photoshop處理電鏡圖的簡(jiǎn)單介紹

| | | | |

作者：麥子（轉載請注：解螺旋·醫生科研助手）

現在科研大多是* 0末、90后當道了，這一代網(wǎng)絡(luò )原住民可能早在入坑之前，就學(xué)會(huì )了用PS把自己的照片弄得美美噠，磨皮瘦腰不在話(huà)下。后來(lái)聽(tīng)說(shuō)PS居然也是科研常用軟件之一，是不是頓時(shí)覺(jué)得自己老司機附體！

且慢，發(fā)文章用的圖片，如顯微鏡圖像、凝膠圖像、病例報告中的各種臨床照片，跟日常美照可不是一回事呀~盡管我們多多少少都會(huì )一點(diǎn)PS或其他的圖片處理軟件，但科研可是有規矩的。

事實(shí)上，圖片處理問(wèn)題在本世紀初便引起了多家雜志的注意，但一直綿延到2009年，才形成了一套成文的指南，最初是洛克菲勒大學(xué)出版社撰寫(xiě)的，后來(lái)美國科學(xué)誠信辦公室（ORI）和科學(xué)編輯委員會(huì )（CSE）都推薦?，F在許多雜志的圖片處理政策也都以此為基礎。

不幸的是，這么多年過(guò)去了，總有人有意無(wú)意地犯錯，因圖片不當而撤稿的事情屢見(jiàn)不鮮；在已接收的稿件中，也有近1/* 的稿子因圖片問(wèn)題被要求返修。為了避免浪費時(shí)間，或無(wú)意中將自己陷入“造假”的質(zhì)疑聲中，咱們還是了解一下這套規矩吧。

科研數碼圖像恰當使用及處理倫理指南

1)科技數碼圖像是一種數據，有可能因不恰當的處理而失真。

數據不僅是我們熟知的什么蛋白濃度、血壓等直觀(guān)的量化記錄，從顯微鏡、照相機獲取的圖中所有像素都屬于實(shí)驗數據（Image data）。它的亮度、對比度、飽和度等，都是對實(shí)驗的真實(shí)記錄。有時(shí)候我們想通過(guò)調整圖像對比度讓背景更“干凈”，卻無(wú)意中把背景上的數據抹去了。

調整背景不是不可以，但也有“度”。在PS中，可以通過(guò)強度直方圖來(lái)理解。

Sci Eng Ethics. 2010 Dec; 1* (* ): * * 9–* * 7.

這是一個(gè)軟體動(dòng)物四細胞胚胎的共聚焦顯微鏡圖像，展示其細胞骨架。上邊的就是強度直方圖，表示圖片中各像素的灰度值的分布。最左是原始圖，中間的是正確地調整，右邊的是錯誤的調整。有什么區別呢？

我們本來(lái)也不需要太了解PS的原理細節，但不少人都知道可以用Ctrl+L調出“色階”對話(huà)框，通過(guò)調整直方圖來(lái)改變圖像對比度，從而使背景更“干凈”。問(wèn)題就在這里！

這個(gè)直方圖的形狀應該保持不變！像中間的正確圖那樣調整色階，它的直方圖相比于原圖，形狀沒(méi)變，只是中間多了一些空隙，那是因為經(jīng)過(guò)軟件的運算把圖中最暗的點(diǎn)變成全黑，最亮的點(diǎn)變成全白，相當于把直方圖拉寬了。

但如果隨意截取直方圖的其中一段，可以得到如右圖這樣更加“個(gè)性鮮明”的圖，但有一部分像素記錄的信息被你截掉了。直方圖上左右兩邊箭頭指示的長(cháng)柱子，就是不當操作的罪證。

這是最常見(jiàn)的錯誤操作。所以正確的做法是先從“窗口→直方圖”調出直方圖，從右上角菜單中選擇擴展視圖、顯示統計數據，才有了圖下方的那些數據。

我用另一張圖的色階演示一下。鼠標懸浮在直方圖左右兩邊較平扁的區域來(lái)回滑動(dòng)，可以看到色階和數量的值在變化。如果從左右最邊上的色階（0和2* * ）各自向中間移動(dòng)，有一段色階的數量都是0（說(shuō)明位于該色階上的像素是0個(gè)），那么從第一個(gè)數量不是0的色階開(kāi)始，才是允許你截取的部分。

找到那個(gè)色階之后，調出色階對話(huà)框，在直方圖下的框中分別輸入剛才你找到的左右兩個(gè)色階值就好了。當然如果一開(kāi)始數量不是0，也就沒(méi)什么可調的了。如下圖，左邊剛才找到最后一個(gè)數量為0的色階是1* ，那么調整時(shí)應該填1* ；右邊沒(méi)有數量為0的色階，不能動(dòng)。

但有時(shí)候，錯誤操作從拍照的那一刻就開(kāi)始了。相機的設置中，曝光過(guò)度或曝光不足，還有光的強度不合適，都會(huì )造成信息讀取不充分，與上述過(guò)程相似。但這源頭上的損失是很難挽回的。所以拍照的時(shí)候有一點(diǎn)點(diǎn)背景信號不必介意，太干凈了可能意味著(zhù)相機設置有問(wèn)題。

2)處理數碼圖像，只能對原始圖像文件的副本進(jìn)行操作（必須保持原始文件安全且不作任何改變?。?/p>

這容易理解吧，保留原圖，可以在處理完之后作對比，確認有沒(méi)有扭曲實(shí)驗真相，還能在錯誤操作之后安全地重來(lái)，最重要的是，雜志編輯可能會(huì )索要。

但你對“原始圖像文件”這個(gè)概念是怎么理解的呢？若從顯微鏡相機導出Jpeg，就已經(jīng)不是原始圖了，一般是用TIFF無(wú)損格式。但這還沒(méi)完。從顯微鏡導到自己電腦上，要整個(gè)文件夾一起拷過(guò)去，這樣會(huì )附帶一個(gè)Metadata文件夾。

里面有好多咱看不懂的東西，但不要刪掉，它記錄了拍照時(shí)的相機參數，重復實(shí)驗時(shí)也需要用到，所以它也屬于原始數據的一部分。有的雜志甚至會(huì )要求提交這個(gè)作為Supplementary Information。

* )只是對全圖作簡(jiǎn)單調整往往是允許的。

簡(jiǎn)單調整包括對圖片的亮度、對比度、色階、曲線(xiàn)等等的輕微調整。它們的本質(zhì)也是對直方圖做各種運算變換，比如左移右移、拉伸壓縮等等。但曲線(xiàn)背后的運算法則并不是線(xiàn)性的，一般不提倡使用。如果非用不可，一定要在圖注中說(shuō)明。

多大程度的調整才算合理，卻有點(diǎn)難說(shuō)。原則就是不隱藏、消除、歪曲原圖中的信息。參考1）中的例子。操作時(shí)要記下流程和參數，當被問(wèn)起時(shí)要能答復就行。

也不提倡使用軟件的自動(dòng)色階、自動(dòng)對比度、自動(dòng)亮度等功能。因為這種一鍵搞定的操作，很難說(shuō)清它對圖片做了什么。

* )裁剪圖片往往是允許的。

裁剪也是常用的操作，問(wèn)題在于動(dòng)機。莫不是要把什么“見(jiàn)不得人”的東西給裁掉？那些自己不喜歡、不理解的東西，或不支持假設的東西？這屬于可疑動(dòng)機啊。

可接受的裁剪理由只包括，讓一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)的物體位于圖片中心，或裁掉周?chē)目瞻讌^域及無(wú)關(guān)緊要的東西，但不能改變原圖所表達的意義。

還有一點(diǎn)，裁完之后剩余的像素仍需滿(mǎn)足雜志的印刷要求。如果不滿(mǎn)足了再通過(guò)調整像素、分辨率來(lái)改變大小，會(huì )造成圖片失真。

* )用于互相對比的圖像，需在同一條件下獲取，并且任何后期處理也需相同。

不管是定性的還是定量的對比，都應該在同樣的條件下獲取，這跟實(shí)驗的控制變量思路是一致的。條件包括拍照時(shí)的光學(xué)環(huán)境和相機的設置，猶其是后者，通常要在文章的Methods中記錄，或至少在圖注中說(shuō)明。

* )僅對圖像某一區域處理而保留其他區域不變，屬可疑操作。

用“選區”工具框住一部分，比如凝膠圖像上的某個(gè)特殊條帶，然后再做上述的亮度、對比度等調整，就屬此類(lèi)，絕大多數情況下是不允許的。

7)對生物學(xué)圖像來(lái)說(shuō)，使用軟件濾鏡提高圖像質(zhì)量的做法通常不推薦。

不止PS，許多圖像處理軟件都配備一大堆濾鏡，網(wǎng)絡(luò )上那些非主流、憂(yōu)傷、懷舊、明媚等氣氛濃烈的圖片，就是用各種濾鏡實(shí)現的，大多數小伙伴可能都發(fā)過(guò)加濾鏡的朋友圈照片吧~

這是一類(lèi)對像素進(jìn)行運算變換之后形成的視覺(jué)效果，運用不當也有可能歪曲圖片信息，比如加個(gè)lomo鏡，周邊就暗了下去，中心突出，色彩也絢麗，那么周邊的信息就給弱化甚至消除了。

允許使用濾鏡的情況極少極少，但還是會(huì )有雜志考顧周到，比如Nature。若必須用，也要在Methods或圖注中說(shuō)明軟件名稱(chēng)及版本，濾鏡名稱(chēng)和詳細參數。

* )將同一圖像或其他圖像中的物體拷貝至當前圖像，屬非?？梢傻牟僮?。

先理解一點(diǎn)，這里的“物體”可以包括細胞、條帶、污點(diǎn)等我們一眼就能看出的物體，也包括無(wú)意義的一小塊背景。于是，把一個(gè)細胞復制到別處，或復制一小塊背景來(lái)蓋住污點(diǎn)，都屬于這類(lèi)操作。

PS里有很多神奇的工具可以做到，比如仿制圖章、修補工具、污點(diǎn)修復畫(huà)筆工具等等，用它們來(lái)袪痘袪斑不留疤，效果完勝市面上任何一款面膜面霜。這妥妥的造假??！

你說(shuō)你冤枉，只是你的組織切片上真的有個(gè)污點(diǎn)要處理，那干脆另選一個(gè)視野拍照吧。實(shí)在不行就重新制作切片好了。

另有一種拼合圖片的情況是允許的，比如把幾張凝膠圖像的某幾個(gè)條帶拼在一起比較，這樣就得用明確的分割線(xiàn)表示它們來(lái)自不同的原圖，像這樣用黑色邊框分隔開(kāi)：

J Vis Exp. 201* ; (* * ): * 11* 9.

9)用于測量強度的圖片需進(jìn)行統一處理，且測量數據需用已知的標準進(jìn)行校正。

與* ）有一點(diǎn)類(lèi)似，但強度測量有其特殊性。常見(jiàn)的例子如熒光顯微鏡圖片測量熒光強度，或免疫組化DAB染色測染色強度。

后者還好，因為它曝光之后也不會(huì )有什么變化。但熒光切片的光學(xué)環(huán)境要求就苛刻得多，因為它會(huì )在曝光之后淬滅，隨時(shí)間推移也會(huì )發(fā)生變化，所以時(shí)間也是獲取圖片時(shí)需要控制的條件之一。

最好是在原始圖片上測量。如果對某張圖片做了處理，也要對其他圖片進(jìn)行同樣的處理。

10)避免使用有損壓縮。

這在前文也提到過(guò)。無(wú)損壓縮是指壓縮圖片大小而信息不失真，最常用的是LZW算法下的TIFF格式。

生活中常用的JPEG格式是有損壓縮，圖像可以變得很小，不占空間，但數據丟失得更多。而且它每打開(kāi)、保存一次，就又運行一遍那個(gè)有損算法，也就是又丟了一部分數據。

科研圖片中，每一個(gè)像素都有它的價(jià)值。有些雜志還允許提交較大較清晰的JPEG文件進(jìn)行印刷出版，但無(wú)論如何，自己要保留一個(gè)TIFF版本，以防被問(wèn)起。

11)放大倍率及分辨率非常重要。

圖片分辨率由設備所采用的技術(shù)，以及操作者的設置共同影響。前者我們基本沒(méi)法控制，除非換設備，后者則是我們可以盡量做好的。當然是在獲取圖像時(shí)，把分辨率往高處設置了（即“采樣過(guò)密”）。

圖片的放大倍率是根據圖片分辨率及像素計算的，加上比例尺時(shí)，通常用實(shí)驗室配備的專(zhuān)業(yè)軟件就挺準確，但最好不要把它嵌入圖片使其無(wú)法更改，因為雜志編輯在付印時(shí)也有可能改變圖片大小，這就可能導致比例尺不準確。所以比例尺應該做為單獨組件，使其有重新計算、修改的余地。

12)通過(guò)調節像素來(lái)改變圖片大小需謹慎。

為了適應雜志要求，很多時(shí)候都要改變圖片大小。大家都從日常經(jīng)驗中知道放大圖片會(huì )模糊，但其實(shí)縮小也是要謹慎的，因為日常咱也沒(méi)觀(guān)察過(guò)幾微米的東西，沒(méi)感覺(jué)而已。

通過(guò)改變像素的方式改變圖像大小，是有幾種算法的。比較保險的算法是2^n：

PS的中文版翻譯還有點(diǎn)怪怪的，總之它的意思是2^* 。使用其他軟件時(shí)，也最好選用類(lèi)似的算法。

但無(wú)論怎么算，總是有扭曲的，此類(lèi)操作最好只使用一次。并且，比例尺要在此操作之前加上。

最后有兩點(diǎn)要謹記：1. 應在文中（Methods或圖注中）說(shuō)明圖片做了何種處理；未加工也要說(shuō)明；2. 當索要原始數據而作者不能提供時(shí)，接收稿件的決定可被撤銷(xiāo)。

參考資料：

1.Avoiding Twisted Pixels: Ethical Guidelines for the Appropriate Use and Manipulation of Scientific Digital Images

2.https://www.councilscienceeditors.org/resource-library/editorial-policies/white-paper-on-publication-ethics/* -* -digital-images-and-misconduct/