Или:
np.array((cat01, cat02))
немного проще, чем
np.concatenate((cat01[None], cat02[None), 0)
и примерно так же быстро.
>>> cat01 = np.ones((50, 50, 3))
>>> cat02 = np.zeros((50, 50, 3))
>>>
>>> from timeit import timeit
>>> kwds = dict(globals=globals(), number=100000)
>>>
>>> timeit("np.concatenate((cat01[None], cat02[None]), 0)", **kwds)
0.7162981643341482
>>> timeit("np.array((cat01, cat02))", **kwds)
0.7192633128724992
>>> timeit("np.stack((cat01, cat02))", **kwds)
1.1847702045924962