python - 为什么 `imshow` 以彩色显示 2D(非 RGB)数组，如何将这样的彩色图像导出到 .png 文件？

Question

我生成了一个 Mandelbrot 图作为 10000x10000 像素的 numpy 数组:

[[ 100.  100.  100. ...,   12.   12.   13.]
 [ 100.  100.  100. ...,   12.   13.   14.]
 [ 100.  100.  100. ...,   12.   12.   14.]
 ..., 
 [   3.    3.    3. ...,    3.    3.    3.]
 [   3.    3.    3. ...,    3.    3.    3.]
 [   3.    3.    3. ...,    3.    3.    3.]]

如果我使用 matplotlib 显示数组:

arr = np.zeros((10000, 10000)) # my array
import matplotlib.pyplot at plt
plt.imshow(arr)
plt.show()

我得到了一张非常漂亮的彩色图像。

但是为什么？

除此之外，如果我尝试将其导出为 .png，我会得到一张黑白图像:

import PIL.Image as im
iimg = im.fromarray(arr)
iimg = iimg.convert("RGB") # std was "F", but it didn't work
iimg.save("img_mandelbrot.png")

有没有办法将这样的彩色图像导出为 png？ matplotlib 似乎不是一个可行的选择，因为分辨率太差了。

Answer 1

当您将二维数组传递给 plt.imshow 时，强度值被映射到 RGBA 值。这是根据称为颜色图的查找表完成的，可以通过 cmap= 关键字参数指定。例如，要以灰度方式绘制 Mandelbrot 数组，您可以选择 'gray' 颜色图:

plt.imshow(arr, cmap='gray')

如果您不传递 cmap= 参数，matplotlib 将使用任何默认值，您也可以在 matplotlibrc 中进行修改文件。对于当前版本的 matplotlib 的干净安装，默认是一个名为 'jet' 的颜色图，如下所示:

'jet' is a pretty terrible colormap for many purposes , 和 will soon be replaced as the default colormap in matplotlib v2.0 .您可以在 official documentation 中阅读有关选择颜色图的更多信息.

您还可以将 3D 数组传递给 imshow，其中最终维度的大小为 3 或 4。在这种情况下，最终维度被解释为每个维度的 RGB(A) 值像素。由于颜色信息已包含在数组中，因此不需要查找表，因此 cmap= 参数将被忽略。

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要解决问题的第二部分，将数组保存为彩色映射全分辨率 .png 图像的一种简单方法是使用 plt.imsave ，它还需要一个 cmap= 参数:

plt.imsave('mandelbrot.png', arr, cmap='jet')

plt.imsave 仅导出数组中的原始像素，因此 10000x10000 输入数组将生成恰好 10000x10000 像素的 .png 图像。

相比之下，plt.savefig呈现整个图形 Canvas (包括边距、轴、其他绘图元素等)，并根据 (1) 以英寸为单位的图形大小和 (2) dpi= 关键字参数对其进行缩放.虽然您可以通过将 DPI 设置得比您需要的大得多来获得足够高的分辨率，但是使用这种方法以实际大小渲染您的数组会困难得多，因为您需要摆弄图形大小和/或DPI，以及轴的位置和大小等。