科技论文中的图片

俗话说「一图胜千言」。图片带来的信息量往往远超同样面积文字带来的信息量——君不见,「看图说话」这一技能从小学开始一直训练到大学甚至研究生阶段。可见图片是论文写作中很重要的一环。

另一方面,图片无处不在;普通用户从刚接触计算机开始,就接触了很多的图片。对于司空见惯的事物,人们往往会「自我感觉良好」而忽略了其中的很多细节。这种忽略,造成了论文写作中千奇百怪的图片问题。

这篇文章受邀就图片的格式和分辨率做一些展开讨论,希望能帮助读者避免一些坑。

图片格式

图片的格式多种多样,最常见的有 jpg, png, gif 等。在具体讨论这些图片格式之前,首先我们要讨论一下矢量图和位图的区别。

矢量图 位图
表示图像的方法 用点、直线、多边形表示 用像素表示
保存的信息 只需要保存点、距离、线条颜色、填充颜色等信息,文件体积小 需要保存每个像素的颜色信息,文件体积大
缩放 放大或缩小不会失真 放大到一定程度时会失真
常见格式 ai, eps, pdf, svg, dwg, dxf, cdr, emf bmp, jpg, png, gif, tif(f)

显然,因为矢量图的种种优异特性,在有选择余地时,我们应当优先选择矢量图作为论文插图格式。

这里需要注意的一点是,虽然诸如 eps 格式的图片支持矢量图,但并不是所有格式为 eps 的图片都是矢量图。这是因为,出于兼容性考虑,往往支持矢量图的格式,也能够用来保存位图。因此,

  • 位图格式的图片,一定是位图;
  • 矢量图格式的图片,可能是矢量图,也可能是位图,需要仔细判断。

对于 LaTeX 用户来说,建议的图片格式顺序如下:

  • pdf:PDF 格式支持矢量图,并且一般用 LaTeX 输出的就是 PDF 格式的文档,兼容性相对最好。
  • png:PNG 格式是位图里信息丢失较少的格式,因此推荐。
  • jpg:对于「照片」类图片资源,使用 JPG 格式也是可以接受的。
  • eps:EPS 格式可以支持矢量图,但由于历史原因,和 EPS 格式相关的问题很多,因此除非在期刊有要求的情况下,不推荐使用 EPS 格式的图片。

图片分辨率

分辨率这个概念用处比较多。对于图片来说有分辨率,对于显示器来说有分辨率,对于打印机、光学鼠标、扫描仪等来说也有分辨率。因此分辨率这个概念,粗看好像很容易理解,细细一想也是蛮让人头疼的。

要确切地理解分辨率,就要从源头开始,搞清楚为什么会设定这样一个概念。

抛开量子力学来说,普通人能接触到的自然世界的物体,都可以认为是连续的。但是,在涉及到图像处理时,由于硬件的限制,计算机往往很难用连续的办法描绘、应用图像。这种情况下,人们就发明了「像素」这个概念——用一个像素来描绘像素内的平均图像信息。——这其实是「模拟信号」和「数字信号」的关系。这样一来,当单个像素面积趋向于无穷小时,计算机描绘的整体图像就趋近于真实情况。反过来说,单位面积的像素趋向于无穷大时,计算机描绘的整体图像就趋向于真实情况。

请注意,这里用了「描绘」这样一个相对来说比较模糊的词。这是为了让这一阐述能够适应多个涉及到图像处理的情况。

  • 对于位图,「描绘」就简单地指位图所记录的图像信息。显然像素越小,图像信息的细节就越丰富。
  • 对于显示器,「描绘」指显示器对图像信息的「呈现」。显然像素越小,显示器描绘的图像就越逼真。
  • 对于打印机,「描绘」侧重打印时对图像细节信息的重现。显然像素越小,打印机的打印结果就越清晰。
  • 对于光学鼠标、扫描仪、感光设备,「描绘」侧重对图像光学信号的「捕捉」。显然像素越小,光学鼠标、扫描仪、感光设备就越灵敏。

小结一下,由于计算机很难直接处理模拟信号,因此不得不借用像素这个概念将图像信息转换成数字信号。因此,计算机内部处理的图像数据对真实情况描绘得越精确,就要求像素越小,也就是单位面积像素的数量越高。

于是,我们将单位长度(通常以英寸计)内像素数量 ppi 作为分辨率的单位。在感光设备上,我们也用单位长度内感光元件(点)的数量 dpi 作为分辨率的单位。值得一提的是,感光元件(点)一般来说最终会一一对应到像素上。因此在不严肃的场合下,ppi 和 dpi 可以认为是同一单位。

接下来的问题是,在科技论文写作过程中,如果无法提供矢量图——因为矢量图永远是足够清晰的——而只能提供位图,我们提供多高分辨率的图片比较合适呢?与直觉可能相反:图像本身的细节越丰富,则投稿时图像所需的分辨率越低。这是因为,图像本身的细节丰富,意味着图像本身携带信息的冗余度较高。这时因为分辨率下降而带来的信息损失,对于阅读来说不容易造成坏的影响。按照以往经验,推荐的分辨率如下表所示。

图像细节丰富程度 建议的分辨率
细节丰富的彩色、灰度图 300ppi
以色块区分的图表 600ppi
以单纯线条区分的黑白图表 1200 ppi
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