如何用Numpy和Matplotlib叠加SEM显微镜图像？

以下是基于Numpy和Matplotlib的具体实现步骤，针对你已读取的图像数组进行处理：

1. 预处理：统一图像尺寸与归一化 #

首先确保三张图像尺寸一致（元素图可能与SEM图尺寸不同），并将元素灰度图归一化到0-1区间，方便后续叠加控制：

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

# 你已完成的图像读取步骤
image_SEM = np.asarray(Image.open('Project_SEI.JPG'))
image_Al = np.asarray(Image.open('Project_Al K.JPG'))
image_Si = np.asarray(Image.open('Project_Si K.JPG'))

# 统一图像尺寸（以SEM图为基准）
target_height, target_width = image_SEM.shape[:2]
# PIL的resize参数为(width, height)，所以反转尺寸顺序
image_Al_resized = np.asarray(Image.fromarray(image_Al).resize((target_width, target_height)))
image_Si_resized = np.asarray(Image.fromarray(image_Si).resize((target_width, target_height)))

# 归一化元素图到0-1区间，消除不同图像的亮度差异
image_Al_norm = (image_Al_resized - image_Al_resized.min()) / (image_Al_resized.max() - image_Al_resized.min())
image_Si_norm = (image_Si_resized - image_Si_resized.min()) / (image_Si_resized.max() - image_Si_resized.min())

2. 两种叠加实现方式 #

方式一：彩色通道混合叠加 #

将Al元素映射为红色通道、Si元素映射为绿色通道，与SEM图按比例混合，直观区分元素分布：

# 创建与SEM图同尺寸的彩色叠加层
overlay = np.zeros_like(image_SEM, dtype=np.float32)
overlay[..., 0] = image_Al_norm  # 红色对应Al元素分布
overlay[..., 1] = image_Si_norm  # 绿色对应Si元素分布

# 将SEM图转换为浮点型并归一化到0-1
sem_normalized = image_SEM.astype(np.float32) / 255.0

# 调整叠加透明度（alpha值0-1，0为仅显示SEM，1为仅显示元素层）
alpha = 0.5
mixed_image = (1 - alpha) * sem_normalized + alpha * overlay

# 确保像素值在合法范围内
mixed_image = np.clip(mixed_image, 0, 1)

# 显示结果
plt.figure(figsize=(10, 8))
plt.imshow(mixed_image)
plt.title('SEM + Al(Red) + Si(Green) Overlay')
plt.axis('off')
plt.show()

方式二：多图层直接叠加 #

利用Matplotlib的图层叠加特性，直接在SEM图上叠加不同配色的元素灰度图：

plt.figure(figsize=(10, 8))
# 底图显示SEM图像
plt.imshow(image_SEM)
# 叠加Al元素图，使用红色配色，设置透明度
plt.imshow(image_Al_resized, cmap='Reds', alpha=0.5)
# 叠加Si元素图，使用绿色配色，设置透明度
plt.imshow(image_Si_resized, cmap='Greens', alpha=0.5)
plt.title('SEM Image with Element Distribution Overlay')
plt.axis('off')
plt.show()

注意事项 #

• 如果元素图的背景为高亮度（而非低亮度），可以通过1 - image_Al_norm反转归一化后的数值，让元素富集区域显示为对应颜色
• alpha值可根据实际图像的对比度调整，以平衡SEM细节和元素分布的可见性

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Giovanni Pignatelli