Учёные Intel разработали формат для записи изображения Spectral JPEG XL — он позволяет записывать данные в широком диапазоне спектра за пределами стандартного набора красного, зелёного и синего. Поддерживаются даже невидимые человеческому глазу участки.

Источник изображений: jcgt.org

В науке и промышленности иногда возникает потребность фиксировать цвета, которые неспособен воспринимать человеческий глаз, например, ультрафиолетовый и инфракрасный участки спектра или определённые длины волн, которые необходимы растениям для фотосинтеза. Некоторые камеры предназначаются, чтобы фиксировать тонкие различия, из-за которых цвета краски выглядят так, как нужно при заданном освещении. Существующие форматы записи такой информации предусматривают запись 30, 100 и более точек данных на пиксель, из-за чего файлы раздуваются до размеров в несколько гигабайтов — они получаются слишком громоздкими для хранения и анализа.

Решение предложили учёные из компании Intel Альбан Фише (Alban Fichet) и Кристоф Питерс (Christoph Peters) — они разработали формат Spectral JPEG XL, способный записывать спектральные данные, но при этом поддерживающий сжатие. Традиционные файлы цифровых изображений записывают информацию всего о трёх цветах: красном, зелёном и синем (RGB). Этого достаточно для повседневных фотографий, но для истинного захвата цвета требуется больший набор деталей. Спектральные изображения отличаются более высокой точностью, потому что регистрируют насыщенность не только в RGB, но и в десятках или даже сотнях узких длин волн. Эта подробная информация охватывает видимый спектр, а также ближние инфракрасный и ультрафиолетовый участки — это позволяет более точно моделировать взаимодействие материалов со светом.

Такие файлы хранят данные не только в трёх каналах RGB — этих каналов оказывается значительно больше, и каждый представляет интенсивность света на определённом, очень узком диапазоне длин волн. В опубликованной авторами проекта научной работе обсуждаются изображения, содержащие 31 канал, приводятся даже примеры с 81 спектральной полосой. Эти каналы должны захватывать более широкий диапазон значений яркости — стандартных 8-битных изображений уже недостаточно, поэтому для каждого канала приходится использовать 16- и 32-битные числа с плавающей запятой.

Существует множество вариантов практического применения этой технологии. Автопроизводителю необходимо точно предсказать, как будет выглядеть краска при разном освещении. Учёные применяют спектральную визуализацию для идентификации материалов по их уникальным световым сигнатурам. Специалистам по рендерингу она требуется для точного моделирования реальных оптических эффектов, например, дисперсии и флуоресценции. Астрономы анализируют спектральные линии излучения от гамма-всплеска, чтобы идентифицировать присутствующие при взрыве вещества. Используемый сегодня для хранения таких данных формат OpenEXR разрабатывался без учёта таких широких требований, а существующие методы сжатия без потерь, такие как ZIP, не позволяют добиться значительного сокращения объёмов данных.

В Spectral JPEG XL применяется метод дискретного косинусного преобразования (ДКП). В упрощённом виде принцип его работы можно объяснить так: при взгляде на цветовые переходы у радуги не нужно записывать каждую длину волны, чтобы понять, что видит человек. ДКП преобразует плавные волновые узоры в волноподобные составляющие (частотные коэффициенты), из которых при сложении воссоздаётся исходная спектральная информация. Схожим образом обрабатывается звук в MP3 — вместо того, чтобы записывать каждую крошечную вибрацию в отдельную звуковую волну, формат фиксирует важные частотные составляющие, которые воспринимаются ухом, а всё остальное отбрасывается. Так и Spectral JPEG XL записывает данные, которые определяют взаимодействие света с материалами, а менее важные детали подвергаются сжатию. Далее осуществляется оценка данных — спектральные коэффициенты делятся на общую яркость, благодаря чему менее важная информация при сжатии повреждается не так сильно. Получившийся поток данных подаётся в кодек, и вместо того, чтобы изобретать новый тип файла, используется стандартный формат изображения JPEG XL, в который записываются специально подготовленные спектральные данные.

На выходе авторам проекта удалось уменьшить размеры спектральных изображений в 10–60 раз по сравнению со стандартным сжатием формата без потерь OpenEXR — по размерам файлы стали сравнимы с обычными высококачественными фотографиями. При этом сохраняются важные функции OpenEXR, в том числе метаданные и поддержка широкого динамического диапазона. Часть информации в процессе сжатия теряется, но формат разработан с расчётом на то, чтобы сначала отбрасывать менее заметные детали — артефакты сжатия возникают на менее важных участках, а важная визуальная информация сохраняется.

Остаются и некоторые ограничения. Spectral JPEG XL сможет широко использоваться при условии постоянной разработки и совершенствования программных инструментов; первоначальные программные реализации могут потребовать дальнейшей разработки, чтобы полностью раскрыть все возможности формата. Принять формат с потерями при сжатии смогут не все — в некоторых областях, где проводятся особо тонкие измерения, может потребоваться дальнейший поиск альтернативных методов хранения данных. На начальном этапе Spectral JPEG XL может оказаться полезным в научной визуализации и высококачественном рендеринге; но многие отрасли от проектирования транспорта до медицинской визуализации продолжают вырабатывать большие объёмы данных, и со временем технологии сжатия могут найти применение и здесь.

Fujifilm представила GFX100RF — свою первую среднеформатную камеру с фиксированным объективом и универсальным фокусным расстоянием 35 мм (эквивалент 28 мм в полном кадре). Кроме того, это самая лёгкая и компактная модель в серии GFX — по размерам она ближе к цифровой «мыльнице». При этом скромные габариты не оказали негативного влияния на характеристики, которые вполне оправдывают цену в $4900. Похоже, GFX100RF станет прямым конкурентом Leica Q3.

Источник изображений: Fujifilm

Камера Fujifilm GFX100RF оснащена 102-мегапиксельным сенсором, который, по утверждению производителя, обеспечивает «невероятный уровень детализации». Размер сенсора, как и положено среднеформатной камере Fujifilm, составляет 43,8 × 32,9 мм (кроп-фактор Kf = 0,79×), а его площадь в 1,7 раза больше, чем у датчика полнокадровой камеры размером 36 × 24 мм.

Стоит отметить, что площадь сенсора у среднеформатных камер Leica с матрицей 45 × 30 мм составляет 1350 мм², что близко к площади сенсора GFX100RF (1437 мм²). Единственным существенным отличием между сенсорами Leica и Fujifilm является соотношение сторон кадра: в первом случае 4:3, а во втором — классическое 3:2.

Фиксированный объектив со светосилой ƒ/4 обеспечивает минимальное расстояние фокусировки 20 см, что позволяет делать выразительные крупные планы. Цифровым способом (путём кропа) фокусное расстояние можно расширить до 45, 63 и 80 мм. В целях уменьшения размеров камера лишена встроенного стабилизатора изображения — но какой профессионал выходит из дома без штатива!

Лепестковый затвор позволил производителю ещё сильнее уменьшить размеры камеры. «Используя пространство, освободившееся благодаря этому, и оптимизируя расположение объектива и компонентов камеры, удалось добиться значительного уменьшения габаритов», — говорится в пресс-релизе. Ещё одним преимуществом лепесткового затвора является возможность синхронизации вспышки при любой выдержке.

Камера оснащена встроенным четырёхступенчатым фильтром нейтральной плотности (Neutral Density Filter) — ещё одним новшеством для серии GFX. Другая любопытная особенность Fujifilm GFX100RF — дополнительный диск управления, позволяющий быстро менять соотношение сторон кадра. Он даёт возможность мгновенно переключаться между девятью вариантами, включая 3:2, 16:9, 1:1 и 17:6.

На задней панели камеры расположен 3,15-дюймовый сенсорный ЖК-дисплей с разрешением 2,1 млн точек. Альтернативой служит электронный видоискатель с разрешением 5,76 млн пикселей. Камера весит 735 граммов, что совсем немного по меркам среднего формата — аналогичный вес имеют многие полнокадровые камеры.

Появление Fujifilm GFX100RF в продаже ожидается в апреле по цене $4900.