Der Alphakanal oder α-Kanal ist ein Begriff aus der Computergrafik. Ein digitales Bild enthält in der Regel Farbinformationen. Falls in der Bilddatei ein Alphakanal enthalten ist, finden sich dort zusätzliche Informationen zur Transparenz. Der Alphakanal ist also ein zusätzlicher Kanal, der in Rastergrafiken die Durchsichtigkeit der einzelnen Pixel (Bildpunkte) speichert. Die Darstellung eines Bildes mit Alphakanal auf einem Hintergrund wird als Alpha Blending bezeichnet. Eine typische Anwendung ist eine Szene im Freien, bei der die Vordergrundelemente einen Alphakanal besitzen und deswegen der Hintergrund mit dem Himmel komplett ersetzt werden kann, ohne dass die Manipulation auffällt.
Geschichte Bearbeiten
In der Filmtechnik waren bereits Jahrzehnte vor der Erfindung des Computers sogenannte Mattes gebräuchlich – Filmstreifen, die einzelne Objekte darstellten und die über einen Hintergrund gelegt werden konnten (Compositing). Mit der Einführung digitaler Filmtechniken wurden auch digitale Mattes entwickelt.
Der Begriff integral alpha wurde 1977 von Alvy Ray Smith und Edwin Catmull für die Idee eingeführt, dass Transparenzinformationen nicht in einer separaten digitalen Matte, sondern zusammen mit den Pixeln gespeichert werden sollten, um den Prozess zu vereinfachen. Dieser zusätzliche Bildkanal wurde „Alphakanal“ (alpha channel), die entsprechenden Pixel „RGBA“-Pixel genannt. Die Bezeichnung „Alpha“ bezieht sich auf die Variable in der klassischen Formel zur linearen Interpolation
wie sie beim Alpha Blending verwendet wird. Durch die Einführung des Alphakanals wurden digitale Mattes überflüssig. 1984 entwickelten Thomas Porter und Tom Duff verfeinerte Alpha-Blending-Techniken (siehe auch Porter-Duff Composition).
Für ihre Verdienste bei der Entwicklung digitaler Compositing-Techniken erhielten Catmull, Porter, Duff und Smith 1996 einen Engineering Award der Academy of Motion Picture Arts and Sciences.
Speicherung und Darstellung Bearbeiten
Im Alphakanal werden bei verschiedenen Grafikformaten (z. B. PNG, PSD, TGA, DDS oder TIFF) Transparenzinformationen zusätzlich zu den eigentlichen Bilddaten gespeichert. Dabei besitzt ein Alphakanal meist dieselbe Farbtiefe wie ein Farbkanal eines Bildes. So umfasst ein Alphakanal bei einem 8-Bit-Bild 256 Stufen. Dem Wert Alpha=0 entspricht das Attribut „vollständig transparent“, d. h. unsichtbar. Alpha=255 entspricht „nicht transparent“.
Die maximale Anzahl der möglichen Transparenzabstufungen richtet sich nach der Anzahl der für den Alphakanal verwendeten Bits. Ein binärer Alphakanal ist ein minimaler Alphakanal, der 1 Bit verwendet und daher nur angeben kann, ob ein Bildpunkt entweder vollständig transparent oder vollständig opak ist. Im Ergebnis der Benutzung eines binären Alphakanals vergleichbar, kann auch eine Farbe eines Bildes als transparent definiert werden. Diese Art Transparenz wird im Graphics Interchange Format (GIF) verwendet, wodurch ein Farbton weniger zur Darstellung verwendet werden kann. Sie ist jedoch kein Alphakanal im technischen Sinne, da die Transparenzinformationen nicht für jeden Bildpunkt einzeln gespeichert werden. Andere Formate erlauben oft ein zusätzliches Byte pro Pixel und somit 28 = 256 Abstufungen. Im Gegensatz zum GIF kann im PNG-Dateiformat ein 8- oder 16-Bit-Alphakanal benutzt werden. Bei diesem „echten“ Alphakanal spricht man dann auch von Grafiken mit vier Kanälen, die oft als RGBA abgekürzt werden (Rot, Grün, Blau, Alpha).
Arten von Alphakanälen Bearbeiten
Alphakanäle können auf drei verschiedene Arten gespeichert werden:
Weitere Anwendungen Bearbeiten
Alphakanäle können in diversen Bildbearbeitungsprogrammen definiert werden. Dabei können etwa auch Auswahlen im Bild für die spätere Wiederverwendung gespeichert werden. In Photoshop werden temporäre Alphakanäle gebildet, wenn eine Ebene maskiert wird. Alphakanäle können auch zum Freistellen eines Bildes verwendet werden. Dies geschieht oft, indem ein bestehender Farbkanal zu einem Alphakanal kopiert wird und dann mit den Bildbearbeitungsfunktionen (Kurven, Kontraste, Pinsel usw.) rasch bearbeitet werden kann.
Bei GIMP lässt sich der Alphakanal über die im Kontextmenü vorhandene Funktion „Auswahl aus Alphakanal“ auch für das Freistellen (auf anderen Ebenen oder in anderen Bildern) verwenden.
Ein Alphakanal kann auch für Videos verwendet werden, um Objekte vom Hintergrund zu trennen. Dabei kann der Alphakanal direkt mit dem Video oder in einer separaten Videodatei gespeichert werden.
Literatur Bearbeiten
- Thomas Porter, Tom Duff: Compositing Digital Images. In SIGGRAPH 1984 Proceedings. S. 253–259. ACM, New York 1984, ISBN 0-89791-138-5 (PDF, 730 kB)
- Alvy Ray Smith: Alpha and the History of Digital Compositing. Technical Memo 7, 1995 ( (Memento vom 11. März 2015 im Internet Archive))
- Alvy Ray Smith: Digital Paint Systems: An Anecdotal and Historical Overview. IEEE Annals of the History of Computing 23, 2 (Apr–Jun 2001): 4–30, ISSN 1058-6180
Einzelnachweise Bearbeiten
- Alvy Ray Smith: Digital Paint Systems: An Anecdotal and Historical Overview, S. 6
- Alvy Ray Smith: Alpha and the History of Digital Compositing, S. 5
- Alvy Ray Smith: Digital Paint Systems: An Anecdotal and Historical Overview, S. 27