origem e extensão em imshow

imshow()permite renderizar uma imagem (uma matriz 2D que será mapeada por cores (com base em norm e cmap ) ou uma matriz 3D RGB(A) que será usada como está) em uma região retangular no espaço de dados. A orientação da imagem na renderização final é controlada pelos argumentos de palavras-chave origin e extension (e atributos na instância resultante) e pelos limites de dados dos eixos .AxesImage

Os argumentos de palavra-chave de extensão controlam a caixa delimitadora nas coordenadas de dados que a imagem preencherá especificada como em coordenadas de dados , o argumento de palavra-chave origin controla como a imagem preenche essa caixa delimitadora e a orientação na imagem renderizada final também é afetada pelos limites dos eixos .(left, right, bottom, top)

Dica

A maior parte do código abaixo é usada para adicionar rótulos e texto informativo aos gráficos. Os efeitos descritos de origem e extensão podem ser vistos nas parcelas sem a necessidade de seguir todos os detalhes do código.

Para um entendimento rápido, você pode pular os detalhes do código abaixo e continuar diretamente com a discussão dos resultados.

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.gridspec import GridSpec


def index_to_coordinate(index, extent, origin):
    """Return the pixel center of an index."""
    left, right, bottom, top = extent

    hshift = 0.5 * np.sign(right - left)
    left, right = left + hshift, right - hshift
    vshift = 0.5 * np.sign(top - bottom)
    bottom, top = bottom + vshift, top - vshift

    if origin == 'upper':
        bottom, top = top, bottom

    return {
        "[0, 0]": (left, bottom),
        "[M', 0]": (left, top),
        "[0, N']": (right, bottom),
        "[M', N']": (right, top),
    }[index]


def get_index_label_pos(index, extent, origin, inverted_xindex):
    """
    Return the desired position and horizontal alignment of an index label.
    """
    if extent is None:
        extent = lookup_extent(origin)
    left, right, bottom, top = extent
    x, y = index_to_coordinate(index, extent, origin)

    is_x0 = index[-2:] == "0]"
    halign = 'left' if is_x0 ^ inverted_xindex else 'right'
    hshift = 0.5 * np.sign(left - right)
    x += hshift * (1 if is_x0 else -1)
    return x, y, halign


def get_color(index, data, cmap):
    """Return the data color of an index."""
    val = {
        "[0, 0]": data[0, 0],
        "[0, N']": data[0, -1],
        "[M', 0]": data[-1, 0],
        "[M', N']": data[-1, -1],
    }[index]
    return cmap(val / data.max())


def lookup_extent(origin):
    """Return extent for label positioning when not given explicitly."""
    if origin == 'lower':
        return (-0.5, 6.5, -0.5, 5.5)
    else:
        return (-0.5, 6.5, 5.5, -0.5)


def set_extent_None_text(ax):
    ax.text(3, 2.5, 'equals\nextent=None', size='large',
            ha='center', va='center', color='w')


def plot_imshow_with_labels(ax, data, extent, origin, xlim, ylim):
    """Actually run ``imshow()`` and add extent and index labels."""
    im = ax.imshow(data, origin=origin, extent=extent)

    # extent labels (left, right, bottom, top)
    left, right, bottom, top = im.get_extent()
    if xlim is None or top > bottom:
        upper_string, lower_string = 'top', 'bottom'
    else:
        upper_string, lower_string = 'bottom', 'top'
    if ylim is None or left < right:
        port_string, starboard_string = 'left', 'right'
        inverted_xindex = False
    else:
        port_string, starboard_string = 'right', 'left'
        inverted_xindex = True
    bbox_kwargs = {'fc': 'w', 'alpha': .75, 'boxstyle': "round4"}
    ann_kwargs = {'xycoords': 'axes fraction',
                  'textcoords': 'offset points',
                  'bbox': bbox_kwargs}
    ax.annotate(upper_string, xy=(.5, 1), xytext=(0, -1),
                ha='center', va='top', **ann_kwargs)
    ax.annotate(lower_string, xy=(.5, 0), xytext=(0, 1),
                ha='center', va='bottom', **ann_kwargs)
    ax.annotate(port_string, xy=(0, .5), xytext=(1, 0),
                ha='left', va='center', rotation=90,
                **ann_kwargs)
    ax.annotate(starboard_string, xy=(1, .5), xytext=(-1, 0),
                ha='right', va='center', rotation=-90,
                **ann_kwargs)
    ax.set_title('origin: {origin}'.format(origin=origin))

    # index labels
    for index in ["[0, 0]", "[0, N']", "[M', 0]", "[M', N']"]:
        tx, ty, halign = get_index_label_pos(index, extent, origin,
                                             inverted_xindex)
        facecolor = get_color(index, data, im.get_cmap())
        ax.text(tx, ty, index, color='white', ha=halign, va='center',
                bbox={'boxstyle': 'square', 'facecolor': facecolor})
    if xlim:
        ax.set_xlim(*xlim)
    if ylim:
        ax.set_ylim(*ylim)


def generate_imshow_demo_grid(extents, xlim=None, ylim=None):
    N = len(extents)
    fig = plt.figure(tight_layout=True)
    fig.set_size_inches(6, N * (11.25) / 5)
    gs = GridSpec(N, 5, figure=fig)

    columns = {'label': [fig.add_subplot(gs[j, 0]) for j in range(N)],
               'upper': [fig.add_subplot(gs[j, 1:3]) for j in range(N)],
               'lower': [fig.add_subplot(gs[j, 3:5]) for j in range(N)]}
    x, y = np.ogrid[0:6, 0:7]
    data = x + y

    for origin in ['upper', 'lower']:
        for ax, extent in zip(columns[origin], extents):
            plot_imshow_with_labels(ax, data, extent, origin, xlim, ylim)

    columns['label'][0].set_title('extent=')
    for ax, extent in zip(columns['label'], extents):
        if extent is None:
            text = 'None'
        else:
            left, right, bottom, top = extent
            text = (f'left: {left:0.1f}\nright: {right:0.1f}\n'
                    f'bottom: {bottom:0.1f}\ntop: {top:0.1f}\n')
        ax.text(1., .5, text, transform=ax.transAxes, ha='right', va='center')
        ax.axis('off')
    return columns

Extensão padrão

Primeiro, vamos dar uma olhada no padrãoextent=None

generate_imshow_demo_grid(extents=[None])

{'label': [<AxesSubplot: title={'center': 'extent='}>], 'upper': [<AxesSubplot: title={'center': 'origin: upper'}>], 'lower': [<AxesSubplot: title={'center': 'origin: lower'}>]}

Geralmente, para uma matriz de forma (M, N), o primeiro índice corre ao longo da vertical, o segundo índice corre ao longo da horizontal. Os centros de pixel estão em posições inteiras variando de 0 a horizontalmente e de 0 a verticalmente. origem determina como os dados são preenchidos na caixa delimitadora.N' = N - 1M' = M - 1

Para origin='lower':

• [0, 0] está em (esquerda, inferior)

• [M', 0] está em (esquerda, topo)

• [0, N'] está em (direita, inferior)

• [M', N'] está em (direita, topo)

origin='upper'inverte a direção dos eixos verticais e preenche:

• [0, 0] está em (esquerda, topo)

• [M', 0] está em (esquerda, inferior)

• [0, N'] está em (direita, topo)

• [M', N'] está em (direita, embaixo)

Em resumo, a posição do índice [0, 0] e a extensão são influenciadas pela origem :

origem	[0, 0] posição	extensão
superior	canto superior esquerdo	(-0.5, numcols-0.5, numrows-0.5, -0.5)
mais baixo	inferior esquerdo	(-0.5, numcols-0.5, -0.5, numrows-0.5)

O valor padrão de origin é definido por rcParams["image.origin"](padrão: 'upper') cujo padrão é 'upper'corresponder às convenções de indexação de matriz em matemática e convenções de indexação de imagens de gráficos de computador.

Extensão explícita

Ao definir a extensão , definimos as coordenadas da área da imagem. Os dados da imagem subjacente são interpolados/reamostrados para preencher essa área.

Se os eixos forem definidos para escala automática, os limites de exibição dos eixos serão definidos para corresponder à extensão que garante que a coordenada definida por esteja na parte inferior esquerda dos eixos! No entanto, isso pode inverter o eixo para que eles não aumentem na direção 'natural'.(left, bottom)

extents = [(-0.5, 6.5, -0.5, 5.5),
           (-0.5, 6.5, 5.5, -0.5),
           (6.5, -0.5, -0.5, 5.5),
           (6.5, -0.5, 5.5, -0.5)]

columns = generate_imshow_demo_grid(extents)
set_extent_None_text(columns['upper'][1])
set_extent_None_text(columns['lower'][0])

Extensão explícita e limites de eixos

Se fixarmos os limites dos eixos definindo explicitamente set_xlim/ set_ylim, forçaremos um certo tamanho e orientação dos eixos. Isso pode desacoplar o sentido 'esquerda-direita' e 'de cima para baixo' da imagem da orientação na tela.

No exemplo abaixo escolhemos os limites um pouco maiores que a extensão (observe as áreas brancas dentro dos Eixos).

Enquanto mantemos as extensões como nos exemplos anteriores, a coordenada (0, 0) agora é explicitamente colocada no canto inferior esquerdo e os valores aumentam para cima e para a direita (do ponto de vista do visualizador). Nós podemos ver isso:

• A coordenada ancora a imagem que preenche a caixa indo em direção ao ponto no espaço de dados.(left, bottom)(right, top)

• A primeira coluna está sempre mais próxima da 'esquerda'.

• origin controla se a primeira linha está mais próxima de 'top' ou 'bottom'.

• A imagem pode ser invertida em qualquer direção.

• O sentido 'esquerda-direita' e 'de cima para baixo' da imagem pode ser desacoplado da orientação na tela.

generate_imshow_demo_grid(extents=[None] + extents,
                          xlim=(-2, 8), ylim=(-1, 6))

plt.show()