使用Matplotlib读取URL中PNG文件报错的原因及方案咨询

问题场景 #

尝试用Matplotlib加载URL中的PNG图片，后续叠加聚类图层，初始代码如下：

import urllib.request as urllib2
import matplotlib.pyplot as plt

DIRECTORY = "http://commondatastorage.googleapis.com/codeskulptor-assets/"
MAP_URL = DIRECTORY + "data_clustering/USA_Counties.png"

map_file = urllib2.urlopen(MAP_URL)
map_img = plt.imread(map_file)

implot = plt.imshow(map_img)

报错信息 #

运行后抛出UnsupportedOperation: seek错误，完整回溯：

runfile('G:/My Drive/Python/Fundamentals of computing/AT/Application 3/untitled0.py', wdir='G:/My Drive/Python/Fundamentals of computing/AT/Application 3')
Traceback (most recent call last):

  File "G:\My Drive\Python\Fundamentals of computing\AT\Application 3\untitled0.py", line 15, in <module>
    map_img = plt.imread(map_file)

  File "C:\Users\Tomas\anaconda3\lib\site-packages\matplotlib\pyplot.py", line 2160, in imread
    return matplotlib.image.imread(fname, format)

  File "C:\Users\Tomas\anaconda3\lib\site-packages\matplotlib\image.py", line 1560, in imread
    with img_open(fname) as image:

  File "C:\Users\Tomas\anaconda3\lib\site-packages\PIL\ImageFile.py", line 116, in __init__
    self._open()

  File "C:\Users\Tomas\anaconda3\lib\site-packages\PIL\PngImagePlugin.py", line 727, in _open
    cid, pos, length = self.png.read()

  File "C:\Users\Tomas\anaconda3\lib\site-packages\PIL\PngImagePlugin.py", line 176, in read
    pos = self.fp.tell()

UnsupportedOperation: seek

环境：Anaconda3 + Spyder 5.2.2，已更新conda、Spyder及Pillow包。

可行解决方法 #

直接将URL传入plt.imread，跳过urllib2.urlopen步骤：

import matplotlib.pyplot as plt

DIRECTORY = "http://commondatastorage.googleapis.com/codeskulptor-assets/"
MAP_URL = DIRECTORY + "data_clustering/USA_Counties.png"

map_img = plt.imread(MAP_URL)
implot = plt.imshow(map_img)

解决原理 #

1. urllib2.urlopen返回对象的局限性 #

urllib2.urlopen()返回的是HTTPResponse对象，属于单向流式IO对象，只能按顺序读取数据，不支持seek()（移动文件指针）和tell()（获取当前指针位置）操作。而Pillow解析PNG时，需要多次移动指针读取不同块的内容（如头信息、数据块、结束块），这就触发了UnsupportedOperation错误。

2. Matplotlib对URL的内部处理逻辑 #

当直接传入URL给plt.imread()时，Matplotlib会自动完成以下操作：

• 将URL对应的资源下载到一个可随机访问的临时IO对象（内存中的BytesIO或本地临时文件）
• 该临时对象支持seek()和tell()，满足Pillow解析PNG的需求
• 解析完成后自动清理临时资源，无需手动处理

简言之，Matplotlib封装了网络资源的读取逻辑，把流式的网络响应转换成了符合解析要求的可随机访问对象，而自行用urllib打开的响应对象不具备这个能力。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tomás Monicat