获得全息再生图像。全息再生图像11供给至锐化处理部12以抑制图像中的模糊。从该锐化处理部12输出的数据供给至模糊处理部13。该锐化处理部12以与上述实施方式相同的方式利用包括记录有点图像的用于校准的全息图像获得模糊函数(滤波器)，从而获得用于校正模糊的逆滤波器。该全息再生图像经过逆滤波器以校正图像中的模糊。该模糊处理部13进行低通滤波，以使得在记录全息图时所使用的空间光调制器的像素边界不明显。从该模糊处理部13输出的信号供给至增益计算部21，并且从该增益计算部21输出的信号供给至增益处理部22。从该增益处理部22输出的信号通过后处理部16供给至解码处理部17。解码的数据从解码处理部17输出到输出端子18。例如，以与第一实施方式相同的方式，后处理部16进行去除包括在二值化图像的白色区域中的黑色部分的处理。该解码处理部17对全息再生图像的信息进行解码并将结果数据(例如，QR编码)输出到输出端子18。增益计算部21确定用于将每条线上的多个像素的亮度设定为适当值的增益，从而抑制该线的亮度变化。可选地，可对在多条线上延伸的每个区域或以对与第一实施方式的描述相同的方式形成的每个块计算该增益。术语“适当值”指与使用适当曝光获得的图像的亮度相似的亮度。相对于解码处理部17中的处理定义该适当曝光。
解码处理部17包括用于将输入图像信号进行二值化的二值化电路。该二值化电路处理在某个范围内具有适当值的数字信号。例如，当该解码处理部17的二值化电路处理具有8位亮度信息的图像时，用于在适当曝光下对高亮度的图像信号进行成像的条件是该信号具有约200的值，该值约为255的80%，或是以8位表示的最大亮度。增益计算部21和增益处理部22用于将输入到解码处理部17的图像信号的值调整为适当的曝光条件。该增益计算部21使用所谓的判别分析法将在每条线上的多个像素的值分为高级值分布和低级值分布。用于分类的阈值与用在解码处理部17的二值化电路中的阈值相同。计算高级(白色和明灰色的级)的平均值，并进行计算以识别用于将平均值转换成在适度曝光下获得的高级(例如200)的增益。对每条线计算的增益存储在存储部中。该增益处理部22将每个像素的值乘以由增益计算部21计算的增益。此时，为了阻止低级像素的值增加，仅将由通过二值化归类为高级的像素的值乘以该增益。此外，可计算低级像素的平均值，并可计算用于将平均值转化为适当的低级值的增益。低级像素的值
7可乘以该增益。此外，可计算在每条线上的所有像素的值的平均值，并可计算用于将平均值转换为适当值的增益。所有像素的值可乘以该增益。作为上述图像处理的结果，从全息再生图像中去除了亮度变化。因此，该解码处理部17可生成从其中已去除亮度变化的全息再生图像的二进制数据。因此，当对二进制数据进行解码时，可抑制解码错误。虽然在基于机器读取实现实施方式的前提下描述实施方式，但是该技术在应用于其中诸如全息记录的序列号的字符信息由人读取的情况下也是有效的，因为该技术可校正全息再生条件所导致的亮度变化。<3.变形例 >以上已经描述本发明的具体实施方式
，本发明并不限于这些实施方式，可进行各种更改。例如，当全息再生图像在水平方向上具有亮度变化时，可对通过在垂直方向上对准多个像素形成的每个像素组设定阈值，并对该像素组可选地设定增益。本发明包含于2010年6月30日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP2010-149571A中所公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。本领域的技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，均应包含在所附权利要求或其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种全息再生图像处理设备，包括检测部，检测全息再生图像中在与所述图像具有亮度变化的方向大致正交的方向上延伸的区域中的多个像素的亮度；以及图像处理部，根据从所述检测部提供的亮度信息校正所述亮度变化。
2.根据权利要求1所述的全息再生图像处理设备，其中，所述检测部对每个区域从所述区域中的所述多个像素的亮度分布确定用于二值化的阈值；所述图像处理部使用所述阈值进行二值化。
3.根据权利要求1所述的全息再生图像处理设备，其中，所述检测部计算用于将每个区域中的所述多个像素的亮度转换成适当值的增益；以及所述图像处理部将所述区域中的所述多个像素的值乘以所述增益以校正所述亮度变化。
4.根据权利要求3所述的全息再生图像处理设备，其中，所述增益被设定为使得所述全息再生图像在校正了亮度变化之后成为适度曝光的图像。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的全息再生图像处理设备，进一步包括锐化处理部，其中，产生和再生包括记录有点图像的用于调整的全息图像，从而允许基于所述再生的用于调整的全息图像预先确定由所述锐化处理部进行的锐化处理。
6.根据权利要求5所述的全息再生图像处理设备，其中，平滑处理部连接到所述锐化处理部，所述平滑处理部使得用于记录的空间光调制器的像素边界不明显。
7.一种全息再生图像处理方法，包括检测全息再生图像中与所述图像具有亮度变化的方向大致正交的方向上的区域中的多个像素的亮度；以及根据所述检测获得的亮度信息校正所述亮度变化。
8.根据权利要求7所述的全息再生图像处理方法，其中，在进行所述检测时，针对每个区域从所述区域中的多个像素的亮度分布确定用于二值化的阈值；以及在处理所述图像时，使用所述阈值进行二值化。
9.根据权利要求7所述的全息再生图像处理方法，其中，在进行所述检测时，计算用于将每个区域中的所述多个像素的亮度转换成适当值的增益；以及在处理所述图像时，将所述区域中的所述多个像素的值乘以所述增益以校正所述亮度变化。
全文摘要
本发明公开了全息再生图像处理设备和处理方法。该全息再生图像处理设备包括检测部，检测在全息再生图像中与该图像具有亮度变化的方向大致正交的方向上延伸的区域中多个像素的亮度；以及图像处理部，根据从该检测部提供的亮度信息校正亮度变化。
文档编号G06K9/54GK102393899SQ20111017173
公开日2012年3月28日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月30日
发明者吉村真一, 坂本一树, 白仓明, 马场茂幸 申请人:索尼信息技术股份有限公司, 索尼公司