CN101694647A - 一种图、谱线实时转换分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图、谱线实时转换分析方法及系统，其特征在于：它在采集原始数据的同时，对信号逐帧进行分析处理，将一维谱线、二维图和三维图之间互相实时转换；其中转换方法包括：1)一维谱线转二维图；2)二维图转一维谱线；3)一维谱线转三维图；4)三维图转一维谱线；5)二维图转三维图；6)三维图转二维图。本发明的方法和系统具有的高融合性，使各种形态数据能够单独或同时显示其实时转换情况，并以应用于实际科研应用中。本发明的方法具有一维、二维、三维互相转换的实时处理功能，基本上能够做到随帧数刷新，因此可以在采集信号的同时，对所采信号进行逐帧实时分析处理，以满足对实时性有较高要求的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种分析化学领域的数据分析方法及系统，特别是关于一种图、谱线实时转换分析方法及系统。
背景技术
目前，欧氏空间上的数据形态主要可以分为一维、二维和三维，其中又以一维、二维在应用中较为常见。一维数据一般通过曲线形式表述，二维数据一般通过图像、图形形式表述。而在一些专业领域，例如色谱线工作站、GIS地形分析、医学三维重构、表面等离子体共振成像等，则需要用到三维数据分析。由于在这些应用领域中需要观测一种或多种数据形态随时间变化的情况，然而现有软件没有能够将所有转换方式融合于一体，因而导致一些需要同时观测多种数据形态实时变化的场合无法得以实现。
在分析化学领域，现有的数据分析方法具备静态二维图片转静态三维图片、动态二维图片转动态三维图片、动态一维谱线转动态二维图等功能。现有的数据分析方法主要包括，一维数据转二维数据分析方法、二维数据转一维数据分析方法、一维数据转三维数据分析方法、三维数据转一维数据分析方法、二维数据转三维数据分析方法、三维数据转二维数据分析方法，但是这些已有方法没有能够将这三种数据形式进行有机合理整合。
现有方法诸如实时一维数据转实时二维数据，已经在色谱工作站等领域开展应用。然而在某些其他领域，比如表面等离子体共振成像技术，则需要用到实时一维数据转实时三维数据。目前现有方法只是在一些静态的三维重构上得以应用，还没有实现实时性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种融合了任意两种数据形态的分析转换方法，并能对实时信号进行处理的图、谱线实时转换分析方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种图、谱线实时转换分析方法，其特征在于：它在采集原始数据的同时，对信号逐帧进行分析处理，将一维谱线、二维图和三维图之间互相实时转换；其中转换方法包括：1)一维谱线转二维图，将一维谱线的纵坐标转换为二维图的像素点灰度值，将一维谱线的横坐标转换为二维图的横坐标，二维图的纵坐标为预设值；2)二维图转一维谱线，逐帧将所选区域对应像素点的像素值进行叠加、平均，一维谱线的横坐标为时间或帧序号，纵坐标为像素点的信息值；3)一维谱线转三维图，将一维谱线的纵坐标转换为三维图的高度坐标，将一维谱线的横坐标转换为三维图的横坐标，三维图的纵坐标为预设值；4)三维图转一维谱线，逐帧将所选区域的像素点的高度坐标值进行叠加、平均，一维谱线的横坐标为时间或帧序号，纵坐标为像素点的信息值；5)二维图转三维图，将二维图各像素点的灰度值转换为三维图的高度坐标值，二维图的横、纵坐标值转换为三维图的横、纵坐标值；6)三维图转二维图，将三维图各像素点的高度坐标值转换为二维图的灰度值，三维图的横、纵坐标值转换为二维图的横、纵坐标值。
所述叠加、平均是将图像中某区域内所有像素点的像素值累加，然后计算平均数。
所述三维图的高度坐标按大小不同分别以不同伪彩色显示。
一种图、谱线实时转换分析系统，其特征在于：它包括数据采集模块、分析转换模块、显示模块和数据保存模块；其中所述数据采集模块将采集到的原始数据输入到所述分析转换模块中，转换成所需要的处理后数据；所述处理后数据输入显示模块中显示，并保存在系统中；在所述显示模块中，所述原始数据以数据实时采集速度为刷新速度实时显示，在所述数据采集模块中刷新原始数据的同时，所述分析转换模块中的处理后数据随之实时刷新。
所述原始数据和处理后数据在所述显示模块中，可在一个界面上进行集中显示，也可单独显示。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将一维、二维、三维三种表现形式有机结合在一起，解决了以往数据分析方法数据表现形式单一的问题，通过将三种形态零散的处理融合到一套系统里，可根据需要同时观察两种甚至三种数据形态的情况。2、本发明的方法具有一维、二维、三维互相转换的实时处理功能，基本上能够做到随帧数刷新，因此可以在采集信号的同时，对所采信号进行逐帧实时分析处理，以满足对实时性有较高要求的检测。3、本发明的方法和系统具有的高融合性，使各种形态数据能够单独或同时显示其实时转换情况，并以应用于实际科研应用中。本发明的方法和系统可用于表面等离子体共振成像、色谱线工作站等分析化学领域，甚至可用于GIS地形分析、医学三维重构等非分析化学领域中。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图
图2是本发明实施例一直接采集到或由二维图、三维图转换得到的一维谱线示意图
图3是本发明实施例一直接采集到或由三维图转换得到的二维图示意图
图4是本发明实施例一直接采集到或由二维图转换得到的三维图示意图
图5是本发明实施例一由一维谱转换得到的二维图示意图
图6是本发明实施例一由一维谱转换得到的三维图示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
在分析化学领域的数据分析方法中，一维谱线包括横坐标和纵坐标，纵坐标可以是任何信号的单位，如像素值；实时转换分析方法中，横坐标一般为时间或与时间相关的单位，例如帧数。二维图是由若干像素点组成的平面图形。三维图是在二维图的基础上，将二维图扩展到三维空间，例如把二维图各像素点灰度值转换成三维图的高度值。二维图扩展到三维空间的转换比率通常为自定义，例如将二维图中像素点灰度值为56转换成三维图中高度值为56，转换比率从数值上看就是1∶1。
本发明的方法的特点体现在实时性和融合性上，实时性是指将一维谱线、二维图和三维图之间互相转换的实时处理功能，在采集信号的同时，对信号逐帧进行分析处理，基本上能够做到随帧数刷新；融合性是指将现有的一维谱线、二维图和三维图的零散处理融合到一套系统中进行。其中，对于实时性来说，实现图谱实时转换，特别是包含三维图像数据实时转换的系统，其突出的难点就在于是否具有好的算法来降低系统的开销，以达到实时处理数据的功能。本发明的方法通过在系统中开辟一个缓存区，采用内存直接寻址的方式对采集到的图像数据进行读取，从而免去了分析图像数据包提取数据的过程，进而使图像数据提取成为普通数据直读，因此大大减少了系统开销，使得对高速采集到的数据进行实时分析成为可能。
如图1所示，本发明的系统包括数据采集模块1、分析转换模块2、显示模块3和数据保存模块4。其中数据采集模块1将采集到的原始数据如一维谱线、二维图和三维图输入到分析转换模块2中，转换成所需要的处理后数据。处理后数据输入显示模块3中，可选择在一个界面上进行集中显示，也可单独显示。最后将处理后数据保存在系统中。在显示模块3中，原始数据以数据实时采集速度为刷新速度实时显示，在数据采集模块1中刷新原始数据的同时，分析转换模块2中的处理后数据随之实时刷新。
在分析转换模块2中的转换方法如下所述：
1、实时一维谱线转二维图分析方法
由于原始数据形式是一维的，这就意味着转换过程中需要升维，定义一维坐标系的横坐标为横，纵坐标为纵，比如距离-灰度值坐标系、时间-灰度值坐标系等。在分析转换模块2将一维谱线纵坐标值，例如灰度值、电压值，转换为二维图的像素点灰度值。将一维谱线横坐标值，例如时间、距离，转换为二维图的横坐标；二维图纵坐标的长度是一个自定义的预设值。当需要同时转换多条一维谱线至同一张二维图上显示时，显示模块3中纵坐标的预设值会自适应地减小以适应显示屏幕。
2、实时二维图转一维谱线分析方法
由于原始数据形式是二维的，且一般为图像信号，因此二维图像可以是采集到的原始图像，也可以是由三维图像转换得到的二维图像。分析转换模块2在二维图像中任意选择若干区域，逐帧将各区域对应像素点的像素值进行叠加、平均后，实时地以一维谱线的形式显示出来。叠加、平均就是把二维图像中某块区域内所有像素点的像素值累加，然后计算平均数，一般分为算术平均数、调和平均数、几何平均数等几种方式。一维谱线横坐标一般为时间或帧序号，纵坐标为对应块内的像素点的信息值，通常为像素值。
3、实时一维谱线转三维图分析方法
由于原始数据形式是一维的，因此转换过程中同样需要升维。在分析转换模块2中将一维谱线纵坐标值，例如灰度值、电压值，转换为三维图的高度坐标值；将一维谱线横坐标值，例如时间、距离，转换为三维图的横坐标；三维图的纵坐标长度是一个自定义的预设值。当需要同时转换多条一维谱线至同一张三维图上显示时，显示模块3中的预设值会自适应地减小以适应屏幕。同时，三维图的高度坐标按大小不同分别以不同伪彩色显示，以增强视觉效果。
4、实时三维图转一维谱线分析方法
原始数据形式是三维的，且三维图可以是采到的原始图像，也可以是由二维图转三维图所得的三维图像。在分析转换模块2中通过在三维图中任意选择若干区域，逐帧将各区域的像素点的高度坐标值进行叠加、平均后，实时地以一维谱线的形式显示出来。一维谱线的横坐标一般为时间或帧序号，纵坐标为对应块内的像素点的信息值，信息值通常为三维数据的高度值，一般为高度坐标值。
5、实时二维图转三维图分析方法
由于原始数据形式是二维的，因此转换成三维图的过程中同样需要升维。在分析转换模块2中将二维图各像素点的灰度值转换为三维图的高度坐标值；将二维图的横、纵坐标值转换为三维图的横、纵坐标值。三维图的高度坐标值按大小不同分别以不同伪彩色显示，以增强视觉效果。
6、本方法中的实时三维图转二维图分析方法
由于原始数据形式是三维的，因此转换成二维图的过程中同样需要降维。在分析转换模块2中将三维图各像素点的高度坐标值转换为二维图的灰度值；把三维图的横、纵坐标值转换为二维图的横、纵坐标值。
下面结合附图和具体实施方式对本发明方法作进一步详细描述。
实施例一：本发明的系统应用于表面等离子体共振成像设备
如图2所示，三条一维谱线以时间为横坐标，像素灰度值为纵坐标，与图3中的二维图和图4中的三维图所选区域对应。其中谱线1表示像素区域A或像素点I的像素值随时间变化的情况；谱线2表示像素区域B或像素点II的像素值随时间变化的情况；谱线3表示像素区域C或像素点III的像素值随时间变化的情况。谱线1、谱线2和谱线3实时刷新，并以不同颜色区分显示。
如图3所示，实时采集图像中的一帧二维图截图，被选中的像素区域A、像素区域B和像素区域C实时刷新，从而使其像素值随时间发生改变，进而得到如图2所示的一维谱线1、谱线2和谱线3。如图4所示，实时刷新的二维图还可以同步转换成实时三维图，三维图像素点I、像素点II和像素点III的颜色随像素高度值不同而不同，其高度值取决于二维图中像素区域A、像素区域B和像素区域C的灰度值。
如图4所示，三维图像素点I、像素点II和像素点III实时刷新，从而使其像素值随时间发生改变，进而得到的一维谱线1、谱线2和谱线3。如图3所示，实时刷新三维图还可以同步转换成实时二维图，二维图像素区域A、像素区域B和像素区域C的灰度值取决于三维图中像素点I、像素点II和像素点III的高度值。
如图5所示，实时一维谱转换得到的二维图截图，将一维谱线的时间横坐标变为二维图的时间纵坐标，将一维谱线的像素值纵坐标变为二维图的各列色带像素点灰度值。根据一维谱线的条数确定二维图的列数，列的宽度可以是缺省值或是自适应值，从而随着时间的推移，一维谱线不断延伸，则二维图的各列色带也不断描绘。
如图6所示，实时一维谱转换得到三维图截图，将一维谱线的时间横坐标变为三维图的纵轴时间坐标，将一维谱线的各谱线像素值纵坐标变为三维图的各列色带像素点高度值，即高度轴像素值坐标。根据一维谱线条数确定三维图的列数，即横轴列坐标，列宽可以是缺省值或是自适应值，从而随着时间推移，一维谱线不断延伸，则三维图的各列也不断描绘。
实施例二：本发明的系统应用于分离信号处理
目前对于分离信号的处理主要分为两种方式：一种是按固定时间分离，以距离为变量，例如平板凝胶电泳、薄层色谱等；另一种是按固定长度分离，以时间为变量，例如毛细管电泳、气相色谱、液相色谱等；以上两种方式的信号可以互相转换。在应用本发明的实时一维谱转二维图方法进行信号转换时，通过数据采集模块1采集到的一维谱线信号，将其输入分析转换模块2中实时转换成二维图，用户可以通过显示模块3即时观察分离信号的色谱图。
Claims (6)
1.一种图、谱线实时转换分析方法，其特征在于：它在采集原始数据的同时，对信号逐帧进行分析处理，将一维谱线、二维图和三维图之间互相实时转换；其中转换方法包括：
1)一维谱线转二维图，将一维谱线的纵坐标转换为二维图的像素点灰度值，将一维谱线的横坐标转换为二维图的横坐标，二维图的纵坐标为预设值；
2)二维图转一维谱线，逐帧将所选区域对应像素点的像素值进行叠加、平均，一维谱线的横坐标为时间或帧序号，纵坐标为像素点的信息值；
3)一维谱线转三维图，将一维谱线的纵坐标转换为三维图的高度坐标，将一维谱线的横坐标转换为三维图的横坐标，三维图的纵坐标为预设值；
4)三维图转一维谱线，逐帧将所选区域的像素点的高度坐标值进行叠加、平均，一维谱线的横坐标为时间或帧序号，纵坐标为像素点的信息值；
5)二维图转三维图，将二维图各像素点的灰度值转换为三维图的高度坐标值，二维图的横、纵坐标值转换为三维图的横、纵坐标值；
6)三维图转二维图，将三维图各像素点的高度坐标值转换为二维图的灰度值，三维图的横、纵坐标值转换为二维图的横、纵坐标值。
2.如权利要求1所述的一种图、谱线实时转换分析方法，其特征在于：所述叠加、平均是将图像中某区域内所有像素点的像素值累加，然后计算平均数。
3.如权利要求1所述的一种图、谱线实时转换分析方法，其特征在于：所述三维图的高度坐标按大小不同分别以不同伪彩色显示。
4.如权利要求2所述的一种图、谱线实时转换分析方法，其特征在于：所述三维图的高度坐标按大小不同分别以不同伪彩色显示。
5.一种实现如权利要求1～4所述方法的图、谱线实时转换分析系统，其特征在于：它包括数据采集模块、分析转换模块、显示模块和数据保存模块；其中所述数据采集模块将采集到的原始数据输入到所述分析转换模块中，转换成所需要的处理后数据；所述处理后数据输入显示模块中显示，并保存在系统中；在所述显示模块中，所述原始数据以数据实时采集速度为刷新速度实时显示，在所述数据采集模块中刷新原始数据的同时，所述分析转换模块中的处理后数据随之实时刷新。
6.如权利要求5所述的一种图、谱线实时转换分析系统，其特征在于：所述原始数据和处理后数据在所述显示模块中，可在一个界面上进行集中显示，也可单独显示。
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