在 Python 中的 Matplotlib 图像背景上绘制图表

在 Python 的 Matplotlib 库中，我们经常使用 plot() 函数来绘制图表。但是在某些情况下，我们需要在如图像、视频等背景上进行绘制。本文将介绍在 Matplotlib 中如何实现在图像背景上绘制图表。

在图像背景上绘制图表的基本原理

Matplotlib 中的 plot() 函数绘图时，会创建一个新窗口或绘制到 Jupyter Notebook 等代码编辑器的输出格中。而如果我们要在图像背景上绘制，则需要先将背景载入为 numpy 数组，并使用 imshow() 函数将图像显示出来，然后再使用 scatter()、plot() 等函数绘制图表。

实现这一过程的代码如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 载入背景图像并转为 numpy 数组
background = plt.imread("background.png")

# 显示背景图像
plt.imshow(background)

# 绘制散点图
X = np.random.normal(0, 1, 100)
Y = np.random.normal(0, 1, 100)
plt.scatter(X, Y)

# 显示图表
plt.show()

值得注意的是，载入的图像文件需要与代码文件存在于同一目录中，并将文件名以字符串格式作为参数传入 imread() 函数中。

实战：在宇宙背景上绘制星空

接下来，我们将以宇宙背景为例，在其上绘制星空图表。首先，我们需要下载一张高清晰度的宇宙图像，并将其转为 numpy 数组。

import urllib.request
import numpy as np

# 下载宇宙背景图像
url = "https://apod.nasa.gov/apod/image/1901/OrionTrapezium_BOTH_3000px_v2.jpg"
urllib.request.urlretrieve(url, "universe.jpg")

# 载入背景图像并转为 numpy 数组
background = plt.imread("universe.jpg")

接着，我们使用 imshow() 函数显示宇宙背景，并使用 scatter() 函数绘制星空。为了视觉效果，我们将星空的点大小增加到了 30，并在颜色上进行了随机。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 载入背景图像并转为 numpy 数组
background = plt.imread("universe.jpg")

# 显示背景图像
plt.imshow(background)

# 绘制星空点集
X = np.random.rand(1000) * 3000
Y = np.random.rand(1000) * 2000
colors = np.random.rand(1000, 3)
plt.scatter(X, Y, s=30, c=colors)

# 隐藏坐标轴并显示图表
plt.axis("off")
plt.show()

最后，我们将绘制得到的图像保存下来，以便后续使用。

# 保存图像
plt.savefig("universe_with_stars.png")

结论

在 Matplotlib 中，通过载入 numpy 数组作为背景，我们可以在图像、视频等背景上绘制图表。当我们想要在视觉效果上进行创新，或者将图表与自然界的背景有机地结合在一起时，这一技巧无疑将非常有用。