この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序章
マルチスペクトル イメージングは、3 つ以上のチャネルまたは波長を使用する画像キャプチャ技術です。この文書は、空間的に異なる色の表面のマルチスペクトル画像キャプチャに焦点を当てています。これを達成するために、可視範囲を含む、場合によっては紫外線や赤外線を含む連続した波長帯域がサンプリングされます。
注ハイパースペクトル イメージングという用語は、通常、赤外線、可視光線、紫外線、その他の電磁領域などの複数の波長帯域を捕捉するシステムに使用されます[ 1] 。通常、これらのバンドは連続していないか、重なっています。実際には、マルチスペクトルとハイパースペクトルの境界は正確ではない場合があり、マーケティング上の理由から各用語の使用法が不正確になることがよくあります。混乱を避けるため、本書ではマルチスペクトル イメージングという用語を、可視範囲全体にわたって一定の間隔でサンプリングされ、赤外線または紫外線にまで及ぶ可能性がある単一の連続した波長帯域にわたる画像データのキャプチャを意味するものとして使用します。
これまで、空間的に色が変化する物体表面の評価は、経験豊富な担当者による目視検査によって行われていました。場合によっては、物体表面の空間的に変化する色の平均値を取得するために、領域平均 (点単位) 測定が行われました。物体表面は一定の空間間隔でサンプリングされましたが、空間分解能が低く、繰り返しの測定間の再位置決めが不正確であるため、このようなアプローチの成功は制限されました。最新の照明と 2D センサー技術の出現により、この目的でマルチスペクトル イメージング デバイスが使用されることが増えています。
さまざまな色のパターンを含む多くのラミネート、装飾、材料は、オフセット リソグラフィー、活版印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、デジタル印刷などの印刷プロセスによって製造されます。これらの物体の外観を効果的に特徴付けるには、物体の前後の多くの点で分光反射率を読み取る必要があります。マルチスペクトル イメージング デバイスはこれを非常に効果的に行うことができ、カラー画像の差をピクセルごとに評価して品質評価に使用できるという前例のない利点を提供します。この評価に基づいて改良されたデジタル カラー変換を使用して、空間的な色の違いを低減し、再現性を向上させることができます。 RGB ベースのイメージング システムに勝る利点の 1 つは、オレンジ、グリーン、バイオレットのインクなど、CMYK を超えるプロセス着色剤を使用する印刷システムを特性評価する際の色精度の向上です。
スペクトル測定を行ったり比色計算を実行したりする場合、CIE によって許可されている選択肢はわずかです。特定の選択により、特定の標本の特定の特性に関する数値が得られ、これは国家標準化研究所の結果と一致します。同様に、異なるメーカーの 2 つの機器（両方とも CIE 推奨事項とは異なる）は、互いに異なる場合があります。
ISO 13655 は、グラフィック アート コミュニティ内で一貫したカラー コミュニケーションのための強固な基盤を提供する、単一印刷パッチの測色特性の測定と計算に関する限られた数の選択肢を指定しています。マルチスペクトル画像を確実に比較できるように、同様の強固な基盤を実現するには、マルチスペクトル測定システムの属性を文書化して標準化する必要があります。
スペクトル イメージング システムは、シーンの画像のスペクトル的に分解されたピクセル データを目的としています。これらのシステムの目的には、物体または材料の識別、製造プロセスの監視などが含まれます。現在のマルチスペクトル イメージング テクノロジでは、スペクトル画像チャネルの数が、ISO 13655 でスペクトル測定に要求される最小値 (20 nm 間隔で 400 nm ～ 700 nm, 16 チャネルが必要) よりも少ないセットに制限されています。このようなシステムは将来的にはさらに広く利用可能になる可能性がありますが、この文書ではチャネルが少ないシステムの要件を示します。
多くのピクセルで分光拡散反射率測定を提供し、そこから比色値を計算できるマルチスペクトル イメージング システムが市販されています。これらの機器の大部分は、スペクトル測定に関する ISO 13655 ガイドラインに準拠していません。実際には、コスト効率の高いマルチスペクトル イメージング システムで速度、空間解像度、ISO 13655 スペクトル サンプリングのすべての要件を達成することは不可能であり、そのトレードオフの 1 つはスペクトル チャネルの数を減らすことです。これにより、ISO 13655 に準拠した測定値と比較した場合、試験片の測色で異なる数値が得られる可能性があります。比較されるデータがすべて同じ測定値と計算上の選択に基づいていない限り、信頼性の高い比較を行うことはできません。
この文書は ISO 13655 のいくつかの側面に準拠しており、測色計算のための光源やテーブルなどの多くの定義を利用しています。標準以外の数のスペクトル帯域を使用する場合、ASTM E2022-16 [ 2] は、カスタムのスペクトル パワー分布およびスペクトル サンプリング間隔と範囲を使用して、三刺激積分の重み係数のテーブルを計算するために使用される方法を提供します。この文書は、さまざまなアプリケーション分野の測定と計算についてさまざまな選択肢を可能にする一連の規格の一部です。後続の部分では、この文書で定義された構造に従って、各アプリケーション領域に必要な仕様を説明します。
スペクトル チャネルの数の変動を考慮すると、マルチスペクトル イメージング システムと ISO 13655 準拠の分光光度計の間の機器間の一致は、ISO 13655 準拠の機器間の一致よりも大幅に劣る可能性があります。マルチスペクトル イメージング デバイスのユーザーは、RGB カメラよりも色の忠実度が高いイメージング デバイスの利点と、分光光度計と一致しない測定値の欠点を比較検討することをお勧めします。
Introduction
Multispectral imaging is an image capture technology with more than three channels or wavelengths. This document focuses on multispectral image capture of surfaces with spatially varying colour. To achieve this, a contiguous band of wavelengths are sampled including the visible range and, in some cases, including ultraviolet and infrared.
NOTE The term hyperspectral imaging is typically used for systems capturing multiple wavelength bands such as infrared, visible, ultraviolet and other electromagnetic ranges[1]. Usually, these bands are non-contiguous or are overlapping. The boundary between multispectral and hyperspectral in practice is sometimes not precise and the usage of each term is often inaccurate, often for marketing reasons. To avoid any confusion, this document uses the term multispectral imaging to mean capture of image data across a single continuous band of wavelengths sampled at regular intervals across the visible range and which can extend into the infrared or ultraviolet.
In the past, assessment of object surfaces with spatially varying colour was carried out by visual inspection by experienced personnel. In some cases, area-averaging (pointwise) measurements were made to obtain the average value of the spatially varying colour of the object surfaces. The object surface was sampled at regular spatial intervals, however low spatial resolution and imprecise re-positioning between repeated measurements limited the success of such approaches. With the advent of modern lighting and 2D-sensor technologies, multispectral imaging devices are increasingly being used for this purpose.
Many laminations, decorations and materials containing patterns of various colours are produced by printing processes that include offset lithography, letterpress, flexography, gravure, screen and digital printing. To characterize the appearance of these objects effectively, the spectral reflectance factor must be read at many points across and down the object. Multispectral imaging devices can do this very effectively and provide an unprecedented advantage allowing pixel-wise evaluation of colour image difference to be used for quality assessment. Improved digital colour transforms based on this assessment can be used to reduce spatial colour differences leading to better reproductions. One benefit over RGB-based imaging systems is the improved colour accuracy when characterizing printing systems that use process colorants beyond CMYK, for example including orange, green and violet inks.
There are only a few choices allowed by the CIE when making spectral measurements and performing colorimetric computations. The specific choice will result in numerical values for the specific property for a specific specimen that are in agreement with the results from national standardizing laboratories. Similarly, two instruments from different manufacturers, that are both different from the CIE recommendations can be different from each other.
ISO 13655 specifies a limited number of such choices for the measurement and computation of the colorimetric characteristics of single printed patches providing a solid foundation for consistent colour communication within the graphic arts community. There is a need to have multispectral measurement system attributes documented and standardized in order to achieve a similar solid foundation so that multispectral images can reliably be compared.
Spectral imaging systems aim for spectrally resolved pixel data of an image of a scene. The objectives of these systems include object or material identification, and monitoring of manufacturing processes. Current multispectral imaging technologies restrict the number of spectral image channels to a set that is smaller than the minimum required by ISO 13655 for spectral measurements (400 nm to 700 nm at 20 nm intervals, requiring 16 channels). While such systems might be become more widely available in future, this document provides requirements for systems with fewer channels.
There are many commercially available multispectral imaging systems which provide spectral diffuse reflectance factor measurements at many pixels, from which colorimetric values can be calculated. The majority of these instruments do not conform to ISO 13655 guidelines for spectral measurements. In practice, it might not be possible to achieve all requirements of speed, spatial resolution and ISO 13655 spectral sampling in a cost-effective multispectral imaging system. One trade-off is to decrease the number of spectral channels. This can result in different numerical values for the colorimetry of a specimen when compared to measurements conforming to ISO 13655. Unless the data being compared are all based on the same set of measurement and computational choices it is not be possible to make reliable comparisons.
This document is aligned with some aspects of ISO 13655, making use of many definitions such as light sources and tables for colorimetric computation. When using a non-standard number of spectral bands, ASTM E2022-16[2] provides a method to be used to calculate tables of weighting factors for tristimulus integration using custom spectral power distributions and spectral sampling intervals and ranges. This document is part of a series of standards that allows for different choices for measurement and computation for different application areas. Subsequent parts set out the specification needed for each application area following the structure defined in this document.
In light of the variation in the number of spectral channels, the inter-instrument agreement between a multispectral imaging system and ISO 13655 compliant spectrophotometers can be significantly poorer than the agreement between ISO 13655 compliant instruments. The user of multispectral imaging devices is advised to weigh the benefits of an imaging device with colour fidelity better than an RGB camera with the drawback of measurements that do not agree with spectrophotometers.