Cos'è il canale alfa? Come funziona la trasparenza delle immagini

Ogni pixel di un'immagine normale è descritto da tre numeri: quanto rosso, verde e blu contiene. Basta per dire di che colore è il pixel, ma non se ci si può vedere attraverso. Il canale alfa è un quarto numero per pixel che fa proprio questo: memorizza l'opacità, da completamente trasparente a completamente opaco.

Quando si parla di "un PNG con sfondo trasparente", si intende un'immagine con canale alfa in cui i pixel dello sfondo hanno alfa zero. Questa guida spiega come funziona quel numero, i due modi in cui i software lo memorizzano, perché i bordi vengono male e come verificare cosa contiene davvero un file.

RGBA: quattro canali per pixel

MDN definisce il canale alfa in modo semplice: i colori sono fatti di canali (rosso, verde e blu) e, per descrivere un colore "attraverso il quale si può vedere in parte lo sfondo", si aggiunge un quarto canale. Un'immagine con tutti e quattro si chiama RGBA.

Il valore si può scrivere in diversi modi, che significano tutti la stessa cosa:

La specifica PNG lo dice con precisione: un valore alfa pari a zero è trasparenza totale, il valore massimo per la profondità di bit è opacità totale, e i valori intermedi sono pixel parzialmente trasparenti "che possono essere composti su un'immagine di sfondo".

Sono proprio quei valori intermedi a contare. Un buon ritaglio non è solo "soggetto opaco, sfondo trasparente". I pixel lungo il bordo, soprattutto su capelli, pelo, tessuti, vetro e sfocatura da movimento, sono parzialmente trasparenti, ed è questo che fa sembrare naturale il soggetto su un nuovo sfondo invece che ritagliato con le forbici.

Come viene disegnato un pixel trasparente

Quando un'app mette la tua immagine sopra qualcos'altro, fonde ogni pixel con ciò che c'è dietro. La specifica W3C Compositing and Blending dà la formula di base:

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)

Nel caso comune di uno sfondo opaco, diventa una media ponderata. Un pixel con alfa 0,3 contribuisce con il 30% del proprio colore e lascia passare il 70% dello sfondo.

Alfa diretto e premoltiplicato

Esistono due modi per memorizzare il colore di un pixel parzialmente trasparente, e confonderli è una causa classica di frange scure o chiare.

L'alfa diretto (detto anche non associato o non premoltiplicato) memorizza il colore come se il pixel fosse completamente opaco e tiene l'opacità a parte. Un pixel rosso puro semitrasparente viene memorizzato come rosso 255, verde 0, blu 0, alfa 128.

L'alfa premoltiplicato (detto anche associato) memorizza il colore già moltiplicato per l'alfa. Lo stesso pixel viene memorizzato come rosso 128, verde 0, blu 0, alfa 128. Come dice la specifica PNG, un'immagine del genere "è già composta su uno sfondo nero".

Quale si usa dipende dal formato e dal software:

• Il PNG usa sempre l'alfa diretto. La specifica lo dice esplicitamente e osserva che questo permette a un editor di cambiare facilmente la trasparenza di un'immagine.
• Pipeline grafiche, motori di gioco e strumenti di compositing video lavorano spesso internamente in alfa premoltiplicato, perché i calcoli di fusione sono più semplici e il filtraggio si comporta meglio.

I problemi nascono quando un programma scrive valori premoltiplicati e un altro li legge come diretti. I colori lungo i bordi risultano troppo scuri, con un sottile contorno nero. Al contrario, i bordi diventano troppo chiari. Se vedi un bordo scuro costante su ogni ritaglio di uno stesso strumento, la prima cosa da sospettare è un errore di premoltiplicazione.

Perché i ritagli hanno gli aloni

Un alone è un bordo visibile intorno al soggetto che non gli appartiene. Ci sono quattro cause comuni, ognuna con la sua soluzione.

1. Il vecchio sfondo è rimasto nei pixel del bordo

Una fotocamera non cattura mai un confine netto. Una ciocca di capelli davanti a una siepe verde produce pixel in parte capelli e in parte siepe. Se il ritaglio mantiene i colori originali di quei pixel e li rende solo semitrasparenti, il verde resta mescolato. Messo su bianco, il soggetto avrà un leggero bagliore verde.

La soluzione è la decontaminazione del colore: stimare il vero colore di primo piano di ogni pixel del bordo e scrivere quello. Photoshop la chiama Decontamina colori, nell'area di lavoro Seleziona e maschera, e la libreria open source rembg ha un'opzione decontaminate che fa la stessa cosa. Cambia i colori del bordo, mai la forma della maschera.

2. La maschera è troppo netta

Se la maschera ha solo pixel completamente opachi e completamente trasparenti, i bordi appaiono seghettati, e l'antialiasing della foto originale lascia una riga di un pixel del colore dello sfondo intorno al soggetto. Soggetti morbidi come i capelli richiedono una maschera morbida con veri valori intermedi.

3. Colori nascosti nei pixel trasparenti

In un file con alfa diretto, un pixel con alfa zero ha comunque valori di rosso, verde e blu. Non si vedono, ma ridimensionare o sfocare un'immagine mescola i pixel vicini, e se quei colori nascosti sono bianchi o neri si riversano sul bordo visibile. Le buone librerie di immagini lo evitano premoltiplicando prima di ridimensionare e riconvertendo dopo.

4. L'immagine è stata appiattita su un colore

GIF e PNG a palette spesso supportano solo una trasparenza acceso/spento, quindi gli strumenti ammorbidiscono il bordo su un colore di matte, di solito bianco, prima di salvare. L'immagine sta bene sul bianco e mostra una frangia bianca su qualsiasi sfondo più scuro. Se il ritaglio andrà su sfondi scuri, esportalo invece con alfa completo.

Maschere, matte e alfa: il vocabolario

Queste parole si sovrappongono e vengono usate in modo approssimativo. Ecco il significato più comune:

• Canale alfa: i valori di opacità memorizzati in un file immagine, uno per pixel.
• Maschera: un'immagine in scala di grigi che controlla quali parti di un'altra immagine sono visibili. Nelle maschere di livello di Photoshop il bianco mostra e il nero nasconde, mentre i grigi sono parzialmente visibili. Una maschera si modifica senza toccare i pixel originali, ed è per questo che i professionisti rimuovono gli sfondi con le maschere invece che con la gomma.
• Matte: il termine del cinema e del compositing per la stessa idea, un'immagine in scala di grigi che definisce cosa si tiene. Il "matting" è il problema di calcolare matte morbidi e precisi per bordi difficili come i capelli.
• Trimap: una mappa grossolana a tre zone (sicuramente primo piano, sicuramente sfondo, incerto) che alcuni algoritmi di matting usano come punto di partenza.
• Maschera binaria o netta: solo bianco e nero, senza grigi. Va bene per scatole e loghi, male per i capelli.
• Ritaglio: il risultato finale, i colori del soggetto più un canale alfa.

Una maschera e un canale alfa contengono la stessa informazione. Molti strumenti permettono di esportare l'uno o l'altra: un PNG trasparente con l'alfa incorporato, oppure un'immagine di maschera in bianco e nero separata da applicare tu stesso in un editor o in uno strumento video.

Quali formati possono memorizzare l'alfa

Per un confronto completo di questi formati, vedi PNG, JPEG o WebP.

Come verificare se un'immagine ha la trasparenza

Un file che finisce in .png non è una prova di trasparenza. Molti PNG sono completamente opachi, e alcune immagini "trasparenti" trovate online sono JPEG con una scacchiera grigia e bianca dipinta nei pixel. Ecco metodi affidabili per controllare.

A occhio

Metti l'immagine su uno sfondo scuro e su uno chiaro, ad esempio in una slide o in uno strumento di grafica. Un vero ritaglio mostra il colore dello sfondo intorno al soggetto in entrambi i casi. Se vedi ancora una scacchiera, fa parte dell'immagine, non è trasparenza.

Con 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

%A indica il canale di trasparenza (la parola esatta stampata cambia tra ImageMagick 6 e 7), e %[opaque] calcola se ogni pixel è completamente opaco. Quello che vuoi è un canale alfa e false.

Con Python e Pillow

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

Il controllo degli estremi individua il caso comune di un file RGBA in cui ogni pixel è opaco.

Quando la piattaforma ignora l'alfa

Alcuni siti eliminano o ignorano la trasparenza. Etsy dice che i PNG trasparenti non sono supportati e che le aree trasparenti possono apparire nere, e marketplace come Amazon e Walmart vogliono comunque le immagini principali su bianco puro. In questi casi appiattisci tu il ritaglio sul colore di sfondo, così controlli il risultato. Sul tuo sito, nelle slide e negli strumenti di grafica, mantieni l'alfa.

Ottenere rapidamente un canale alfa pulito

Se ti servono ritagli con bordi morbidi invece di maschere nette, removebackground.dev produce file PNG o WebP trasparenti con un canale alfa completo, e la sua API può anche restituire solo la maschera in scala di grigi.