Spectral JPEG XL: una svolta nella compressione delle immagini spettrali

Le immagini spettrali rappresentano una risorsa fondamentale per numerosi settori, dalla scienza dei materiali alla diagnostica medica, fino all'astronomia e al restauro artistico: queste immagini contengono informazioni dettagliate sulla luce, registrando intensità luminose su decine o centinaia di bande di frequenza, oltre il tradizionale spettro RGB percepibile dall'occhio umano. Queste immagini, in digitale, occupano dimensioni nell'ordine dei gigabyte e talvolta addirittura dei terabyte, con le conseguenti difficoltà di trasferimento e gestione.

Il formato standard attualmente utilizzato per conservare questo tipo di immagini e l'enorme mole di dati ad esse associata è OpenEXR, che pur offrendo metodi di compressioni di tipo lossless, non riesce a soddisfare le esigenze di conservazione di immagini dall'elevato numero di canali spettrali.

Una possibile risposta a questa sfida arriva dai ricercatori Alban Fichet e Christoph Peters di Intel Corporation che hanno sviluppato Spectral JPEG XL, un nuovo metodo di compressione progettato specificamente per le immagini spettrali. La tecnica sfrutta la trasformata discreta del coseno (DCT), già utilizzata con successo nei formati JPEG e JPEG XL per le immagini visibili. Questa trasformazione converte i dati spettrali in componenti di frequenza, permettendo una compressione selettiva che conserva le informazioni cruciali eliminando i dettagli meno significativi.

La vera innovazione risiede nella fase di pre-elaborazione: il sistema applica una ponderazione che divide i coefficienti spettrali a frequenza più elevata per la luminosità complessiva (componente DC), comprimendo più aggressivamente i dati meno importanti. Successivamente, questi dati vengono immagazzinati utilizzando il motore di compressione del formato JPEG XL, evitando così la necessità di creare un nuovo tipo di file.

Il formato conserva inoltre caratteristiche essenziali del precedente OpenEXR, come il supporto ai metadati e all'HDR. Nonostante sia una compressione "lossy", progettata per sacrificare prima i dettagli meno percettibili, Spectral JPEG XL garantisce la preservazione delle informazioni visive fondamentali.

Le immagini spettrali trovano applicazione in numerosi campi avanzati. In ambito scientifico e industriale, vengono utilizzate per analisi dei materiali basate sulle loro firme luminose uniche. Nel settore automobilistico, aiutano a prevedere come apparirà una vernice sotto diverse condizioni di luce. In medicina, supportano la diagnostica dei tessuti e la rilevazione delle malattie. Gli astronomi utilizzano l'analisi spettrale per comprendere la composizione dei corpi celesti e svelare i misteri dell'universo.

Spectral JPEG XL potrebbe inoltre rappresentare uno strumento particolarmente importante per la conservazione digitale del patrimonio culturale. L'analisi multispettrale consente infatti di scoprire dettagli nascosti in manoscritti antichi e opere d'arte, facilitando ricerche più approfondite grazie alla capacità di gestire dataset più grandi.