ملخص رقمنة الصور وتمثيل اللون — أولى ثانوي

مقدمة

الوحدة السادسة: تصميم المعلومات — الموضوع 6-8

إذا كبّرت صورة على هاتفك كثيرًا ستلاحظ أنها تتكون من مربعات صغيرة ملونة. هذه المربعات هي البكسلات، وكل واحد منها مخزن كرقم ثنائي يحدد لونه. في هذا الدرس نتعلم كيف تتحول الصورة إلى أرقام، وكيف نحسب حجمها، وكيف تُصنع الألوان على الشاشة وفي الطابعة.

أهداف التعلم

أن تعرّف البكسل وترتب خطوات رقمنة الصورة.
أن توضح معنى الدقة والتدرج وأثرهما في الجودة والحجم.
أن تحسب حجم بيانات صورة.
أن تفرق بين التنسيق النقطي والتنسيق المتجهي.
أن تفرق بين المزج الجمعي والطرحي للألوان.

شرح الدرس

البكسل

البكسل (Pixel) أصغر وحدة تُكوّن الصورة الرقمية، والصورة الرقمية ترتيب منتظم من البكسلات في صفوف وأعمدة.

خطوات رقمنة الصورة

تمر الصورة الملتقطة بالكاميرا الرقمية أو الماسح الضوئي بثلاث خطوات:

أخذ العينات (Sampling): نقسم الصورة إلى بكسلات، ونستخرج مستوى السطوع (اللون) الممثل لكل بكسل.
- الدقة (Resolution): درجة دقة البكسلات، وتُقاس بعدد النقاط في البوصة dpi، أو تُكتب “عدد البكسلات الأفقية × عدد البكسلات الرأسية” مثل $1920 \times 1080$ .
التقدير الكمي (Quantization): نحول سطوع كل بكسل إلى قيمة رقمية من عدة مستويات.
- التدرج (Gradation): عدد مستويات اللون لكل بكسل، ويتحدد بعدد البتات المخصصة للبكسل؛ فـ 8 بت تعطي $2^8 = 256$ تدرجًا من 0 إلى 255.
الترميز (Encoding): نكتب القيم بالنظام الثنائي (0 و1).

حجم بيانات الصورة

حجم بيانات الصورة (بالبت) = عدد البكسلات الأفقية × عدد البكسلات الرأسية × عدد بتات اللون لكل بكسل

وكلما ارتفعت الدقة والتدرج صارت الصورة أنعم وأوضح، لكن زاد حجم بياناتها.

التنسيق النقطي والتنسيق المتجهي

وجه المقارنة	التنسيق النقطي (Raster)	التنسيق المتجهي (Vector)
طريقة التمثيل	شبكة من النقاط (البكسلات)	إحداثيات نقاط وزوايا وسمك الخطوط التي تربطها
عند التكبير	تظهر تعرجات (Jaggies)	تبقى الحواف ناعمة
برامج الرسم	برامج التلوين مثل Photoshop	برامج الرسم مثل Illustrator
أمثلة	الصور الفوتوغرافية	الشعارات والرسوم البيانية

تمثيل اللون

الألوان الأساسية للضوء: الأحمر والأخضر والأزرق (RGB). مزجها يزيد السطوع ويقترب من الأبيض.
الألوان الأساسية للصبغة: السماوي والأرجواني والأصفر. مزجها يغمّق اللون ويقترب من الأسود.
المزج الجمعي: الجمع بين ألوان الضوء الأساسية، ويُستخدم في التلفزيون وشاشات الحاسوب.
المزج الطرحي: الجمع بين ألوان الصبغة الأساسية، ويُستخدم في الطابعات الملونة.
الألوان الكاملة (24 بت): كل من الأحمر والأخضر والأزرق يُمثل بـ 8 بت (256 مستوى)، أي $3 \times 8 = 24$ بت لكل بكسل، فيمكن تمثيل $2^{24} = 16{,}777{,}216$ لونًا (نحو 16.7 مليون لون).

أمثلة وتطبيقات

مثال 1: صورة دقتها $1920 \times 1080$ بكسل بألوان كاملة 24 بت. احسب حجمها.

$1920 \times 1080 \times 24 = 49{,}766{,}400$ بت.
بالبايت: $49{,}766{,}400 \div 8 = 6{,}220{,}800$ بايت.
بالميجابايت: $6{,}220{,}800 \div 1024 \div 1024 \approx 5.93$ ميجابايت.

مثال 2: صورة أبيض وأسود فقط (بت واحد لكل بكسل) دقتها $800 \times 600$ : الحجم $800 \times 600 \times 1 = 480{,}000$ بت $= 60{,}000$ بايت.

مثال 3: شعار مدرستك سيُطبع صغيرًا على كراسة وكبيرًا على لافتة؛ الأفضل تصميمه بالتنسيق المتجهي حتى لا تظهر التعرجات عند التكبير.

ملاحظات مهمة

الصور في الملفات تُضغط عادة، فيكون الحجم الفعلي أقل من الحجم المحسوب (سندرس الضغط في الدرس التالي).
الشاشة تستخدم المزج الجمعي، والطابعة تستخدم المزج الطرحي؛ ولذلك قد يختلف لون الصورة المطبوعة قليلًا عن لونها على الشاشة.

المفاهيم الأساسية

البكسل أصغر وحدة في الصورة الرقمية.
رقمنة الصورة: أخذ العينات (الدقة) ← التقدير الكمي (التدرج) ← الترميز.
حجم الصورة بالبت = أفقي × رأسي × بتات اللون.
النقطي يتعرج عند التكبير، والمتجهي يبقى ناعمًا.
الضوء (RGB) مزج جمعي نحو الأبيض في الشاشات، والصبغة مزج طرحي نحو الأسود في الطابعات، والألوان الكاملة 24 بت.

ملخص الدرس

تتكون الصورة الرقمية من بكسلات، ونرقمنها بتقسيمها إلى بكسلات (الدقة) وتحديد مستوى لون كل بكسل (التدرج) ثم كتابته بالثنائي. ويزيد حجم الصورة بزيادة الدقة والتدرج. وتختلف الصور النقطية عن المتجهية عند التكبير، وتُصنع الألوان بمزج جمعي للضوء في الشاشات أو مزج طرحي للصبغة في الطابعات.

أسئلة للتدريب

عرّف البكسل، ورتب خطوات رقمنة الصورة.
كم تدرجًا يمكن تمثيله بـ 4 بت لكل بكسل؟
احسب حجم صورة $640 \times 480$ بكسل بألوان 24 بت، بالبايت.
لماذا تظهر التعرجات عند تكبير صورة نقطية ولا تظهر في المتجهية؟
قارن بين المزج الجمعي والطرحي للألوان من حيث الألوان الأساسية ومكان الاستخدام.