CIE 223-2017 Multispectral Image Formats.pdf

1、 TECHNICAL REPORT Multispectral Image Formats CIE 223:2017 UDC: 681.7.014 Descriptor: Image processing 535.66 Colorimetry ISBN 978-3-902842-10-7 THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Illumination (CIE) is an organization devoted to international co -operation a

2、nd exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of lighting. Its membership consists of the National Committees in about 40 countries. The objectives of the CIE are: 1. To provide an international forum for the discussion of all matters relating t

3、o the science, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. 2. To develop basic standards and procedures of metrology in the fields of light and lighting. 3. To provide guidance in the application of principles and p

4、rocedures in the development of international and nat ional standards in the fields of light and lighting. 4. To prepare and publish standards, reports and other publications concerned with all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting. 5. To maintain li

5、aison and technical interaction with other international organizations concerned with matters related to the science, technology, standardization and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried out by Technical Committees, organized in seven Di visions. This work covers s

6、ubjects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports developed by these international Divisions of the CIE are accepted throughout the world. A plenary session is held every four years at which the work of the Divisions and Technical Com

7、mittees is reported and reviewed, and plans are made for the future. The CIE is recognized as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organizations. LA COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE La Commission Internationale de lE

8、clairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopration internationale et lchange dinformations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives lart et la science de lclairage. Elle est compose de Comits Nationaux reprsentant environ 40 pays. Les objectifs de la CIE sont :

9、1. De constituer un centre dtude international pour toute matire relevant de la science, de la technologie et de lart de la lumire et de lclairage et pour lchange entre pays dinformations dans ces domaines. 2. Dlaborer des normes et des mthodes de base pour la mtrologie dans les domaines de la lumir

10、e et de lclairage. 3. De donner des directives pour lapplication des principes et des mthodes dlaboration de normes internationales et nationales dans les domaines de la lumire et de lclairage. 4. De prparer et publier des normes, rapports et autres textes, concernant toutes matires relatives la sci

11、ence, la technologie et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. 5. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres organisations internationales concernes par des sujets relatifs la science, la technologie, la normalisation et lart dans les domaines de la lumire

12、et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par Comits Techniques, organiss en sept Divisions. Les sujets dtudes stendent des questions fondamentales, tous les types dapplications de lclairage. Les normes et les rapports techniques labors par ces Divisions Internationales de la CIE sont rec

13、onnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plnire passe en revue le travail des Divisions et des Comits Techniques, en fait rapport et tablit les projets de travaux pour lavenir. La CIE est reconnue comme la plus haute autorit en ce qui concerne tous les aspects de la lumire et de

14、lclairage. Elle occupe comme telle une position importa nte parmi les organisations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist eine Organisation, die sich der internationalen Zusammenarbeit und dem Austausch von Informationen zwisch

15、en ihren Mitgliedslndern bezglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in rund 40 Lndern. Die Ziele der CIE sind: 1. Ein internationales Forum fr Diskussionen aller Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lic

16、httechnik und fr den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den einzelnen Lndern zu sein. 2. Grundnormen und Verfahren der Messtechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwickeln. 3. Richtlinien fr die Anwendung von Prinzipien und Vorgngen in der Entwicklung internationaler und nationa

17、ler Normen auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. 4. Normen, Berichte und andere Publikationen zu erstellen und zu verffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. 5. Liaison und technische Zusammenarbeit mit anderen internationale

18、n Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird durch Technische Komitees geleistet, die in sieben Divisionen organisiert sind. Diese Arbeit betrifft Gebiete mit grundlegendem Inhalt bi

19、s zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte, die von diesen international zusammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind auf der ganzen Welt anerkannt. Alle vier Jahre findet eine Session statt, in der die Arbeiten der Divisionen berichtet und berprft werden, so

20、wie neue Plne fr die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als hchste Autoritt fr alle Aspekte des Lichtes und der Beleuchtung angesehen. Auf diese Weise unterhlt sie eine bedeutende Stellung unter den internationalen Organisationen. Published by the COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE

21、Central Bureau Babenbergerstrasse 9, A-1010 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 e-mail: ciecbcie.co.at www.cie.co.at CIE 2017 - All rights reserved TECHNICAL REPORT Multispectral Image Formats CIE 223:2017 UDC: 681.7.014 Descriptor: Image processing 535.66 Colorimetry ISBN 978-3-902842-10-7 CIE 223

22、:2017 II This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 8-07 of Division 8 “Image Technology“ and has been approved by the Board of Administration as well as by Division 8 of the Commission Internationale de lEclairage. The document reports on current knowledge and experience wit

23、hin the specific field of light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of this document is advisory and not mandatory. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 8-07 de la Div

24、ision 8 “Technologie des images“ et a t approuv par le Bureau et Division 8 de la Commission Internationale de lEclairage. Le document expose les connaissances et lexprience actuelles dans le domaine particulier de la lumire et de lclairage dcrit ici. Il est destin tre utilis par les membres de la C

25、IE et par tous les intresss. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Dieser Technische Bericht ist vom Technischen Komitee CIE 8-07 der Division 8 “Bildverarbeitung“ ausgearbeitet und vom Vorstand sowie Division 8 der Commission Internationale de lEclairage gebillig

26、t worden. Das Dokument berichtet ber den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung in dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Verwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Dokument eine Empfehlung und keine

27、Vorschrift ist. Any mention of organizations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention dorganisme ou de produit nimplique pas une prfrence de la

28、CIE. Malgr le soin apport la compilation de tous les documents jusqu la mise sous presse, ce travail ne saurait tre exhaustif. Die Erwhnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der

29、Drucklegung angewendet wurde, besteht die Mglichkeit, dass diese nicht vollstndig sind. CIE 2017 - All rights reserved CIE 223:2017 III The following members of TC 8-07 “Multispectral imaging“ took part in the preparation of this Technical Report. The committee comes under Division 8 “Image Technolo

30、gy“. Authors: Yamaguchi, M. Japan (Chair from 2011) Hauta-Kasari, M. Finland (Chair 20102011) Parkkinen, J. Malaysia (Chair 20042010) Herzog, P. Germany (Chair 20022004) Derhak, M. USA Hardeberg, J.Y. Norway Helling, S. Germany Hernndez-Andrs, J. Spain Hill, B. Germany Hung, P.-C. Japan Imai, F. USA

31、 Lenz, R. Sweden Miyake, Y. Japan Morovic, P. Spain Shyu, M.J. Chinese Taipei Vilaseca, M. Spain Advisor: Simmons, R. USA CIE 223:2017 IV CONTENTS Summary VI Resume VI Zusammenfassung VI 1 Background 1 2 Terms, definitions and abbreviations 1 3 Multispectral image model 3 3.1 Multispectral image app

32、lications 3 3.2 Generic model for multispectral imaging systems 3 3.3 Input of multispectral images . 4 3.4 Spectral reconstruction 4 3.5 Output or display of multispectral image 5 3.6 Workflow model . 6 4 Encoding of multispectral images . 7 5 Requirements for multispectral image formats 10 6 Candi

33、date formats 11 6.1 JPEG 2000 12 6.2 Spectral Binary file format . 14 6.3 Natural Vision 15 6.4 Multispectral image file format AIX 18 7 Examples . 19 7.1 Ten-band multispectral filter-wheel camera and colour or spectral reproduction 19 7.2 120-band spectral line camera for spectral analysis and obj

34、ect detection 20 7.3 Six-band video camera for natural colour imaging, narrow band imaging, and real-time enhancement 21 8 Summary and comparisons 23 8.1 Comparison of the formats presented in this report . 23 8.2 Other formats 24 8.3 Metadata . 26 Annex A Spectral Binary File Format (.SPB) Specific

35、ation 27 Annex B Natural Vision Multispectral Image Metadata Format, XML Schema (NVXML), Specification . 28 B.1 Introduction . 28 B.1.1 Scope of this specification . 28 B.1.2 Overview of the metadata format . 29 B.2 The root object “Nvision“ . 29 B.2.1 The XML schema definition of “Nvision“ . 29 B.2

36、.2 Example of the “Nvision“ . 30 B.3 “NvisionImage“ object . 30 B.3.1 “ImageCreateInfo“ element 30 B.3.2 “ImageInfo“ element 31 B.3.3 The XML schema definition of “NvisionImage“ object . 32 B.3.4 Example of “NvisionImage“ 33 B.4 “NvisionInput“ object . 33 B.4.1 “InputDevInfo“ element 34 CIE 223:2017

37、 V B.4.2 “InputDevData“ element. 34 B.4.4 “InputIllu“ element . 37 B.4.5 “SubjectSpecMatrix“ element . 38 B.4.6 The XML schema definition of “NvisionInput“ object 39 B.4.7 Example of “NvisionInput“ . 41 B.5 “NvisionConversion“ object 44 B.5.1 “ColorConvData“ element 44 B.5.2 “RenderingIllu“ element

38、. 46 B.5.3 “CMFData“ element . 47 B.5.4 The XML schema definition of “NvisionConversion“ object . 48 B.5.5 Example of “NvisionConversion“ 50 B.6 Definition of basic data types. 51 B.6.1 ArrayOfFloat Type . 51 B.6.2 The XML schema definition of basic data types . 51 B.7 Implementation to JPEG 2000 .

39、52 Annex C Multispectral Image File Format AIX . 53 C.1 Introduction . 53 C.2 Basic Structure 54 C.2.1 Header 54 C.2.2 Tag Table 55 C.2.3 Tags 55 C.3 Examples 58 References . 59 CIE 223:2017 VI MULTISPECTRAL IMAGE FORMATS Summary This technical report describes the basic model of multispectral imagi

40、ng technology followed by the requirements and the examples of multispectral image formats suitable for colour imaging applications. Four example formats are introduced and compared in typical use cases: JPEG 2000, Spectral Binary File Format, Natural Vision, and multispectral image file format AIX.

41、 The specifications of those formats except for JPEG 2000 are provided in the Annex. FORMATS DES IMAGES MULTISPECTRALES Resume Ce rapport technique dcrit les bases technologiques en imagerie multispectrale puis donne les exigences et des exemples en termes de formats appropris dimages multispectrale

42、s pour des applications en imagerie couleur. Quatre exemples de formats JPEG 2000, le format de fichier spectral binaire, Vision Naturelle et le format dimage multispectrale AIX - sont introduits et compars dans des cas typiques dutilisation. Les spcifications de ces formats, lexception de JPEG 2000

43、, sont fournis en annexe. FORMATE FR MULTISPEKTRALE BILDER Zusammenfassung Dieser technische Bericht beschreibt das grundlegende Modell der Multispektraltechnik und die daraus resultierenden Anforderungen an multispektrale Bildformate fr Anwendungen in der Farbbildtechnik. Es werden vier geeignete B

44、ildformate eingefhrt: JPEG 2000, Spectral Binary Format, Natural Vision und das Multispektralformat AIX. Diese vier Formate werden anhand typischer Anwendungsflle miteinander verglichen. Die Spezifikationen von Spectral Binary Format, Natural Vision und AIX sind im Anhang gegeben. CIE 223:2017 1 1 B

45、ackground Increasingly, colour imaging is being done with cameras capable of capturing more than three channels or bands. With its focus on promoting colour science, CIE Division 8 “Image Technology“ established a technical committee on “Multispectral Image Formats“ to address issues related to such

46、 imaging. For the purposes of this discussion, a multispectral image will be considered to be an image with more than three channels or bands of wavelengths. The visible wavelength range is the main concern, but the spectral channels may include bands in the ultraviolet or infrared. The term hypersp

47、ectral image is sometimes used, and a hyperspectral image is usually considered as having more channels (for example, more than 50) than a multispectral image. A hyperspectral image is often thought to be one that allows an almost continuous spectrum to be obtained without wavelength interpolation,

48、but a continuous spectrum in each pixel can often be reconstructed from a multispectral image, as described in 3.4. However, the boundary between multispectral and hyperspectral is not accurately defined, so, in this technical report, multispectral and hyperspectral images are not distinguished and

49、the term “multispectral“ is used for simplicity. Furthermore, the term “spectral image“ refers to a multispectral image, a hyperspectral image, or an image with reconstructed continuous spectra. This document deals with two-dimensional (planar) multispectral images only. Spectral imaging is found in many applications including medical imaging, document preservation, fashion design, automobile manufacturing, recycling, science, and rem