matplotlib 使用簡明教程（六）-圖像、動畫相關

Matplotlib 提供的圖片功能

Matplotlib 只支持 PNG 類型的圖片，如果希望使用其他圖片格式，請安裝 Pillow，PIL（Python Imaging Library）的一個分支版本。
官方建議通過這個方式導入庫：

import matplotlib.image as mpimg

將矩陣繪製成圖像

使用 plt.imshow(X, **kwargs)，重要參數：

X：圖像參數，數據爲實數或整數
- MxN：，灰度
- MxNx3：RGB
- MxNx4：RGBA
alpha：透明度，如果 X 參數中包含了透明度信息，則忽略
cmap：顏色映射方式
interpolation：圖片插補方式
orgin：圖片起始位置，‘upper’ 爲左上角，‘lower’ 爲右下角
aspect：寬高比
- ‘atuo’：適應 axes 來調整自己的寬高逼
- ‘equal’：axes 來適應圖像大小或 extent 參數（如果設置了的話）
extent：圖片的起始位置，(左邊, 右邊, 底部, 上邊)
- cmap：顏色映射方式
vmin，vmax：兩個數值，用於把輸入參數標準化到 [0,1] 內

或者使用 mpimg.pil_to_array(pilImage)，將 PIL 對象轉換成矩陣

也可以使用 plt.matshow(A, fignum = None, **kwargs)，與 imshow 的區別在於，A 只能是一個灰度的矩陣，參數和 imshow 的基本相同，fignum 定義了使用的 figure（畫布）：

None 即新打開一個畫布
整數即使用整數所代表的畫布
0 或 False 即使用當前的畫布

將圖像存儲爲矩陣

使用 mpimg.imread(fname, format=None)，參數說明：

fname：圖片的文件地址、URL，或一個用二進制方式打開的文件對象
format：圖片的格式，默認使用 fname 中的地址展示的文件格式

保存圖像爲文件

使用 mpimg.imsave(fname, arr, vmin=None, vmax=None, cmap=None, format=None, origin=None, dpi=100)，重要參數說明：

fname：文件路徑的字符串，或者是一個文件對象（使用二進制讀取）
format：文件類型，如果未設置，根據 fname 的地址所展示的文件格式爲準
arr：圖像參數，灰度、RGB 或 RGBA 格式，整數或實數
vmin，vmax：兩個數值，用於把輸入參數標準化到 [0,1] 內
cmap：顏色映射方式
origin : 圖片起始位置，‘upper’ 爲左上角，‘lower’ 爲右下角
dpi：圖像每英寸面積內的像素點數，並不影響圖片的分辨率

製作縮略圖

使用 mpimg.thumbnail(infile, thumbfile, scale=0.1, interpolation='bilinear', preview=False)，參數說明：

infile：圖片文件的路徑、或文件對象（使用二進制讀取）
thumbfile：縮略圖文件的路徑、或文件對象（使用二進制打開）
scale：縮放比例
interpolation：圖片插補方式
preview：是否預覽

interpolation，圖片插補方式

可接受：‘none’, ‘nearest’, ‘bilinear’, ‘bicubic’, ‘spline16’, ‘spline36’, ‘hanning’, ‘hamming’, ‘hermite’, ‘kaiser’, ‘quadric’, ‘catrom’, ‘gaussian’, ‘bessel’, ‘mitchell’, ‘sinc’, ‘lanczos’

Colormap，顏色映射

官方提供的 Colormap 可以通過這裏查詢，可以直接通過名稱在函數中調用，例如：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

gradient = np.linspace(0, 1, 256)
gradient = np.vstack((gradient, gradient))
plt.imshow(gradient, cmap = 'YlOrRd') # 這裏使用 cmap = 'YlOrRd' 來使用這種顏色映射
plt.show()

Matplotlib 還提供了 matplotlib.cm 類用來自定義 Colormap，這裏不作介紹。

添加圖片背景

使用 plt.figimage() 來爲 Figure（畫布）添加圖片，注意這個不是作用在 axes 上的。
重要參數如下：

X：圖片的數據
xo, yo：圖片對於原點的偏移量，單位爲像素
alpha：透明度
norm：歸一化參數的實例
cmap：顏色映射
vmin, vmax : 用於把輸入參數標準化到 [0,1] 內
origin：圖片起始位置，‘upper’ 爲左上角，‘lower’ 爲右下角
resize：是否縮放

動畫繪製

參考網址：https://matplotlib.org/api/animation_api.html?highlight=animation

可以大概分成兩個部分：

用於處理動畫的類，包括
- matplotlib.animation.FuncAnimation 類通過函數繪製動畫
- matplotlib.animation.ArtistAnimation 類通過一些現成的圖表繪製動畫
  一個動畫處理的類，另一個是將動畫輸出

通過函數繪製動畫

matplotlib.animation.FuncAnimation(fig, func, frames=None, init_func=None, fargs=None, save_count=None, **kwargs) 類

初始化函數

參數包括：

fig：將要繪製動畫的畫布
func：繪製每一幀動畫時調用的函數，格式如 def func(frame, *fargs) -> iterable_of_artists:，具體參數說明如下
frames：一個數組、整數、派生器，或空，作爲 func 參數中每次調用的 frame 參數
fargs：用於 func 函數中的其他參數，可選
init_func：用於繪製初始畫布的函數，可選；如果沒有設置，則以第一幀的結果作爲初始畫布的結果
save_count：frames 中緩存值的數量
interval：每幀的間隔（毫秒），默認 200
repeat_delay：再一次播放動畫前停止的時間
repeat：是否重複播放

實際上 FuncAnimation 在工作時的機制更類似於：

for d in frames:
   artists = func(d, *fargs)
   fig.canvas.draw_idle()
   fig.canvas.start_event_loop(interval)

動畫導出

最常使用 save(filename[, writer, fps, dpi, codec, ...]) 成員函數，參數說明如下：

filename：輸出文件名
fps：每秒幀數，如果未設置，則以初始化函數中定義的 interval 作爲參數
dpi：沒英寸的點數
bitrate：視頻質量，每秒多少 kb，可選
codec：編碼方式，可能需要結合 writer 參數使用
writer：用於對動畫進行處理的對象，可以是一個字符串或者 MovieWriter 對象
extra_anim：列表，其他一個需要合併的動畫，需要與當前動畫使用同一個畫布（Figure），可選

其他成員函數還包括：
to_html5_video(embed_limit=None)
to_jshtml([fps, embed_frames, default_mode])

通過已有圖表繪製動畫

matplotlib.animation.ArtistAnimation(fig, artists, interval, repeat_delay, repeat, blit) 類

初始化函數

參數說明如下：

fig：將要繪製動畫的畫布
artists：需要繪製的圖表(artists)列表
interval：每幀的間隔（毫秒），默認 200
repeat_delay：再一次播放動畫前停止的時間
repeat：是否重複播放
blit：是否使用“快傳輸”的方式優化繪製過程，

動畫導出

和 FuncAnimation 類一樣

Jupyter Notebook 注意事項

需要設置 backend 爲 notebook 或 nbagg，且選擇 notebook 時不支持背景顏色的變換
導出時需要使用 from IPython.display import HTMLHTML(ani.to_html5_video())

動畫渲染工具選擇

有幾種渲染工具類可供選擇，不做具體介紹。可以用於截取某些“幀”

使用 Pillow 庫，所有數據均在緩存中：PillowWriter 介紹
基於管道（pipe-based），單獨使用一個進程來渲染動畫，效率更高，但是有些系統可能不適用：
- FFMpegWriter 介紹
- ImageMagickWriter 介紹
- AVConvWriter 介紹
基於文件（file-based），所有數據會緩存到文件中，速度慢一些，但是兼容性更好，易於排查問題
- FFMpegFileWriter 介紹
- ImageMagickFileWriter 介紹
- AVConvFileWriter 介紹
系列文章：

matplotlib 使用簡明教程（一）-基礎概念：
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/79352882
matplotlib 使用簡明教程（二）-常用圖表
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/83090043
matplotlib 使用簡明教程（三）-一些專業圖表簡介
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/83090165
matplotlib 使用簡明教程（四）-輔助性元件
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/83090249
matplotlib 使用簡明教程（五）-畫布、圖表、元素基礎操作
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/83090320
matplotlib 使用簡明教程（六）-圖像、動畫相關
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/83090512
matplotlib 使用簡明教程（七）-樣式定義
https://blog.csdn.net/fenghuizhidao/article/details/83090553

matplotlib 使用簡明教程（六）-圖像、動畫相關