Matplotlib 在Python中的图片背景绘制

1. 简介

Matplotlib是Python中一个广泛使用的绘图工具包，它的使用可以绘制出非常精美的图形，适用于数据可视化以及其他领域的图形绘制。本文介绍在Matplotlib中如何在图片背景上进行绘制。

2. 使用场景

在某些情况下，需要在一张图片的背景上绘制出一些图形或者曲线，这时候就需要在Matplotlib中合理使用相关的API实现。比如一下场景：

在一张地图图片上标注道路或者地标位置；
在一张远程监控截图上标注告警信息；
在科学实验过程中绘制实验数据曲线并附加在图像上。

3. 实现方式

Matplotlib通过imshow方法可以将图片加载到绘图区域中：

    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    image = np.random.uniform(0, 1, (100, 100)) # 随机生成一个100x100像素的图片
    plt.imshow(image)
    plt.show()

通过如上代码可以在Matplotlib中显示随机生成的100×100像素图片。

绘制曲线时，可以采用Matplotlib中的plot方法来绘制曲线：

    import matplotlib.pyplot as plt
    x = range(100)
    y = [i**2 for i in x]
    plt.plot(x, y)
    plt.show()

通过以上代码可以在Matplotlib中显示一条近似于二次函数的曲线。

将曲线绘制在图片背景上，可以通过Matplotlib中的Axes类来实现：

    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    image = np.random.uniform(0, 1, (100, 100))
    fig, ax = plt.subplots()
    ax.imshow(image)
    x = range(100)
    y = [i**2 for i in x]
    ax.plot(x, y)
    plt.show()

通过如上代码可以在Matplotlib中实现将一条二次函数曲线绘制在一个随机生成的100×100像素背景图片上。

4. 示例

以下为一个需要在一张地图图片上标注位置信息的示例代码：

    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    from PIL import Image

    # 加载地图图片
    image = Image.open('map.png')
    image = np.array(image)

    fig, ax = plt.subplots()
    ax.imshow(image)

    # 在图片上绘制红色点
    cities = [
        {'name': 'Beijing', 'location': (500, 200)},
        {'name': 'Shanghai', 'location': (600, 400)},
        {'name': 'Guangzhou', 'location': (300, 800)}
    ]
    for city in cities:
        ax.plot(city['location'][0], city['location'][1], 'ro')
        ax.text(city['location'][0], city['location'][1], city['name'], fontsize=10,
                        bbox=dict(facecolor='red', alpha=0.5))
    plt.show()

在如上代码中，Image.open方法用于加载一张地图图片，然后通过np.array方法将其转换为NumPy数组类型，最后通过Matplotlib将绘图区域设置为这张图片，并在三个城市的位置上标注了红色点和城市名称。

5. 引用

场景实现示例参考自GitHub – Matplotlib Plot over an image background in python

总结

本文介绍了在Matplotlib中如何在图片背景上进行绘制，对于需要在图片背景上加入图形或者曲线的应用场景有很多，比如地图标注、监控告警信息标识、科学实验曲线绘制等等。在实现过程中，我们可以通过Matplotlib中的imshow方法将图片加载到绘图区域，通过plot方法绘制曲线，通过Axes类将曲线绘制在原有图片背景上。通过具体的示例代码，我们可以更好的理解和掌握在Matplotlib中绘制图片背景的相关技术。