Matplotlib imshow图像叠加

在使用Matplotlib绘图时，我们可能需要在同一张图里描绘多个imshow图像，这时就需要了解如何将它们叠加在一起。当图像重叠时，我们如何确定哪些像素会被显示，哪些像素会被盖住？

在本文中，我们将探讨如何在Matplotlib中实现imshow图像的叠加，并且通过具体的例子来深入理解叠加的原理。

什么是imshow图像？

在Matplotlib中，imshow()是绘制图像的主要函数之一。我们可以使用这个函数来绘制矩阵或数组的图像表示。

具体地说，我们可以给imshow()函数传入一个二维数组或一个RGB图像。例如，对于一个二维数组，我们可以使用如下代码进行绘制：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

data = np.random.rand(10,10)
plt.imshow(data)
plt.show()

这样会得到一个随机灰度图像

如果我们要绘制一个RGB图像，可以用如下代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

rgb = np.random.rand(10, 10, 3)
plt.imshow(rgb)
plt.show()

这样会得到一个随机彩色图像

叠加imshow图像

在Matplotlib中，如果我们需要在同一张图里绘制多个imshow图像，就需要将它们叠加起来。此时有两个问题需要回答：

第一个问题是哪些图像像素将会被显示？
第二个问题是哪些图像像素会被盖住？

在MATLAB或OpenCV这样的软件中，多个imshow图像会按照它们出现的顺序进行绘制，因此后绘制的图像会覆盖在先绘制的图像之上。而在Matplotlib中，绘制顺序并不会影响图像像素的显示。相反，Matplotlib内部提供了一种类似于图层的机制，来控制图像像素的叠加方式。

在Matplotlib中，我们可以通过zorder参数来指定绘制的顺序。默认情况下，zorder为0，因此后绘制的图像可能会被覆盖在先绘制的图像之上。如果我们把zorder设为正数，就可以确保它被绘制在其他图像之上。如果我们把zorder设为负数，则可以确保它被绘制在其他图像之下。

为了更好地理解这个机制，我们可以通过一个具体的例子来说明。假设我们要做一个海湾图，一个浅蓝色的背景表示海水，一个带有alpha通道的绿色矩形表示陆地，一个带有alpha通道的灰色矩形表示污染区域。在下面的代码片段中，我们演示了如何绘制这三个imshow图像：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 创建一个10x10的海洋背景
background = np.zeros((10, 10, 4))
background[:,:,2] = 1 # 将所有像素的蓝色通道设为1
plt.imshow(background, extent=[0, 100, 0, 100], zorder=-1) # 绘制海水

# 创建一个带有alpha通道的绿色矩形
land = np.zeros((10, 10, 4))
land[:,:,1] = 0.7 # 将所有像素的绿色通道设为0.7
land[:,:,3] = 0.5 # 将alpha通道设为0.5
plt.imshow(land, extent=[30, 70, 30, 70], zorder=0) # 绘制陆地

# 创建一个带有alpha通道的灰色矩形
pollution = np.zeros((10, 10, 4))
pollution[:] = [0.5, 0.5, 0.5, 0.5]
plt.imshow(pollution, extent=[40, 60, 40, 60], zorder=1) # 绘制污染区域

plt.axis([0, 100, 0, 100])
plt.show()

运行这段代码我们可以得到海湾图

我们可以看到，通过指定zorder，我们成功地将三个imshow图像叠加在了一起。海水图像位于最下面，zorder为-1；污染区域图像位于最上面，zorder为1；而陆地图像位于二者之间，zorder为0。这就保证了陆地图像覆盖了海水图像，而污染区域图像覆盖了陆地图像。