Matplotlib绘图中，“1005×132589像素的图像过大，必须在每个方向上小于2^16像素”

在Matplotlib绘图中，我们常常需要调整图片的大小以适应各种显示和保存要求。然而，有时候当我们将图片调整为巨大尺寸时，Matplotlib会报错，提示我们图片过大，必须在每个方向上小于2^16像素。

那么，究竟是什么导致了这个问题？如何解决这个问题？本文将针对这个问题进行详细的介绍和讲解。

为什么会出现这个问题？

这个问题的原因可以从Matplotlib所使用的库和图像文件格式来解释。

Matplotlib是一个Python绘图库，广泛应用于数据可视化、科学计算和其他各种绘图场景。而在Matplotlib中，图像通常使用numpy数组或PIL(Python Imaging Library)打开。这些图片的大小可以通过调整dpi值或figure尺寸来进行调整。但是，Matplotlib绘图时使用的图像文件格式是PNG格式。

PNG是一种无损压缩的图像文件格式，可以保持较高分辨率和较小的文件大小。但是，PNG格式最大支持2^16像素，即65536像素，而大于这个大小的图像文件在保存时会出现错误信息。

在Matplotlib的源码中，有如下函数来检查图片的尺寸和dpi是否过大：

tmp_canvas = FigureCanvasAgg(Figure(figsize=figsize, dpi=dpi))
# We must manually set the canvas's width and height fields because
# we have no GUI from which to inherit this information.
tfig = tmp_canvas.figure
tw, th = int(tfig.bbox.width), int(tfig.bbox.height)

## 后面的代码省略
if tw >= 2**16 or th >= 2**16:
  raise ValueError(
   f'Image size of {tw}x{th} pixels is too large. It must be less than 2^16 in each direction.'
  )

当图片的尺寸超过了2^16像素时，就会出现上面的报错信息。

如何解决这个问题？

针对这个问题，我们可以采取以下几个方面的方式来解决：

缩小图片的尺寸

我们可以通过缩小图片的尺寸来解决这个问题。通过在调整dpi值或figure尺寸时，计算出相应的像素数，确保其不超过2^16像素。例如：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 1000)
y = np.sin(x)

fig = plt.figure(figsize=(10,5), dpi=100) # 每个方向的像素数为1000，dpi值为100
plt.plot(x,y)
plt.savefig('test.png', dpi=100) # 保存时指定dpi值为100

这个示例中，图片的尺寸为1000*1000像素，dpi为100，保存后的文件大小为约100KB，不会出现图片过大的问题。

使用其他支持较大图片的文件格式

如果你的图片超过了2^16像素，可以考虑使用其他支持较大图片的文件格式，如TIFF、JPEG2000等。这些文件格式支持的像素数要远远大于PNG格式。例如：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100000)
y = np.sin(x)

import imageio
imageio.imwrite('test.tiff', np.vstack((x,y)).T) # 保存为tiff格式

这个示例中，图片的尺寸为100000*2像素，保存为tiff格式后约为160MB，可以顺利保存。

使用其他绘图库

如果以上两种方式都无法解决问题，我们也可以考虑使用其他的绘图库，比如Pillow、OpenCV等。这些库不受PNG格式的大小限制，能够绘制更大的尺寸的图片。例如：

import numpy as np
import cv2

img = np.random.randint(0, 256, size=(10000, 10000), dtype=np.uint8)
cv2.imwrite('test.jpg', img)

这个示例中，生成了一个10000*10000像素大小的随机灰度图像，并保存为JPEG格式文件，文件大小达到1.2GB，但可以成功保存。

总结

在Matplotlib绘图中，当图片的尺寸超过了2^16像素时，会出现“1005×132589像素的图像过大，必须在每个方向上小于2^16像素”的错误信息。这个问题的本质原因是Matplotlib所使用的PNG文件格式最大支持2^16像素，而大于此尺寸的图片需要采取其他方式来解决。我们可以通过调整图片尺寸、使用其他文件格式或其他绘图库来解决这个问题。