JPH0773305A - 記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録媒体表面の凹凸の影響を受けた画像情報
から記録情報のみを効率よく抽出することができる記録
再生装置を提供すること。 【構成】 プローブ電極と記録媒体との間に物理的相互
作用により生じる信号を利用する記録再生装置におい
て、予め定められた予測パラメータを用いて、２次元の
画像データの画素の予測画素値を該画素の近傍の画素の
画素値から求め、該予測画素値を有する予測画素からな
る予測画像データを作成する予測手段と、画像データの
各画素値と予測画像データの各予測画素値とを用いて、
予測パラメータを最適化する学習手段と、学習手段で最
適化された予測パラメータを用いて、画像データの各予
測画素値を予測手段で再度求めることにより、２次元の
画像データを２値化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録再生装置とこの記
録再生装置に使用される画像処理装置に関し、特に、プ
ローブ電極を記録媒体に対して相対的に２次元走査させ
ながら、記録媒体に情報を記録するとともに、記録され
た情報を画像情報として再生する記録再生装置とこの記
録再生装置が再生した画像情報から記録された情報を抽
出する画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、記録装置におけるデータの記録容
量は益々大きくなる傾向がある。このような傾向におい
ては、記録単位の大きさが益々小さくなり、その密度が
更に高くなることが必須要件となる。例えば光記録によ
るディジタルオーディオディスクにおいては、記録単位
の大きさは１μｍ²程度にまで及んでいる。

【０００３】一方、最近物質表面の形状および表面近傍
の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（Sc
anning Tunneling Microscope；以下、ＳＴＭと略す）
が開発され、以下に示す利点を有することから、広範囲
な応用が期待されている。

【０００４】１．単結晶、非晶質を問わず実空間像の高
い分解能の測定ができる。

【０００５】２．記録媒体に電流による損傷を与えずに
低電力で観察できる。

【０００６】３．超高真空中のみならず大気中、溶液中
でも動作する。

【０００７】４．種々の材料に対して用いることができ
る。

【０００８】ＳＴＭは、プローブ電極（金属の探針）と
導電性物質の間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近
づけると両者の間にトンネル電流が流れることを利用し
ている。トンネル電流はプローブ電極と導電性物質との
間の距離変化に非常に敏感である。したがって、トンネ
ル電流あるいは両者の平均的距離を一定に保つような制
御を行いながら探針を面内方向に走査することにより実
空間の表面情報を得ることができる。この際、面内方向
の分解能は１０ｎｍ以下である。

【０００９】このＳＴＭの原理を応用し、記録媒体とし
て電圧−電流のスイッチング特性に対してメモリ効果を
持つ材料、例えば、π電子系有機化合物やカルコゲン化
物類の薄膜層等を用いれば記録単位が０．０１μｍ²以
下の情報記録が可能である。

【００１０】また、電子ビーム、光などの電磁波を用い
て媒体の表面形状態を変化させる手法を用いれば、その
ビームの集束度の限界などから記録単位は大きくなるも
のの、現状の光記録と同等の記録密度での情報の記録再
生を行うことができる。

【００１１】しかしながら、上述したＳＴＭの原理を応
用した従来の記録再生装置では、所定の面積を有する記
録媒体の表面（記録面）全体に渡って高密度な情報の記
録再生を行う場合には、記録面に存在する凹凸によっ
て、再生時の信号のＳＮ比や誤り率などが悪化するた
め、記録容量の高密度化の達成に大きな障害となってい
る。 記録媒体の表面の物理的な凹凸を低減させるため
の一方法として、マイカなどの劈開面にＡｕ薄膜を単結
晶成長させて平滑面とする方法を応用することができ
る。

【００１２】しかし、かかる方法による記録媒体では、
通常直径１０ｎｍ以下の記録ビットサイズと同程度の凹
凸が発生することは殆ど無いが、原子オーダーのステッ
プや尾根などがやはり存在する。この原子オーダーの凹
凸によって記録ビットの形状が変化して再生時の信号の
ＳＮ比や誤り率が低下するという問題は依然として残
る。

【００１３】この問題を解決するために、記録媒体に記
録された情報を画像情報として読み取った後に、読み取
った画像情報から記録情報のみを抽出する画像処理を行
うことが必要になる。例えば、あらかじめ記録ビットの
書き込まれていない記録媒体表面の状態を計測し、この
表面の状態と再生画像が示す表面の状態との差から記録
情報を判定することによって再生画像から記録ビットの
抽出を行うことが考えられる。

【００１４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来のＳＴＭの原理を応用した記録再生装置における記録
媒体の表面に存在する凹凸に起因する再生信号のＳＮ比
の低下および誤り率の増加という問題点を解決するため
に、上述したように、記録ビットの書き込まれていない
記録媒体の表面の状態を予め測定して記録前の画像を作
成しておき、再生画像と記録前の画像とを比較する場合
には、記録前の記録媒体の表面状態を記録媒体に記憶し
ておく必要があり、記録単位に必要な領域の表面の状態
を記憶するだけでも、当然のことながら、記録媒体の記
録単位以上の情報量が必要になり、記録に使用される記
録領域が大幅に制限され、媒体に情報を記録する意味が
なくなってしまう。

【００１５】本発明は、上述した従来技術が有する問題
点を鑑みてなされたものであって、記録媒体表面の凹凸
の影響を受けた画像情報から記録情報のみを効率よく抽
出することができる記録再生装置を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の記録再生装置
は、プローブ電極を記録媒体の記録面に対して相対的に
２次元走査した際に、該プローブ電極と記録媒体との間
に物理的相互作用により生じる信号を利用して該記録媒
体に情報を記録するとともに記録された情報を画像情報
として再生する記録再生装置において、予め定められた
予測パラメータを用いて、２次元の画像データの画素の
予測画素値を該画素の近傍の画素の画素値から求め、該
予測画素値を有する予測画素からなる予測画像データを
作成する予測手段と、画像データの各画素値と予測画像
データの各予測画素値とを用いて、予測パラメータを最
適化する学習手段と、学習手段で最適化された予測パラ
メータを用いて、画像データの各予測画素値を予測手段
で再度求めることにより、２次元の画像データを２値化
することを特徴とする。

【００１７】本発明の他の形態による記録再生装置は、
プローブ電極を記録媒体の記録面に対して相対的に２次
元走査した際に、該プローブ電極と記録媒体に物理的相
互作用により生じる信号を利用して該記録媒体に情報を
記録するとともに記録された情報を画像情報として再生
する記録再生装置において、予め定められた予測パラメ
ータを用いて、２次元の画像データの画素の予測画素値
を該画素の近傍の画素の画素値から求め、該予測画素値
を有する予測画素からなる予測画像データを作成する予
測手段と、画像データの各画素値と予測画像データの各
予測画素値とを用いて、予測パラメータを最適化する学
習手段と、学習手段で最適化された予測パラメータを用
いて、画像データの各予測画素値を予測手段で再度求め
ることにより、２次元の画像データを２値化することを
特徴とする。

【００１８】上記のいずれの記録再生装置においても、
予測手段による予測画像データの作成および学習手段に
よる予測パラメータの最適化は、記録の前に行われても
よく、 また、記録情報の記録または再生時以外のとき
に、記録されていない領域を用いて行われてもよい。

【００１９】具体的な構成例としては、予測手段によっ
て求められた各予測画素値と画像データの各画素値との
差の絶対値を計算し、該絶対値が所定のしきい値より小
さければ‘０’を、該絶対値が所定のしきい値より大き
ければ‘１’を画素値として持つ２値画像を作成する２
値画像作成手段と、２値画像作成手段で作成された２値
画像が格納される２値画像格納手段と、２値画像作成手
段で作成された２値画像の画素値が‘０’であれば画像
データの画素値を、２値画像の画素値が‘１’であれば
予測画像データの予測画素値を選択して合成画像を作成
したのち、該作成した合成画像を予測手段に出力する合
成画像作成手段と、からなる２値画像再構成手段を具備
し、予測手段は、合成画像作成手段から合成画像が入力
されると、２次元の画像データの代わりに該合成画像を
用いるとともに、学習手段で最適化された予測パラメー
タを用いて、新たな予測画像データを作成し、２値画像
作成手段は、予測手段で作成された新たな予測画像デー
タから新たな２値画像を作成し、２値画像再構成手段
は、２値画像格納手段に格納されている２値画像の画素
の値と２値画像作成手段で作成された新たな２値画像の
画素の値との論理和を求めて２値画像を再構成するとと
もに、２値画像作成手段から送られてくる２値画像のす
べての画素の値が‘０’のときに、再構成した２値画像
を外部に出力するものが挙げられる。

【００２０】

【作用】本発明の画像処理装置においては、学習手段で
得られる最適化された予測パラメータを用いることによ
り、記録後の画像データから記録前の画像データを予測
することができる。予測パラメータは、予測する画素の
値を予測する画素の周辺の画素の値から求める際の演算
パラメータとなるもので、記録媒体全ての領域に対して
有効とするものである。

【００２１】本発明においては、上記のような予測パラ
メータを用いて画素値を予測するので、記録媒体に記録
されたビットの抽出が効率よく行われる。

【００２２】２値画像作成手段で、記録後の画像データ
から予測した記録前の画像データを引くことにより、記
録後の画像データから予測した記録前の画像データとの
差を示す差データを得ることができるとともに、差デー
タを２値化することにより、求める記録情報（２値画
像）を得ることができる。

【００２３】ただし、予測した記録前の画像データが必
ずしも記録前の画像データと一致しているとは限らない
ため、２値画像作成手段で作成された２値画像を２値画
像格納手段に格納したのち、合成画像作成手段におい
て、２値画像作成手段で作成された２値画像の画素値が
‘０’であれば画像データの画素値を、２値画像の画素
値が‘１’であれば予測画像データの予測画素値を選択
して合成画像を作成することにより、記録前の画像デー
タに近付けた合成画像を作成する。続いて、予測手段
で、同様にして、合成画像データから記録前の画像デー
タを予測するとともに、２値画像作成手段で、合成画像
データから予測した記録前の画像データを引くことによ
り、記録後の画像データから予測した記録前の画像デー
タとの差を示す差データを得え、得た差データを２値化
することにより、２値画像を得る。このようにして得た
２値画像は、予測した記録前の画像データが記録前の画
像データと一致した場合には、すべての画素の値が
‘０’となるため、２値画像のすべての画素の値が
‘０’になるまで、以上の動作を繰り返す。

【００２４】また、前記動作の繰り返しごとに得られる
２値画像の各画素において、画素値が‘１’のものは情
報が記録された画素に対応するものであり、画素値が
‘０’のものは情報が記録されていない画素に対応する
ものである。したがって、前記動作が行われるたびに、
２値画像再構成手段で、２値画像格納手段に格納されて
いる２値画像の画素の値と２値画像作成手段で作成され
た新たな２値画像の画素の値との論理和を求めて２値画
像を再構成することにより、最終的に、記録情報に対応
した２値画像を得ることができる。

【００２５】本発明の記録再生装置においては、画像処
理手段が上述の画像処理装置と同様に構成され、学習手
段は、記録前の表面状態画像データを用いて、予測パラ
メータを最適化するので、記録前の表面状態画像データ
を記憶する必要なく、記録動作によって状態変化をおこ
した表面の領域が抽出されて２値化される。

【００２６】ただし、ここでも予測した記録前の表面状
態画像データが必ずしも記録前の表面状態画像データと
一致しているとは限らない。情報の記録単位である記録
ビットが書き込まれた記録ビット領域内部の画素の画素
値をその近傍の画素の画素値から予測する場合、その近
傍画素も記録ビット領域の内部にあるときには、予測手
段は予測画素値をその近傍の画素の画素値から予測して
いるため、このときの予測画素値は記録前の画素の画素
値とはならない。しかし、記録ビット領域の境界部分の
画素の画素値からは、記録前の表面状態画像データを予
測することができる。このような記録ビット領域を含む
表面状態画像データとその予測画像から、２値画像作成
手段は、記録前の表面状態画像データが予測できた境界
部分の画素値に‘１’を与えた画素からなる２値画像を
作成し、合成画像作成手段は、その境界部分を記録前の
表面状態画像データに置き換えた合成画像データを作成
する。この合成画像データを予測手段の入力画像として
上述の過程を繰り返すことにより、２値画像作成手段
は、記録ビット領域の新たにできる境界部分の画素値に
‘１’を与えた画素からなる２値画像を順次作成し、合
成画像作成手段は、新たにできる境界部分を記録前の表
面状態画像データに置き換えた合成画像データを順次作
成する。２値画像のすべての画素の値が‘０’になった
ときは、記録ビット領域の画素の画素値がすべて記録前
の表面状態画像データの画素の画素値に置き換わったと
きであり、２値画像再構成手段でこのときまでに得られ
た２値画像の画素の値の論理和をとることで記録ビット
領域が‘１’に対応した２値画像が得られる。

【００２７】走査制御手段および学習制御手段を設けた
記録再生装置においては、記録媒体の表面の一部が既に
記録に使用されていても、本装置が記録・再生動作を行
っていない空き時間を利用して、走査制御手段によって
任意に選び出された記録媒体の表面の複数の領域のなか
から、学習制御手段がこれらの差データと所定のしきい
値との大小比較をすることで未使用の領域を見つけ出す
ことができるので、この領域に対応する表面状態画像デ
ータの画素の画素値とその予測画素値を用いて予測パラ
メータの学習が随時行われる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例の記録再生装置の
構成を示すブロック図である。

【００２９】本発明の記録再生装置１０１の本体は、プ
ローブ電極１１６の微動を行う微動制御機構１１７およ
び記録媒体１１１の粗動を行う粗動制御機構１１２を支
持する構造体１１３と、構造体１１１が載置された大粗
動制御機構１１４と、大粗動制御機構１１４が載置され
た除震台１１５とからなる。

【００３０】構造体１１３は、各構造部分を支えるため
のものでインバー合金からなる。この構造体１１３の底
面に粗動制御機構１１２が取り付けられ、粗動制御機構
１１２上に記録媒体１１１が載置されている。記録媒体
１１１は、実際に情報が書き込まれるものであって、電
流−電圧のスイッチング特性に対してメモリ効果を持つ
スクアリリウム−ビス−６−オクチルアズレンをグラフ
ァイト基板上にラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ
法）を用いて８層累積したものである。なお、記録媒体
１１１は、初期状態では、非記録状態（オフ状態）にな
っている。粗動制御機構１１２は、弾性ヒンジを用いた
平行バネを有するものであり、記録媒体１１１の図示Ｘ
軸方向及びＹ軸方向への粗動制御を行うためのものであ
る。また、構造体１１３の上面内側には、プローブ電極
１１６は記録媒体１１１に対向するように微動制御機構
１１７が取り付けられている。プローブ電極１１６は、
情報の記録再生に用いられるものである。なお、プロー
ブ電極１１６は、記録再生の分解能を向上するために先
端を機械的研磨、電解研磨したタングステン針を用いて
いるが、プローブ電極１１６の材料はＰｔ−Ｉｒ、Ｐｔ
等でもよく、加工法もなんらこれに限定するものではな
い。微動制御機構１１７は、円筒型圧電素子からなり、
プローブ電極１１６を記録媒体１１１の面内方向（Ｘ，
Ｙ方向）および記録媒体１１１−プローブ電極１１６間
方向（Ｚ方向）に移動させるためのものである。通常の
動作時において、プローブ電極１１６の先端と記録媒体
１１１の表面との間隔は、トンネル電流が流れる程度の
ものとなっている。

【００３１】大粗動機構１１４は、微動制御機構１１７
および粗動制御機構１１２の制御範囲外の大きさの制御
を行うものである。除震台１１５は、外部の振動が記録
再生装置１０１に伝わることを防止して、外部の振動に
よる記録再生装置１０１の誤動作を防止するためのもの
である。

【００３２】記録再生装置１０１の電気および制御系
は、電圧印加装置１１９と、プローブ電流増幅器１２０
と、演算装置１２１と、ＸＹコントローラー１１８とか
らなる。

【００３３】電圧印加装置１１９は、情報を記録媒体１
１１へ記録、再生および消去を行うためのバイアス電圧
をプローブ電極１１６と記録媒体１１１との間に−１０
Ｖ〜＋１０Ｖの範囲の任意の大きさで与えるものであ
る。

【００３４】プローブ電流増幅器１２０は、プローブ電
極１１６に接続されているもので、バイアス電圧によっ
てプローブ電極１１６に流れるトンネル電流を検出し、
検出したトンネル電流を電圧信号に変換、増幅して演算
装置１２１に出力する。

【００３５】ＸＹコントローラー１１８は、微動制御機
構１１７および粗動制御機構１１２を制御し、プローブ
電極１１６を記録媒体１１１に対して任意に相対的に変
位させるためのものである。

【００３６】演算装置１２１は、プローブ電流増幅器１
２０の出力を入力するものであり、電圧印加装置１１９
とＸＹコントローラー１１８を制御する。演算装置１２
１は、ＸＹコントローラ１１８および電圧印加装置１１
９をそれぞれ制御するマイクロプロセッサ、プローブ電
流増幅器１２０から送られてくる電圧信号をデジタル変
換して量子化するＡ／Ｄ変換器、デジタル信号化したト
ンネル電流もしくはプローブ電極１１６のＺ方向移動の
ためにＸＹコントローラー１１８を介して微動制御機構
１１７に印加されている電圧を画素値とする再生画像を
格納し、この再生画像から記録ビット領域だけを抽出す
る画像処理装置からなる。

【００３７】本記録再生装置では、通常のＳＴＭの動作
に加え、記録媒体１１１上の空間の任意の位置にプロー
ブ電極１１６を移動させ、フィードバックを掛けた状態
でもあるいはフィードバックを切った状態でも−１０Ｖ
〜＋１０Ｖの範囲で任意の大きさのバイアス電圧を印加
することができる。

【００３８】本記録再生装置１０１の実際の記録・再生
動作については、ここでは詳細に述べないが、記録媒体
１１１への記録は、記録媒体１１１のメモリ効果が生じ
る電圧のしきい値よりも大きな＋１０Ｖの電圧を記録電
圧として記録媒体１１１に印加することによって行う。
メモリ効果が生じた領域は、記録電圧印加以後、しきい
値より低いバイアス電圧で、例えばＳＴＭにおけるコン
スタント・カレント・モードで再生を行った場合、上に
凸の画像となって表れるので記録情報（‘１’または
‘０’）の記録ビット（‘１’）に対応させることがで
きる。

【００３９】ところで、本実施例の記録再生装置１０１
では、前述したように、演算装置１２１の中に画像処理
装置が組み込まれている。記録情報の最小単位である記
録ビットは、上述のように、画像上では上に凸の領域と
なって表れるが、実際の画像では、さらに記録媒体表面
の凹凸の影響が重畳されている。本画像処理装置は、ト
ンネル電流値もしくはプローブ電極１１６のＺ方向変位
量に対応する値を画素値とする再生画像から、記録媒体
表面の凹凸の影響を避けるために一般のしきい値論理に
よる２値化とは異なる方式で記録情報を抽出し、この記
録情報を画素値とする記録ビット領域画像（２値画像）
を出力するものである。

【００４０】図２は、画像処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【００４１】画像処理装置に用いられる予測器２１２
は、２次元画像の各画素の値をその近傍の各画素の値か
ら予測するものであり、入力される入力画像と予測した
予測画像との比較から予測パラメータの調節を行う学習
機能を有している。まず、この予測器２１２について説
明する。図３は、この予測器２１２の学習過程を示す原
理図であり、図４は、学習過程の一実施例である。

【００４２】学習過程は、記録媒体１１１表面の凹凸を
学習するものであるから、記録ビットが書き込まれてい
ないことが必要であり、出荷時に微動制御機構１１７の
走査が及ぶ範囲の表面を用いて以下のようにして行われ
る。

【００４３】学習過程では記録再生装置１０１より得ら
れた再生画像３０２（ただし、上述のように出荷時の非
記録状態の表面の画像で、例えば図４（ａ）に示される
画像）予測器２１２の入力とする。例えば、予測器２１
２が適応ＡＲモデルで構成されているならば、調節され
る予測パラメータは線型係数であり、その調節方法は、
再生画像３０２と予測画像３０４との平均２乗誤差３０
５に基づく最急降下法で達成される。また予測器がニュ
ーラルネットワークで構成されているならば、調節され
る予測パラメータはユニット間の結合係数（ウェイト）
であり、その調節方法は、やはり再生画像３０２と予測
画像３０４との平均２乗誤差３０５に基づく最急降下法
で達成される。このような学習過程を経ることによっ
て、予測器２１２は図４に示すように、図４（ａ）に示
す入力画像に対して図４（ｂ）に示す予測画像を出力す
ることができ、それらの画素の差の絶対値４０３はある
範囲に納まることが期待できる。

【００４４】画像処理装置は、入力画像格納部２１１，
予測器２１２および予測画像格納部２１３からなる予測
部２１０と、絶対値回路２２１，比較回路２２２，出力
制限回路２２３，２２４および合成部２２５からなる画
素処理部２２０と、２値画像格納部２３１，２値画像合
成部２３２および画素値合計部２３３からなる画像再構
成部２３０とから構成される。

【００４５】入力画像格納部２１１は、記録再生装置１
０１からの再生画像または後述するように画素処理部２
２０から入力される合成画像を予測器２１２に出力する
入力画像として一旦格納するとともに、入力画像を構成
する各画素の値を順次画素処理部２２０の絶対値回路２
２１および出力制限回路２２３に出力する。予測器２１
２は、前述のように入力画像から予測した予測画像を予
測画像格納部２１３に出力する。予測画像格納部２１３
は、予測器２１２が予測した予測画像を一旦格納すると
ともに予測画像を構成する各画素の値を順次画素処理部
の絶対値回路２２１および出力制限回路２２４に出力す
る。

【００４６】絶対値回路２２１は、入力画像格納部２１
１からの入力画像の各画素と予測画像格納部２１３から
の予測画像の各画素の値の差、すなわち予測誤差を求
め、この予測誤差の絶対値を比較回路２２２に出力す
る。比較回路２２２は、絶対値回路２２１の出力である
差データの絶対値を予め設定されているしきい値と比較
し、差データの絶対値がしきい値より大きければ‘１’
を、小さければ‘０’を出力制限回路２２３，２２４と
画像再構成部２３０の２値画像格納部２３１および画素
値合計部２３３に出力する。出力制限回路２２３，２２
４は、入力端子，出力端子および出力制限端子の３端子
を持ち、出力制限端子の入力が‘１’であれば、入力端
子に入力をそのまま出力端子から出力し、出力制限端子
の入力が‘０’であれば、入力の値に関わらず出力端子
から何も出力しない回路である。出力制限回路２２３
は、入力画像格納部２１１からの入力画像の各画素の値
を入力端子に入力し、比較回路２２２の２値出力を出力
制限端子に反転入力し、出力を制限した各画素の値を合
成部２２５に出力する。出力制限回路２２４は、予測画
像格納部２１３からの予測画像の各画素の値を入力端子
に入力し、比較回路２２２の２値出力を出力制限端子に
そのまま入力し、出力を制限した各画素の値を合成部２
２５に出力する。合成部２２５は、出力制限回路２２３
および出力制限回路２２４の出力の各画素値を足し合わ
せて予測部２１０の入力画像格納部２１１に出力する。
したがって、この出力は、入力画像格納部２１１におい
て入力画像または予測画像の画素からなる合成画像を形
成する。

【００４７】２値画像格納部２３１は、比較回路２２２
の２値出力を１画像が構成されるまで格納し、この２値
を適当な読み出し速度で２値画像構成部２３２に出力す
る。なお、２値画像格納部２３１に格納する２値画像の
各画素値は、画像毎に新たに入力される画素値に更新す
る。画素値合計部２３３は、比較回路２２２の２値出力
が１画像を形成したときにこの１画像に含まれる‘１’
の画素数を計算し、‘１’の画素数が０になった場合、
２値画像構成部２３２に出力開始信号を出力する。２値
画像合成部２３２は、２値画像格納部２３１の２値出力
を格納する。格納する各画素の値は、新たに画素値が入
力される毎にこの入力された画素値と既に格納した値の
論理和をとったものに更新する。画素値合計部２３３か
らの出力開始信号を受けて、格納している２値画像を本
画像処理装置の最終的な出力画像である記録ビット領域
画像として出力する。

【００４８】次に、画像処理装置の動作について説明す
る。

【００４９】予測器２１２は、上述のように調節された
予測パラメータをもとに、入力画像に対して予測画像を
出力する。予測器２１２の入力画像は、初期値として記
録再生装置１０１からの再生画像が与えられる。

【００５０】絶対値回路２２１において入力画像と予測
画像との差（差データ）の絶対値が各画素毎に計算さ
れ、比較回路２２２においてこの差データの絶対値とし
きい値の大小関係が調べられる。したがって、比較回路
２２２の出力は、２値画像格納部２３１において、差デ
ータの絶対値がしきい値より大である画素が‘１’であ
る２値画像となっている。

【００５１】また、比較回路２２２の出力は、出力制限
回路２２３，２２４の出力制限端子に出力されている
が、出力制限回路２２３の出力制限端子は反転入力とな
っているので、比較回路２２２の出力が‘１’であれ
ば、予測画像の画素が合成部２２５に出力され、比較回
路２２２の出力が‘０’であれば、入力画像の画素が、
合成部２２５に出力される。したがって、入力画像格納
部２１１における合成画像は、差データの絶対値がしき
い値より大である画素が予測画像の画素に置き代わった
入力画像になっている。予測部２１０および画素処理部
２２０は、この合成画像を新たな入力画像として予測画
像，合成画像を作成する。

【００５２】画像再構成部２３０には、予測器２１２が
予測画像を出力する毎に２値画像が送られてくるが、２
値画像合成部２３２においてこの２値画像の集合和がと
られ、画素値合計部２３３において画素値の和が計算さ
れる。２値画像の画素の画素値がすべて‘０’であった
場合、画素値合計部２３３からの出力開始信号を受け
て、２値画像合成部２３２は、集合和をとった２値画像
を記録ビット領域画像として最終的に出力する。

【００５３】図５は、この動作の具体例を示すものであ
る。簡単のため図５（ａ）に示される再生画像は、１次
元データとした。図５（ａ）に示される再生画像に対し
て予測器２１２は、図５（ｂ）に示すような予測画像を
出力する。これらの差データの絶対値図５（ｃ）に示す
画像が生成され、これに基づいて、比較回路１２２はし
きい値によって図５（ｄ）に示す２値画像を作成し、出
力制限回路２２３，２２４および合成部２２５は、図５
（ｅ）に示す合成画像を合成する。図５（ｅ）に示す合
成画像は、図５（ａ）に示す再生画像の画素に対応する
図５（ｄ）に示した２値画像の画素の値が１である画素
を図５（ｂ）に示した予測画像の画素に置き換えたもの
である。このようにして合成された図５（ｅ）に示す合
成画像を入力画像として上記過程を再び行い、図５
（ｈ），（ｉ）に示す２値画像，合成画像を得る。図５
（ｈ）に示す２値画像を入力画像として、再度上記過程
を行い、図５（ｌ）に示す２値画像を得る。この２値画
像は、画素の値がいずれも０であるので、再度上記過程
を行っても得られる合成画像，２値画像は、図５（ｉ）
に示される合成画像，図５（ｌ）に示される２値画像と
同一である。２値画像合成部２３２は、このようにして
得られた図５（ｄ），（ｈ），に示される２値画像，の
各画素の論理和をとり、図５（ｍ）に示される２値画像
を作成する。画像処理装置は最終的に得られる図５
（ｍ）に示す２値画像を記録ビット領域画像として出力
する。

【００５４】なお、上記実施例では、学習過程は、出荷
時に行われるとしたが、出荷後、記録媒体１１１の表面
状態が経時変化しても正確に予測を行うために、学習過
程を随時行って予測パラメータを更新することが考えら
れる。予測パラメータの更新は、記録再生装置１０１が
記録・再生の動作を行わないとき、例えば記録再生装置
１０１の電源が投入されて記録・再生の動作を行う前
や、記録再生装置１０１の電源を切る前の記録・再生動
作後などに、記録媒体１１１の記録ビットが書き込まれ
ていない領域を用いて行う必要がある。

【００５５】このためには、演算装置１２１に走査制御
部と画像処理装置の予測部２１０に学習制御部を新たに
設ける。走査制御部は、記録再生装置が所定の状態のと
き、例えば電源投入後、プローブ電極１１６を記録媒体
１１１の任意の領域上で自動的に走査させて再生画像を
得るためのものである。学習制御部は、走査制御部と連
動して動作するもので走査制御部によって得られた再生
画像をもとに予測器２１２の学習機能の制御を以下のよ
うに行う。

【００５６】走査制御部によってランダムに選択された
記録媒体１１１表面上の領域の再生画像は、順次画像処
理装置に送られる。画像処理装置は、上記の処理を行う
が、このとき学習制御部は、絶対値回路２２１の出力、
すなわち再生画像とその予測画像の画素の画素値の差を
監視する。学習制御部は、この差が予め設定した値より
小さいこと、すなわちこの領域に記録ビットが存在しな
いことを確認した後、この差をとった画素の画素値およ
びその近傍画素の画素値を用いて学習過程を予測器２１
２に行わせる。

【００５７】なお、以上説明した実施例においては、記
録再生装置をプローブと記録媒体との間に生じるトンネ
ル電流を検出するＳＴＭとして説明したが、本発明の特
徴となる構成はこれに限定されるものではなく、プロー
ブと記録媒体との原子間力を検出する原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）であってもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、上述の通り構成されているの
で以下のような効果を奏する。

【００５９】記録再生装置においては、記録後の表面状
態画像データとこの画像データから予測した記録前の表
面状態画像データとの差をとって記録ビット領域を抽出
しているので、記録媒体の表面に凹凸があっても精度よ
く記録を再生できる。また、記録前の表面状態画像デー
タの予測は、予測パラメータを持っていればよいので、
記録媒体表面の記録領域を余分に使用する必要がない、
他に記憶手段を持つ必要がなく装置自体の負担にならな
いという利点がある。

【００６０】走査制御手段および学習制御手段を設けた
記録再生装置においては、予測パラメータの学習を記録
媒体の表面の未使用の領域を用いて随時行うことができ
るので、記録媒体表面が経時変化しても精度よく記録を
再生できる。

【００６１】画像処理装置においては、一般的な画像デ
ータを扱うことができるので、とりわけ背景に対して変
化を検出する場合、例えば細胞を数え上げる場合などに
使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の記録再生装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の画像処理装置の構成を示す
ブロック図である。

【図３】予測器の学習過程を示す原理図である。

【図４】学習過程の一実施例を示す図である。

【図５】画像処理装置の動作の具体例を示す図である。

【符号の説明】 １０１ 記録再生装置 １１１ 記録媒体 １１２ 粗動制御機構 １１３ 構造体 １１４ 大粗動制御機構 １１５ 除震台 １１６ プローブ電極 １１７ 微動制御機構 １１８ ＸＹコントローラ １１９ 電圧印加装置 １２０ プローブ電流増幅器 １２１ 演算装置 ２１０ 予測部 ２１１ 入力画像格納部 ２１２ 予測器 ２１３ 予測画像格納部 ２２０ 画素処理部 ２２１ 絶対値回路 ２２２ 比較回路 ２２３，２２４ 出力制限回路 ２２５ 合成部 ２３０ 画像再構成部 ２３１ ２値画像格納部 ２３２ ２値画像合成部 ２３３ 画素値合計部 ３０２ 再生画像 ３０４ 予測画像 ３０５ 平均２乗誤差 ４０１ 入力画像 ４０２ 予測画像 ４０３ 画素の差の絶対値 ５０１ 再生画像 ５０２，５０６，５１０ 予測画像 ５０３，５０７，５１１ 差データの絶対値 ５０４，５０８，５１１，５１２ ２値画像 ５０５，５０９ 合成画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｂ 20/18 ５６０ Ｊ 9074−5Ｄ Ｈ０１Ｊ 37/28 Ｚ Ｈ０４Ｎ 5/92

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ電極を記録媒体の記録面に対し
   て相対的に２次元走査した際に、該プローブ電極と記録
   媒体との間に物理的相互作用により生じる信号を利用し
   て該記録媒体に情報を記録するとともに記録された情報
   を画像情報として再生する記録再生装置において、 予め定められた予測パラメータを用いて、２次元の画像
   データの画素の予測画素値を該画素の近傍の画素の画素
   値から求め、該予測画素値を有する予測画素からなる予
   測画像データを作成する予測手段と、 前記画像データの各画素値と前記予測画像データの各予
   測画素値とを用いて、前記予測パラメータを最適化する
   学習手段と、 前記学習手段で最適化された予測パラメータを用いて、
   前記画像データの各予測画素値を前記予測手段で再度求
   めることにより、前記２次元の画像データを２値化する
   ことを特徴とする記録再生装置。
2. 【請求項２】 プローブ電極を記録媒体の記録面に対し
   て相対的に２次元走査した際に、該プローブ電極と記録
   媒体との物理的相互作用により生じる信号を利用して該
   記録媒体に情報を記録するとともに記録された情報を画
   像情報として再生する記録再生装置において、 予め定められた予測パラメータを用いて、２次元の画像
   データの画素の予測画素値を該画素の近傍の画素の画素
   値から求め、該予測画素値を有する予測画素からなる予
   測画像データを作成する予測手段と、 前記画像データの各画素値と前記予測画像データの各予
   測画素値とを用いて、前記予測パラメータを最適化する
   学習手段と、 前記学習手段で最適化された予測パラメータを用いて、
   前記画像データの各予測画素値を前記予測手段で再度求
   めることにより、前記２次元の画像データを２値化する
   ことを特徴とする記録再生装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の記録再
   生装置において、 予測手段による予測画像データの作成および学習手段に
   よる予測パラメータの最適化が、記録の前に行われるこ
   とを特徴とする記録再生装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の記録再
   生装置において、 予測手段による予測画像データの作成および学習手段に
   よる予測パラメータの最適化が、記録情報の記録または
   再生時以外のときに、記録されていない領域を用いて行
   われることを特徴とする記録再生装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の記録再生装置において、 予測手段によって求められた前記各予測画素値と前記画
   像データの各画素値との差の絶対値を計算し、該絶対値
   が所定のしきい値より小さければ‘０’を、該絶対値が
   所定のしきい値より大きければ‘１’を画素値として持
   つ２値画像を作成する２値画像作成手段と、 前記２値画像作成手段で作成された前記２値画像が格納
   される２値画像格納手段と、 前記２値画像作成手段で作成された前記２値画像の画素
   値が‘０’であれば前記画像データの画素値を、前記２
   値画像の画素値が‘１’であれば前記予測画像データの
   予測画素値を選択して合成画像を作成したのち、該作成
   した合成画像を前記予測手段に出力する合成画像作成手
   段と、からなる２値画像再構成手段を具備し、 前記予測手段は、前記合成画像作成手段から前記合成画
   像が入力されると、前記２次元の画像データの代わりに
   該合成画像を用いるとともに、前記学習手段で最適化さ
   れた予測パラメータを用いて、新たな予測画像データを
   作成し、 前記２値画像作成手段は、前記予測手段で作成された前
   記新たな予測画像データから新たな２値画像を作成し、 前記２値画像再構成手段は、前記２値画像格納手段に格
   納されている前記２値画像の画素の値と前記２値画像作
   成手段で作成された新たな２値画像の画素の値との論理
   和を求めて２値画像を再構成するとともに、前記２値画
   像作成手段から送られてくる２値画像のすべての画素の
   値が‘０’のときに、前記再構成した２値画像を外部に
   出力することを特徴とする記録再生装置。