Учёные и инженеры, работающие со специальными камерами, сталкиваются с проблемой: спектральные изображения, фиксирующие свет за пределами видимого диапазона, создают огромные файлы. Один кадр может содержать десятки или сотни данных на пиксель — от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона, — что приводит к объёмам в гигабайты. Решение предложили исследователи из Intel Corporation. Они представили Spectral JPEG XL — формат сжатия, сокращающий размеры таких файлов в десятки раз без потери важных данных.

Спектральные изображения выходят далеко за рамки стандартных RGB-файлов. Вместо трёх цветовых каналов они записывают интенсивность света в десятках узких диапазонов длин волн — от 31 до 81 канала. Это позволяет фиксировать не только видимый спектр, но и ближний инфракрасный с ультрафиолетовым, что необходимо, например, для точного моделирования взаимодействия материалов со светом. Каждый канал сохраняется в форматах высокой точности — 16 или 32-битных числах с плавающей запятой, — чтобы запечатлеть широкий диапазон яркости: от ярких источников света до теней.

Источник: Alban Fichet / Christoph Peters / Intel Corporation

Однако такие файлы становятся непрактичными для анализа и хранения. Существующий стандарт OpenEXR, даже со сжатием без потерь, не справляется с многоканальностью. Spectral JPEG XL решает проблему через адаптацию метода дискретного косинусного преобразования (DCT), применяемого в классическом JPEG. Вместо записи каждой длины волны формат преобразует данные в частотные коэффициенты, выделяя ключевые закономерности. Это напоминает принцип MP3, где сохраняются только значимые для восприятия звуковые частоты.

«Можно сравнить это с радугой: плавные переходы цветов не требуют записи каждой волны. DCT выделяет основные паттерны, а менее важные детали сжимаются сильнее», — объясняют авторы. После преобразования данные кодируются через движок JPEG XL, сохраняя метаданные и поддержку HDR. По заявлению исследователей, это сокращает размер файлов в 10–60 раз по сравнению с OpenEXR. Например, изображение с 31 каналом уменьшается с 3,7 ГБ до 68 МБ, что сопоставимо с обычными фотографиями высокого качества.

Изображение из статьи, показывающее относительные показатели сжатия. Источник: Alban Fichet / Christoph Peters / Intel Corporation 

Хотя формат использует сжатие с потерями, алгоритм фокусируется на удалении наименее заметных деталей — высокочастотных спектральных компонентов. Это сохраняет точность в визуально значимых областях, что критично для задач вроде подбора автомобильных красок под разное освещение или анализа химического состава звёзд через спектральные линии. Историки уже применяют подобные технологии для расшифровки утраченных текстов, как в случае с манускриптом Войнича, где мультиспектральная съёмка выявила скрытые пометки.

Страница Манускрипта Войнича. Источник: Lisa Fagin Davis

Однако есть нюансы. Сжатие с потерями может быть неприемлемо для исследований, требующих абсолютной точности, например, в некоторых физических экспериментах. Кроме того, успех формата зависит от развития инструментов для работы с JPEG XL — текущие реализации пока что не поддерживают все функции.

Несмотря на ограничения, Spectral JPEG XL открывает перспективы для индустрий, где объёмы спектральных данных растут: от медицинской визуализации до кинематографического рендеринга. Уменьшение размеров файлов ускорит их передачу, хранение и обработку, делая технологии доступнее без специализированного оборудования. Как отмечают авторы, это значительный шаг в решении проблемы, которая долгое время сдерживала научный и инженерный прогресс.

Подробнее на iXBT