[Matplotlib] plt.savefig()で画像サイズが半分になってしまう。。

Question

前提・実現したいこと

下記コード（該当部分）のfor文では動画を作ると同時にフレームを保存しています。
fig = plt.figure(frameon=False, figsize=(nx / dpi, ny / dpi))で動画や画像pixelサイズは1280×720になるように指定したつもりでした。
しかし動画は1280×720で保存されるものの、フレーム画像は640×360になってしまいます。
何が原因でしょうか？

該当のソースコード

fig = plt.figure(frameon=False, figsize=(nx / dpi, ny / dpi))
    ax = fig.add_subplot(111)
    scat = ax.scatter([], [], s=dotsize ** 2, alpha=alpha)
    coords = xyp[0, :, :2]
    coords[xyp[0, :, 2] < pcutoff] = np.nan
    scat.set_offsets(coords)
    colors = cmap(map_)
    scat.set_color(colors)
    segs = coords[tuple(zip(*tuple(ind_links))), :].swapaxes(0, 1) if ind_links else []
    coll = LineCollection(segs, colors=skeleton_color, alpha=alpha)
    ax.add_collection(coll)
    ax.set_xlim(0, nx)
    ax.set_ylim(0, ny)
    ax.axis("off")
    ax.add_patch(
        plt.Rectangle(
            (0, 0), 1, 1, facecolor=background_color, transform=ax.transAxes, zorder=-1
        )
    )
    ax.invert_yaxis()
    plt.subplots_adjust(left=0, bottom=0, right=1, top=1, wspace=0, hspace=0)

    writer = FFMpegWriter(fps=fps, codec=codec)
    with writer.saving(fig, output_name, dpi=dpi):
        writer.grab_frame()
        for index, _ in enumerate(trange(n_frames), start=0):
            coords = xyp[index, :, :2]
            coords[xyp[index, :, 2] < pcutoff] = np.nan
            scat.set_offsets(coords)
            if ind_links:
                segs = coords[tuple(zip(*tuple(ind_links))), :].swapaxes(0, 1)
            coll.set_segments(segs)
            imagename = dirname + '{}_{}.png'.format(vname, str(index).zfill(12))
            plt.savefig(imagename)
            writer.grab_frame()
    plt.close(fig)
    plt.switch_backend(prev_backend)

試したこと

とりあえず以下を挿入し、毎回サイズを倍にしたら1280×720になりました。
根本的な解決ではないので、上記コードの失敗の原因を知りたいです。
よろしくお願いします！

〜
imagename = dirname + '{}_{}.png'.format(vname, str(index).zfill(12))
fig.set_figheight(ny / dpi) ←ここ
fig.set_figwidth(nx / dpi)　←ここ
plt.savefig(imagename)
〜

Comments

[etherbeg]

dpi, nx, ny の値を設定する部分がソースコードに含まれていませんので追加してください。
1行目の "fig = plt.figure(frameon=False, figsize=(nx / dpi, ny / dpi))" とそれ以外の行のインデントが揃っていませんので訂正してください。

[tetsutail_study]

回答ありがとうございます！
質問のコードに含んでいなかったのですが実はnx=1280、ny=720、dpi=200と上で定義しています。申し訳ございません。。

Answer 1

画像を保存する際の、ピクセルサイズの決定に関係する値は、以下の3つです。

1. Figure オブジェクトのサイズ（単位: インチ）
2. Figure オブジェクトの解像度（単位: dpi）
3. savefig() メソッドで保存する際の解像度(単位: dpi）

ユーザのコードの中でこれらの値が指定された場合は、その値が使われます。
ユーザのコードの中でこれらの値が指定されなかった場合は、matplotlib の初期値が使われます。

私の環境（macOS 11.5、matplotlob 3.4.3）でのこれらの値の初期値は以下の通りです。

>>> import matplotlib.pyplot as plt
>>> plt.rcParams["figure.figsize"]  # Figure オブジェクトのインチサイズ
[6.4, 4.8]
>>> plt.rcParams["figure.dpi"]  # Figure オブジェクトの解像度 dpi
100.0
>>> plt.rcParams["savefig.dpi"]  # Figure.savefig() メソッドで使用される解像度 dpi
'figure'

plt.rcParams["savefig.dpi"] の値が "figure" という文字列ですが、これは Figure オブジェクトの解像度を savefig() メソッドでもそのまま使用することを意味します。

仮に質問文における matplotlib の初期値もこれも同じであると仮定して、質問文中のコードに沿って、画像のピクセルサイズがどのように決定されているかを見ていきます。まず、

nx = 1280
ny = 720
dpi = 200

fig = plt.figure(frameon=False, figsize=(nx / dpi, ny / dpi))

ここで明示的に指定されているのは Figure オブジェクトのサイズ figsize のみです。dpi を明示的に指定する場合はキーワード引数 dpi に値を渡すか、Figure オブジェクトの set_dpi() メソッドを使いますが、いずれも使われていないので、 dpi は指定されていません。

fig = plt.figure(frameon=False, figsize=(nx / dpi, ny / dpi))

は

fig = plt.figure(frameon=False, figsize=(6.4, 3.6))

と同じです。
dpi は指定されていないので、初期値の 100.0 が使われます。
つまりこの Figure オブジェクトのピクセルサイズは

(width, height) = (6.4 * 100.0, 3,6 * 100.0) = 640.0, 360.0

です。

次に、

with writer.saving(fig, output_name, dpi=dpi):

ここでは、書き出される動画ファイルのピクセルサイズが、キーワード引数 dpi に値を渡すことによって、明示的に決定されています。
先に dpi = 200 と変数 dpi に値 200 が入力されているので、ここで dpi 値として渡されている値は 200 です。
Figure オブジェクトのサイズは、saving() に渡された Figure オブジェクト (fig) のサイズがそのまま使われます。
つまりここで保存される動画のピクセルサイズは

(width, height) = (6.4 * 200.0, 3,6 * 200.0) = 1280.0, 720.0

です。

次に、

plt.savefig(imagename)

ここでは書き出される画像のサイズについては、何も指示されていません。
dpi 値は明示されていないので、plt.rcParams["savefig.dpi"] の初期値である "figure"、つまり Figure オブジェクトの解像度が使われます。Figure オブジェクトの解像度は、コード中でここまで明示的に設定されていないので、matplotlib の初期値である 100.0 です。
Figure オブジェクトのサイズは、現在唯一の Figure オブジェクトである fig のサイズがそのまま使われます。
つまりここで保存される画像のピクセルサイズは

(width, height) = (6.4 * 100.0, 3,6 * 100.0) = 640.0, 360.0

です。

動画ファイルのピクセルサイズと同じピクセルサイズで保存したければ、明示的に動画ファイルと同じ dpi を設定します。

plt.savefig(imagename, dpi=dpi)

# もしくは
# plt.savefig(imagename, dpi=200)

plt.savefig() は動画ファイルのフレーム画像を保存しているのではなく、Figure オブジェクトから直接静止画像を生成していることに注意してください。

---

とりあえず以下を挿入し、毎回サイズを倍にしたら1280×720になりました

fig.set_figheight(ny / dpi)
fig.set_figwidth(nx / dpi)

は

fig.set_figheight(3.6)
fig.set_figwidth(6.4)

と同義であり、Figure オブジェクトのサイズをまったく変更していません。
つまりこの2行を挿入するだけで、plt.savefig() で保存される画像のピクセルサイズが変更されることはあり得ません。
必ずどこか別のところで行われた変更が反映しています。