Устройство, способ и система для графического представления сигналов, зависящего от разрешения - RU2715548C2

Чертежи

Описание

[0001] Стандартный подход к графическому изображению сигналов заключается в использовании линейной интерполяции для вычерчивания линии между точками, представляющими каждую индивидуальную выборку в сигнале. Данный подход может обеспечивать полезное и удобочитаемое изображение, когда количество выборок мало. Однако, по мере того как количество выборок увеличивается и становится значительно больше количества столбцов пикселей устройства отображения, используемого для предоставления графика пользователю, указанное изображение может стать перенасыщенным.

[0002] Предложен компьютерочитаемый носитель для некратковременного хранения информации, хранящий набор инструкций, исполняемых процессором. Набор инструкций при исполнении их процессором заставляет процессор выполнять операции, включающие:

прием данных, содержащих множество точек данных, каждая из которых имеет значение вдоль первой оси и значение вдоль второй оси,

разделение данных на множество интервалов вдоль первой оси, при этом данные разделяются на основе физической характеристики устройства отображения, на котором эти данные должны быть отображены,

определение для одного из интервалов, необходимости использования альтернативного представления данных, и

отображение графика данных, при этом

для указанного одного из интервалов используют альтернативное представление данных, если определено, что альтернативное представление данных должно быть использовано, и

используют линейное построение графика для указанного одного из интервалов, если определено, что альтернативное представление данных не должно быть использовано.

[0003] Также предложена система, имеющая интерфейс данных для приема данных, содержащих множество точек данных, каждая из которых имеет значение вдоль первой оси и значение вдоль второй оси, устройство отображения, запоминающее устройство для некратковременного хранения информации, хранящее набор инструкций, и процессор для исполнения набора инструкций. Исполнение инструкций заставляет процессор выполнять операции, включающие:

разделение данных на множество интервалов вдоль первой оси, при этом данные разделяют на основе физической характеристики устройства отображения,

определение для одного из интервалов, необходимости использования альтернативного представления данных и

отображение с помощью устройства отображения графика выборки данных, при этом для указанного одного из интервалов используют альтернативное представление данных, если определено, что должно быть использовано альтернативное представление данных, и для указанного одного из интервалов используют линейное построение графика, если определено, что альтернативное представление данных не должно быть использовано.

[0004] Также предложен способ управления устройством отображения. Способ включает:

прием данных, содержащих множество точек данных, каждая из которых имеет значение вдоль первой оси и значение вдоль второй оси;

определение необходимости отображения точек данных с использованием первого представления данных или второго представления данных, при этом определение основано на физической характеристике устройства отображения; и

отображение графика данных, при этом отображают гистограммное представление по меньшей мере некоторых точек данных, если определена необходимость использования первого представления данных, и отображают второй тип представления по меньшей мере некоторых точек данных, если определена необходимость использования второго представления данных.

[0005] На Фигуре 1 показана выборка данных, графически построенная с использованием стандартной линейной интерполяции.

[0006] На Фигуре 2 показан увеличенный вид части выборки, представленной на Фигуре 1.

[0007] На Фигуре 3 показан пример способа, предложенного для отображения выборки данных по Фигуре 1, так, чтобы повысить удобочитаемость.

[0008] На Фигуре 4 показано отображение выборки данных по Фигуре 1, сгенерированное согласно примеру способа, представленного на Фигуре 3.

[0009] На Фигуре 5 показано отображение выборки данных по Фигуре 1, сгенерированное согласно альтернативному варианту примера способа, представленного на Фигуре 3.

[0010] На Фигуре 6 показан пример вычислительной системы, реализующей пример способа, представленного на Фигуре 3.

[0011] На Фигуре 7 показано отображение выборки данных по Фигуре 1, сгенерированное согласно альтернативному варианту примера способа, представленного на Фигуре 3.

[0012] Примеры осуществления станут понятнее из нижеследующего описания и соответствующих сопроводительных чертежей, на которых схожие элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями. В частности, примеры осуществления относятся к способам и системам для улучшения восприятия объема информации, передаваемой в графических отображениях посредством использования гистограмм.

[0013] Сигнал может быть определен в виде функциональной зависимости величины x от времени t. Количество выборок в сигнале может быть обозначено как N. График, отображающий сигнал, обычно может отображать каждую выборку в хронологическом порядке, при этом моменты времени t выборки откладывают по оси x, а величины x выборки откладывают по оси y. Сигнал обычно может быть изображен так, что выборки соединены линией. Во многих областях применения, например при мониторинге частоты сердечных сокращений пациента, большое количество выборок (например, N>104) может быть показано на одном изображении. Например, изображение, показывающее данные за один день, отбор которых выполняли с частотой 1 Гц, содержит 8,64*104 выборок.

[0014] Однако в изображении сигнала с большим количеством выборок каждый столбец пикселей на экране будет включать в себя большое количество выборок. Например, дисплей с высоким разрешением может иметь 1920 пикселей в ширину; следовательно, если на таком дисплее показаны данные за один день, отбор которых выполнялся с частотой 1 Гц, каждый столбец пикселей будет содержать 8,64*104/1920 = 45 выборок. Это приводит к загроможденному и неразборчивому изображению. На Фигуре 1 показано такое изображение 100, где частота 110 сердечных сокращений графически изображена как функция времени 120. На изображении 100 может оказаться сложным тщательно собрать полезные данные из первого участка 130 по причине большого количества точек данных. Эта сложность может еще более возрастать для дисплеев с низким разрешением, которые имеют меньше пикселей в ширину.

[0015] Один из широко распространенных технологических приемов, который может использоваться, чтобы лучше понять содержание графика сигнала, заключается в увеличении изображения на выбранном интервале времени, например интервале времени 140 на Фигуре 1. На Фигуре 2 показано изображение 200, где частота 210 сердечных сокращений графически изображена как функция времени 220, при этом интервал времени 220 соответствует интервалу времени 140 на Фигуре 1. Линейная интерполяция между различными выборками, показанными на изображении 200, становится более ясной, чем на первом участке 130 изображения 100. Это является причиной того, что интерполяция по нескольким столбцам пикселей приводит к более четкому изображению. Линейную интерполяцию вообще и линейную интерполяцию по нескольким столбцам пикселей, в общем, можно назвать "линейным построением графика". Следует отметить, что линейное построение графика может также охватывать другие типы визуализации. Однако специалистам в данной области техники понятно, что увеличенный вид изображения 200 не позволяет получить должного представления обо всем изображении 100, при этом в некоторых случаях (например, при большом количестве точек данных) невозможно выполнить интерполяцию по нескольким столбцам пикселей.

[0016] Примеры осуществления предоставляют альтернативную технологию для отображения графиков сигналов высокой плотности, имеющих большое количество выборок в каждом столбце пикселей, посредством селективного использования гистограмм. Примеры осуществления будут описаны с конкретной привязкой к сигналу, показанному на Фигуре 1, однако специалистам в данной области техники понятно, что это всего лишь примеры. Следует отметить, что система, реализующая примеры осуществления, может осуществлять выбор между различными способами визуализации. Например, способ визуализации может выбираться на основе уровня полного сигнала в зависимости от уровня масштабирования. Если уровень уменьшается, что подразумевает большее количество пикселей, приходящихся на один столбец, представленная в качестве примера система может переключиться на гистограммное представление. Если уровень увеличивается, представленная в качестве примера система может переключиться на визуализацию путем интерполяции.

[0017] На Фигуре 3 проиллюстрирован способ 300 согласно одному варианту осуществления. На этапе 310 осуществляют прием данных выборки. Эти данные могут приниматься от любого источника (например, непосредственно от оборудования для мониторинга пациентов, из архива данных и т.д.) и могут представлять собой данные в реальном масштабе времени (например, получаемые по мере проведения измерений) или полученные в любое другое время. На этапе 320 выполняют отбор, например отбор, показанный на Фигуре 1, для их отображения. Отбор может выполняться вручную (например, врач может выбирать целевой интервал времени для пациента) либо автоматически (например, дисплей у кровати пациента может автоматически выбирать непосредственно предшествующий 24-часовой интервал времени).

[0018] На этапе 330 отобранные данные выборок, полученные на этапе 320, разделяются на столбцы пикселей. Как описано выше, разделение может зависеть от количества выборок, включенных в выборочную совокупность, и ширины используемого дисплея, выраженной в пикселях. Например, в продолжение рассмотрения примера отобранных с частотой 1 Гц данных за один день, показанных на дисплее, ширина которого составляет 1920 пикселей, каждый столбец пикселей будет содержать 8.64*104/1920 = 45 выборок. Следовательно, первый столбец пикселей будет содержать первые 45 выборок, второй столбец пикселей будет содержать следующие 45 выборок и т.д. Следует отметить, что это всего лишь пример, при этом выборки сигналов также могут формироваться нерегулярным способом, а это означает, что на один столбец пикселей может приходиться разное количества выборок. Нерегулярное формирование выборок может быть следствием различных фактор, например потерей данных, нерегулярной схемой формирования выборок и т.д. Столбцы пикселей могут рассматриваться в виде временных интервалов, каждый из которых содержит множество выборок.

[0019] На этапах 340-390 каждый столбец пикселей оценивают, чтобы определить, должно ли ее изображение быть изменено для повышения удобочитаемости. На этапе 340 выбирают первый столбец пикселей. Обычно это может начинаться с левой стороны изображения, которая может соответствовать хронологически наиболее ранним выборкам, но может также использоваться любая другая начальная точка.

[0020] На этапе 350 выбранный столбец пикселей оценивают, чтобы определить, должно ли ее изображение быть изменено. В первом варианте осуществления это определение может осуществляться исключительно на основе количества выборок, содержащихся в столбце пикселей. Если количество выборок, содержащихся в столбце, превышает некоторое пороговое значение, изображение столбца пикселей изменяется. Пороговое значение, например, может быть равно двум. Это пороговое значение может использоваться потому, что если в столбце пикселей имеются две выборки, линия, проведенная между первой и второй, покажет обе выборки в пределах столбца пикселей, но если существуют три или более выборок в столбце пикселей, каждая последующая выборка после второй не будет конкретно показана на линии, проведенной между наибольшим и наименьшим значениями выборок. Однако для отборов выборок с равномерным распределением, при которых каждый столбец пикселей включает в себя одинаковое количество выборок, определение, основанное исключительно на количестве выборок в столбце пикселей, приведет к тому, что либо все изображение будет изменено для улучшения удобочитаемости, либо изменено не будет.

[0021] Во втором варианте осуществления определение, следует ли изменить изображение, основано как на количестве выборок в столбце пикселей, так и на диапазоне значений, входящих в столбец пикселей. В таком варианте осуществления изображение выбранного столбца пикселей изменяют, если количество выборок в столбце пикселей превышает пороговое число, как описано выше, и если диапазон значений превышает пороговый диапазон. Диапазон может определяться как абсолютное значение разности между максимальным значением, содержащимся в столбце пикселей, и минимальным значением, содержащимся в столбце пикселей. Пороговый диапазон, с которым сравнивают диапазон выбранного столбца пикселей, может быть статическим (например, для монитора частоты сердечных сокращений пороговый диапазон может всегда составлять 40 ударов в минуту) или определяться динамически (например, пороговый диапазон может составлять 20% от полного диапазона, представленного вертикальной осью).

[0022] Если на этапе 350 определяют, что изображение выбранного столбца пикселей не должно изменяться, тогда на этапе 360 выбранный столбец пикселей отображают с помощью традиционного линейного построения графика. Однако если на этапе 350 определяют, что изображение выбранного столбца пикселей должно быть изменено, тогда на этапе 370 выбранный столбец пикселей отображают с использованием альтернативной технологии, чтобы повысить удобочитаемость. Чтобы достичь этого повышения может использоваться ряд технологий.

[0023] В одном варианте осуществления вместо традиционного линейного построения графика может использоваться линейная гистограмма. В таком варианте осуществления генерируется гистограмма всех значений в столбце пикселей и строится вдоль столбца пикселей. На Фигуре 4 показано изображение 400, представляющее тот же набор данных, который показан на Фигуре 1, построенное с помощью линейной гистограммы для выбранных данных. На основе размера диапазонов между минимальными и максимальными значениями для каждого столбца пикселей линейные гистограммы используются для выборок вплоть до приблизительно t=33000 секунд, после чего используют линейное построение графика. В области 410 изображения 400 черная линия 420 соединяет среднее значение каждого столбца пикселей, для которого используются линейные гистограммы. Серые точки 430, сгруппированные вокруг черной линии 420, представляют различные выборки, при этом степень темноты серого цвета соответствует частоте значения в пределах выборки. Область 440 включает в себя выборки, соединенные путем линейной интерполяции, как описано выше. Специалистам в данной области техники понятно, что изображение 400, в частности содержимое области 410, предоставляет больше информации, чем изображение 100, а также, в частности, указывает, что большинство значений сосредоточено вокруг линии 420, обозначающей среднее значение, в отличие от того, что позволяет предположить изображение 100.

[0024] В другом варианте осуществления альтернативное изображение может принимать форму селективного изображения среднего значения и квантилей. На Фигуре 5 показано такое изображение 500. В области 510 изображение 500 содержит первую линию 520, обозначающую среднее значение выборки, вторую линию 530, обозначающую 0,25-квантиль выборки, третью линию 540, обозначающую 0,75-квантиль выборки, кластер точек 550, обозначающих минимальные значения, а также кластер точек 560, обозначающих максимальные значения. В области 570 главным образом используется линейная интерполяция, хотя порою показаны минимальные и максимальные значения. Изображение 500 может предоставить наблюдателю дополнительные детали в отношении выборки. Следует отметить, что два вышеприведенных примера альтернативных изображений носят лишь иллюстративный характер, при этом могут существовать другие альтернативные способы отображения данных.

[0025] На этапе 380 определяют, имеются ли еще столбцы пикселей, которые требуется оценить. Если требуется оценить дополнительные столбцы пикселей, на этапе 390 выбирают следующий столбец пикселей. После этапа 390 способ 300 возвращают к этапу 350, и оценку столбцов пикселей продолжают. Если более нет столбцов пикселей, требующих оценки, построение графика завершают, и выполнение способа 300 оканчивают.

[0026] На Фигуре 6 показана представленная в качестве примера система 600, которая может реализовать вышеописанные примеры осуществления с привязкой к способу 300. Система 600 включает в себя элемент 610 для хранения данных (например, один или более жестких дисков, твердотельных дисков или других компонентов для долгосрочного хранения данных). Элемент 610 для хранения данных может хранить код для реализации способа 300. Система 600 также включает в себя элемент 620 для обработки данных, который может включать в себя один или более микропроцессоров, способных исполнить код, например код для реализации способа 300. Система 600 также включает в себя пользовательский интерфейс 630, который может содержать один или более физических компонентов (например, клавиатуру, манипулятор типа «мышь», сенсорную панель, дисплей, сенсорный экран и т.д.), выполненных с возможностью приема данных, вводимых пользователем, и предоставления пользователю результатов (например, изображения 400). Система 600 также включает в себя интерфейс 640 данных (например, проводное или беспроводное соединение с некоторой сетью и/или с Интернетом), обеспечивающий возможность связи (например, прием данных выборки на этапе 310) с внешними источниками данных. Система 600 также включает в себя устройство 650 отображения (например, ЖК-дисплей и СИД-дисплей, ЛТР-дисплей и т.д.) Следует отметить, что в некоторых вариантах реализации устройство 650 отображения и пользовательский интерфейс 630 могут представлять собой одно объединенное устройство (например, сенсорный экран, который одновременно отображает информацию и принимает входные данные от пользователя). Следует также отметить, что устройство 650 отображения может представлять собой компонент, не входящий в состав системы 600. Иначе говоря, система 600 может обрабатывать данные, как описано в отношении способа 300, для отображения на отдельном устройстве 650 отображения. Специалистам в данной области техники понятно, что может существовать любое количество возможных вариантов реализации системы 600, при этом такие варианты реализации могут включать в себя дополнительные элементы, которые конкретно не описаны выше, при этом система 600 может быть способна выполнять дополнительные задания, помимо тех что описаны выше со ссылкой на примеры осуществления.

[0027] В одном альтернативном варианте осуществления вместо использования столбцов пикселей в качестве основы оценки может использоваться иная ширина. Ширина может определяться на основе большего количества пикселей или участка шкалы, представленной горизонтальной осью. Иная ширина может выбираться на основе обычного расстояния наблюдения от пользователя до экрана; например, если обычное расстояние наблюдения от экрана увеличивается, может потребоваться использовать увеличенную ширину в качестве основы оценка. По альтернативному варианту, если используются более крупные маркеры выборки (например, "x" или "o"), может потребоваться использовать увеличенную ширину. На Фигуре 7 показано изображение 700, где сгенерированы гистограммы на основе увеличенных временных окон. Очевидно, что использование увеличенных временных окон приводит к сглаживанию гистограммы.

[0028] В другом альтернативном варианте осуществления вместо использования гистограммы для областей графика, в которых требуется альтернативное изображение, может использоваться более совершенный способ оценки распределения. Это может быть, например, ядерная оценка плотности или параметрическая оценка функции распределения. В качестве альтернативы для непериодических сигналов (например, сигналов электрокардиограммы или фотоплетизмографических сигналов) плотные области выборки могут обобщаться с использованием графика среднего сигнала за один период, который может также содержать обозначение изменения сигнала. Для построения такого 2-D итогового графика может потребоваться больший интервал времени наличия данных высокой плотности (например, данных, для которых требуется альтернативное изображение).

[0029] В еще одном варианте осуществления альтернативное изображение может использоваться для изображения 2-D диаграмм рассеяния. В данном примере каждый пиксель может представлять собой гистограмму или единственный пиксель. Для обозначения гистограммы может использоваться другой цвет, чтобы различить эти два представления. Например, если пиксель представляет гистограмму точек данных, этот пиксель может изображаться в синем цвете, а если пиксель представляет единственную точку данных на диаграмме рассеяния, пиксель может изображаться красным.

[0030] Примеры осуществления, описанные выше, имеют конкретную привязку к отображению временных рядов, при этом график содержит значения выборки, отложенные вдоль y-оси, в моменты времени, отложенные вдоль x-оси. Однако специалистам в данной области техники понятно, что временные ряды представляют собой лишь один тип данных, а также что примеры осуществления равным образом применимы к отображению выборки данных любого типа в формате (x, y).

[0031] Поскольку график с использованием стандартной линейной интерполяции становится трудночитаемым для таких выборок с плотной упаковкой, как описано выше со ссылкой на Фигуру 1, селективное использование гистограммы, как показано на Фигуре 4, позволяет наблюдателю получить больше информации, чем при таком стандартном графике. Кроме того, селективное использование гистограммы дает преимущество над графиком, который использует исключительно гистограмму для всех данных, поскольку для «неплотных» выборок данных линейная интерполяция визуально помогает наблюдателю правильно интерпретировать сигнал.

[0032] Специалисты в данной области техники поймут, что вышеописанные примеры осуществления могут быть реализованы с помощью любых средств, в том числе модуля программного обеспечения, сочетания аппаратного обеспечения и программного обеспечения и т.д. Пример способа 300, например, может быть реализован в программе, хранящейся на некратковременном носителе и содержащей строки кода, которые, будучи скомпилированными, могут исполняться процессором.

[0033] Специалистам в данной области техники понятно, что в примеры осуществления могут быть внесены различные изменения без отступления от существа и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает модификации и изменения данного изобретения, если они подпадают под объем притязаний прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Реферат

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления отображением данных для отображения графиков сигналов высокой плотности. Технический результат достигается за счёт приема данных, содержащих множество точек данных; разделения данных; определения необходимости использования представления данных, при этом определение основано на количестве точек данных в пределах указанного одного из интервалов; и отображения графика данных. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула