ما هي قناة ألفا؟ كيف تعمل الشفافية في الصور

كل بكسل في الصورة العادية توصفه ثلاثة أرقام: مقدار الأحمر والأخضر والأزرق فيه. هذا يكفي لمعرفة لون البكسل، لكنه لا يكفي لمعرفة هل يمكنك الرؤية من خلاله. قناة ألفا رقم رابع لكل بكسل يؤدي هذه المهمة بالضبط: يخزّن العتامة، من الشفافية التامة إلى العتامة التامة.

عندما يتحدث الناس عن "PNG بخلفية شفافة"، فهم يقصدون صورة فيها قناة ألفا وقيمة ألفا لبكسلات الخلفية فيها صفر. يشرح هذا الدليل كيف يعمل هذا الرقم، والطريقتين اللتين تخزّنه بهما البرامج، ولماذا تفسد الحواف، وكيف تتحقق مما يحتويه الملف فعلًا.

RGBA: أربع قنوات لكل بكسل

تعرّف MDN قناة ألفا ببساطة: الألوان تتكون من قنوات (الأحمر والأخضر والأزرق)، ولوصف لون "يمكن رؤية الخلفية من خلاله إلى حد ما" تُضاف قناة رابعة. والصورة التي فيها القنوات الأربع تسمى RGBA.

يمكن كتابة القيمة بعدة طرق، وكلها تعني الشيء نفسه:

تصوغ مواصفات PNG ذلك بدقة: قيمة ألفا صفر تعني شفافية تامة، والقيمة القصوى لعمق البت تعني عتامة تامة، والقيم المتوسطة بكسلات شفافة جزئيًا "يمكن دمجها مع صورة خلفية".

هذه القيم المتوسطة هي الجزء المهم. الصورة المقصوصة الجيدة ليست مجرد "عنصر معتم وخلفية شفافة". البكسلات على امتداد الحافة، خاصة في الشعر والفرو والقماش والزجاج وضبابية الحركة، شفافة جزئيًا، وهذا ما يجعل العنصر يبدو طبيعيًا على خلفية جديدة بدل أن يبدو مقصوصًا بمقص.

كيف يُرسم البكسل الشفاف

عندما يضع تطبيق صورتك فوق شيء آخر، يمزج كل بكسل بما خلفه. تعطي مواصفات W3C للدمج والمزج (Compositing and Blending) المعادلة الأساسية:

result = Cs x as + Cb x ab x (1 - as)

Cs, as = color and alpha of your image (the source)
Cb, ab = color and alpha of what is behind it (the backdrop)

في الحالة الشائعة لخلفية معتمة، يصبح ذلك متوسطًا مرجحًا. البكسل بقيمة ألفا 0.3 يساهم بـ 30% من لونه ويترك 70% من الخلفية تظهر.

ألفا المستقيمة مقابل ألفا المضروبة مسبقًا

هناك طريقتان لتخزين لون بكسل شفاف جزئيًا، والخلط بينهما مصدر كلاسيكي للهوامش الداكنة أو الساطعة.

ألفا المستقيمة (straight، وتسمى أيضًا غير المرتبطة أو غير المضروبة مسبقًا) تخزّن اللون كما لو كان البكسل معتمًا تمامًا، وتحتفظ بالعتامة منفصلة. البكسل الأحمر النقي نصف الشفاف يُخزَّن كأحمر 255 وأخضر 0 وأزرق 0 وألفا 128.

ألفا المضروبة مسبقًا (premultiplied، وتسمى أيضًا المرتبطة) تخزّن اللون مضروبًا مسبقًا في ألفا. البكسل نفسه يُخزَّن كأحمر 128 وأخضر 0 وأزرق 0 وألفا 128. وكما تقول مواصفات PNG، هذه الصورة "مدموجة مسبقًا على خلفية سوداء".

تعتمد الطريقة التي يستخدمها الملف على الصيغة والبرنامج:

• يستخدم PNG دائمًا ألفا المستقيمة. تقول المواصفات ذلك صراحة، وتذكر أن هذا يتيح لبرنامج التعديل تغيير شفافية الصورة بسهولة.
• خطوط معالجة الرسوميات ومحركات الألعاب وأدوات دمج الفيديو تعمل غالبًا بألفا المضروبة مسبقًا داخليًا، لأن رياضيات المزج أبسط والترشيح يتصرف بشكل أفضل.

تبدأ المشكلات عندما يكتب برنامج قيمًا مضروبة مسبقًا ويقرؤها برنامج آخر كقيم مستقيمة. تخرج الألوان على امتداد الحواف أدكن من اللازم، فيظهر إطار أسود رفيع. والعكس يجعل الحواف أسطع من اللازم. إذا رأيت حافة داكنة ثابتة حول كل صورة مقصوصة من أداة واحدة، فعدم تطابق الضرب المسبق هو أول ما تشك فيه.

لماذا تظهر الهالات حول الصور المقصوصة

الهالة حافة ظاهرة حول العنصر لا تنتمي إليه. هناك أربعة أسباب شائعة، ولكل منها حله.

1. الخلفية القديمة مدمجة في بكسلات الحافة

لا تلتقط الكاميرا حدًا نظيفًا أبدًا. خصلة شعر أمام سياج أخضر تنتج بكسلات جزء منها شعر وجزء سياج. إذا احتفظ القص بالألوان الأصلية لهذه البكسلات وجعلها شبه شفافة فقط، يبقى الأخضر ممزوجًا فيها. وعلى الأبيض، يظهر حول العنصر توهج أخضر خافت.

الحل هو إزالة التلوث اللوني: تقدير اللون الأمامي الحقيقي لكل بكسل في الحافة وكتابته بدلًا من الأصلي. يسمي Photoshop ذلك Decontaminate Colors في مساحة عمل Select and Mask، ولدى مكتبة rembg مفتوحة المصدر خيار decontaminate يفعل الشيء نفسه. إنه يغيّر ألوان الحافة، ولا يغيّر شكل القناع أبدًا.

2. القناع حاد أكثر من اللازم

إذا كان القناع لا يحتوي إلا على بكسلات معتمة تمامًا وشفافة تمامًا، تبدو الحواف مسننة، وأي تنعيم للحواف (antialiasing) في الصورة الأصلية يترك خطًا بعرض بكسل واحد بلون الخلفية حول العنصر. العناصر الناعمة مثل الشعر تحتاج إلى قناع ناعم بقيم متوسطة حقيقية.

3. ألوان مخفية في البكسلات الشفافة

البكسل بقيمة ألفا صفر ما زالت له قيم للأحمر والأخضر والأزرق في ملف بألفا مستقيمة. لا تستطيع رؤيتها، لكن تغيير مقاس الصورة أو تمويهها يمزج البكسلات المتجاورة، وإذا كانت هذه الألوان المخفية بيضاء أو سوداء فإنها تتسرب إلى الحافة المرئية. مكتبات الصور الجيدة تتجنب ذلك بالضرب المسبق قبل تغيير المقاس ثم التحويل بعده.

4. الصورة دُمجت على لون

ملفات GIF وPNG ذات لوحة الألوان تدعم غالبًا شفافية "تشغيل أو إيقاف" فقط، لذلك تنعّم الأدوات الحافة على لون خلفية (matte)، عادةً الأبيض، قبل الحفظ. تبدو هذه الصورة جيدة على الأبيض وتظهر حولها هالة بيضاء على أي لون أدكن. إذا كانت صورتك المقصوصة ستوضع على خلفيات داكنة، فصدّرها بقناة ألفا كاملة بدلًا من ذلك.

الأقنعة والـ mattes وألفا: المصطلحات

هذه الكلمات متداخلة وتُستخدم بشكل فضفاض. هكذا يُقصد بها عادةً:

• قناة ألفا: قيم العتامة المخزنة داخل ملف الصورة، قيمة لكل بكسل.
• القناع (mask): صورة رمادية تتحكم في الأجزاء المرئية من صورة أخرى. في أقنعة الطبقات في Photoshop، الأبيض يُظهر والأسود يخفي، والرمادي مرئي جزئيًا. يمكن تعديل القناع دون المساس بالبكسلات الأصلية، ولهذا يزيل المحترفون الخلفيات بالأقنعة لا بالممحاة.
• الـ matte: مصطلح السينما والدمج للفكرة نفسها، صورة رمادية تحدد ما يُحتفظ به. و"الـ matting" هو مشكلة حساب mattes ناعمة ودقيقة للحواف الصعبة مثل الشعر.
• الـ trimap: خريطة تقريبية من ثلاث مناطق (أمامية بالتأكيد، خلفية بالتأكيد، غير مؤكدة) تستخدمها بعض خوارزميات الـ matting نقطة بداية.
• القناع الثنائي أو الحاد: أبيض وأسود فقط، بلا رمادي. مناسب للصناديق والشعارات، وضعيف مع الشعر.
• الصورة المقصوصة (cut-out): النتيجة النهائية، ألوان العنصر مع قناة ألفا.

يحمل القناع وقناة ألفا المعلومات نفسها. وتتيح لك أدوات كثيرة تصدير أي منهما: PNG شفاف بقناة ألفا مدمجة، أو صورة قناع منفصلة بالأبيض والأسود تطبقها بنفسك في برنامج تعديل أو أداة فيديو.

أي الصيغ تستطيع تخزين ألفا

لمقارنة كاملة بين هذه الصيغ، راجع PNG مقابل JPEG مقابل WebP.

كيف تتحقق هل في الصورة شفافية

انتهاء اسم الملف بـ .png ليس دليلًا على الشفافية. ملفات PNG كثيرة معتمة تمامًا، وبعض الصور "الشفافة" المنتشرة على الإنترنت ملفات JPEG رُسمت فيها رقعة شطرنج رمادية وبيضاء داخل البكسلات. إليك طرقًا موثوقة للتحقق.

بالعين

ضع الصورة على خلفية داكنة وعلى خلفية فاتحة، مثلًا في شريحة أو أداة تصميم. الصورة المقصوصة الحقيقية يظهر حول عنصرها لون الخلفية في الحالتين. إذا ما زلت ترى رقعة شطرنج، فهي جزء من الصورة لا شفافية.

باستخدام ImageMagick

# Does the file have an alpha channel at all?
identify -format "%A\n" photo.png

# Is it fully opaque anyway? (true means no visible transparency)
identify -format "%[opaque]\n" photo.png

يعرض %A قناة الشفافية (الكلمة الدقيقة المطبوعة تختلف بين ImageMagick 6 و7)، ويحسب %[opaque] هل كل بكسل معتم تمامًا. المطلوب وجود قناة ألفا والنتيجة false.

باستخدام Python وPillow

from PIL import Image

im = Image.open("photo.png")
print(im.mode)                    # RGBA or LA means an alpha channel
print(im.has_transparency_data)   # True if the file carries any transparency info

if "A" in im.getbands():
    lo, hi = im.getchannel("A").getextrema()
    print("alpha range:", lo, hi)  # lo == 255 means nothing is transparent

فحص القيم القصوى والدنيا يكتشف الحالة الشائعة لملف RGBA كل بكسلاته معتمة.

عندما تتجاهل المنصة ألفا

بعض الأماكن تحذف الشفافية أو تتجاهلها. يقول Etsy إن ملفات PNG الشفافة غير مدعومة وقد تظهر المناطق الشفافة سوداء، والمتاجر الإلكترونية مثل Amazon وWalmart تريد الصور الرئيسية على أبيض نقي على أي حال. في هذه الحالات، ادمج الصورة المقصوصة على لون الخلفية بنفسك حتى تتحكم في النتيجة. أما على موقعك الخاص وفي العروض التقديمية وأدوات التصميم، فاحتفظ بقناة ألفا.

الحصول على قناة ألفا نظيفة بسرعة

إذا كنت تحتاج إلى صور مقصوصة بحواف ناعمة لا أقنعة حادة، فإن removebackground.dev ينتج ملفات PNG أو WebP شفافة بقناة ألفا كاملة، ويمكن لواجهة API الخاصة به أيضًا إعادة القناع الرمادي وحده.