Extreme Color Compression: A Hybrid JPEG-XL and JPEG-2000 Pipeline.

كل صورة فوتوغرافية نلتقطها هي حوار بين الضوء والذاكرة. فعندما تلتقط الكاميرا مشهداً، فإنها تسجل نوعين متميزين من المعلومات: سطوع العالم، الذي يحدد الأشكال والحواف، واللون، الذي يضفي ثراء السماء والجلد والنباتات. لعقود من الزمن، عرف العلماء والمهندسون أن العين البشرية أكثر حساسية لنوع المعلومات الأول منه للثاني؛ إذ يمكننا تمييز صخرة مسننة أو وجهاً بعيداً في الظلام، لكننا نكافح للتمييز بين درجات الأزرق أو الأخضر الخفيفة في نفس الإضاءة المنخفضة. لقد وجه هذا الواقع البيولوجي كيفية تخزيننا للصور لفترة طويلة، إلا أن دراسة جديدة تشير إلى أننا كنا متحفظين للغاية في كمية بيانات الألوان التي نحتفظ بها.

لقد تعامل الباحثون تقليدياً مع اللون والسطوع كشريكين يجب ضغطهما معاً، وغالباً باستخدام مجموعة واحدة من القواعد لكليهما. لكن نهجاً جديداً، طورته الباحث المستقلة ليزلي دالتون، يقترح فصلاً جذرياً؛ فمن خلال التعامل مع سطوع الصورة بمعيار حديث واحد ولونها بمعيار آخر، تُظهر الدراسة أنه يمكننا تقليص حجم ملف معلومات الألوان بآلاف المرات دون أن يلاحظ العين البشرية أي فرق. هذا الأسلوب، الذي تسميه المؤلفة "الضغط اللوني الفائق" (Extreme Color Compression)، يتحدى الافتراض القائل بأن اللون عالي الدقة ضروري لصورة عالية الجودة، موضحاً بدلاً من ذلك أن الهيكل العظمي البنائي للصورة أهم بكما من الطلاء الموجود على سطحها.

ولاختبار هذه الفكرة، جمعت الباحثة ثمانمائة صورة عالية الدقة لمشاهد يومية، تتراوح من الأشخاص والحيوانات إلى المناظر الطبيعية والزهور. بدأت العملية بتفكيك كل صورة إلى مكوناتها الثلاثة الأساسية: قناة للسطوع، وقناتان منفصلتان للون. تم ضغط قناة السطوع باستخدام أداة حديثة قوية تسمى JPEG-XL، وهي مصممة للحفاظ على التفاصيل الدقيقة. أما قناتا اللون، فقد خضعتا لمعالجة مختلفة باستخدام معيار قديم يُعرف باسم JPEG-2000. كان الهدف هو معرفة مقدار بيانات الألوان التي يمكن التخلص منها قبل أن تبدو الصورة تالفة. اختبرت الباحثة مستويات ضغط كانت مذهلة في شدتها، حيث قللت معلومات الألوان بمعاملات قدرها 250، و1,000، وحتى 10,000 مرة.

كانت النتائج مفاجئة. فحتى عندما تم ضغط بيانات الألوان بمعامل 3,000، ظلت الصور غير قابلة للتمييز عن الأصل بالنسبة للمراقب البشري. وعندما قامت الباحثة بتكبير الصور، وفحصها تحت تكبير يكشف عن البكسلات الفردية، ظلت التفاصيل الهيكلية حادة وواضحة. وبدت الألوان، رغم ضغطها الشديد، طبيعية. وفقط عندما وصل الضغط إلى مستويات قصوى، مثل 4,000 أو 10,000 مرة، بدأت الصور تظهر علامات المشاكل، حيث بدأت بقع من الألوان تختفي ببساطة أو تصبح مسطحة. ومع ذلك، حتى عند هذه المستويات القصوى، ظل الهيكل الأساسي للصورة — أي أشكال الأشياء وملمس الأسطح — سليماً لأن قناة السطوع تم الحفاظ عليها بعناية فائقة.

كما قامت الدراسة بقياس الصور باستخدام أدوات حاسوبية موضوعية مصممة لمحاكاة الرؤية البشرية. وأكدت هذه الأدوات ما رآه المراجعون البشر: بقيت الجودة الهيكلية للصور عالية بشكل ملحوظ حتى مع تجريد بيانات الألوان. وعند نسبة ضغط بلغت 1,000، احتفظت الصور بمستوى من الجودة صنفته النماذج الحاسوبية بأنه ممتاز. ومع ذلك، فإن الاكتشاف الأكثر إثارة كان التأثير على مساحة التخزين. في الصورة النموذجية، تشغل بيانات الألوان جزءاً كبيراً من الملف. وفي هذا الأسلوب الجديد، أصبحت بيانات الألوان إضافة صغيرة جداً. فبالنسبة لصورة محددة لمسيرة احتفالية، استغرقت قناة السطوع مساحة صغيرة، لكن قنوات الألوان، بعد ضغطها 3,000 مرة، تطلبت أقل من كيلوبايت واحد لكل منها. وفي المجمل، شكلت معلومات الألوان حوالي واحد ونصف بالمائة فقط من الحجم النهائي للملف، ومع ذلك بدت الصورة ملونة وكاملة.

يشير هذا العمل إلى أن الطريقة التي نؤرشف بها الصور حالياً غير فعالة. لسنوات، كانت الممارسة القياسية هي ضغط السطوع واللون معاً، مما يؤدي غالباً إلى التضحية ببعض التفاصيل في كليهما لتوفية المساحة. ويجادل هذا النهج الجديد بوجوب معاملتهما بشكل مختلف، والإقرار بأن أعيننا تعتمد على السطوع للهيكل وعلى اللون للأجواء. ومن خلال استخدام أداة متخصصة للسطوع وأداة مرنة وعدوانية للون، يمكن تخزين الصور في جزء ضئيل من المساحة التي تتطلبها حالياً. لا تدعي الدراسة أن اللون غير مهم؛ ففي سياقات عديدة، من لافتات السلامة إلى التحذيرات البيولوجية، يعد اللون ضرورياً. ولكن بالنسبة للغالبية العظمى من الصور الفوتوغرافية اليومية، تشير الأبحاث إلى أنه يمكننا أن نكون أكثر سخاءً في كيفية التخلص من بيانات الألوان.

إن التداعيات عملية وفورية. فبالنسبة للمؤسسات التي تخزن ملايين الصور، مثل الأرشيفات الطبية أو المكتبات الرقمية، يمكن لهذا الأسلوب أن يقلل تكلفة التخزين بشكل كبير دون التضحية بالقدرة على التعرف على ما يوجد في الصورة. وقد قدمت الباحثة الكود الحاسوبي المستخدم لإجراء هذه الاختبارات، مما يسمح للآخرين بالتحقق من النتائج. تتضمن العملية أخذ صورة، وتفكيكها، وضغط الأجزاء بشكل مختلف، ثم إعادة تجميعها. إنها عملية بسيطة تستفيد من الطريقة الفريدة التي تعمل بها الرؤية البشرية، وتثبت أنه في بعض الأحيان، لكي نرى العالم بوضوح، لا نحتاج إلى الاحتفاظ بكل درجة من درجات اللون، بل نحتاج فقط إلى الاحتفاظ بالضوء.