TWI635403B - 動態調整資料階層的方法及資料視覺化處理裝置 - Google Patents
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Abstract
一種動態調整資料階層的方法，用來優化資料視覺化，該方法包含有：於每個區段，分別收集一資料，並根據該資料，計算出對應該區段的一統計資料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；以及將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最低階層。
Description
本發明係指一種用於資料視覺化的方法及裝置，尤指一種動態調整資料階層的方法及資料視覺化處理裝置。
為了使觀看者能快速理解大量資訊，新聞或相關統計軟體，常透過圖像方式將訊息呈現，以使觀看者能從視覺中獲得資訊。簡單來說，大量資訊即是藉助圖形化手段，有效地傳達訊息，以實現資料視覺化的目的。比方說顏色的變化可以顯示該筆資料是高於基準值，還是低於基準值，而濃淡的程度則是可以體現出它跟基準值的差距程度，因此觀看者就可以在不細讀資訊的情況下，就能得知資訊內含的意義。
舉例來說，熱度圖適合用來解讀某個時間長度下，環境的密集程度，但用熱度圖來表現資料時，如果以固定資料值定義顏色區間常會造成資料難以解讀。例如：過多的極端值會讓整張圖變得全是過熱的情況，以及少數的極端值無法呈現整體的呈現方式。如果95%的資料都小於10，但有5%的資料大於2000，在固定門檻值的方式下，如果紅色代表最熱且門檻值定義為10，因為大於10的資料（如11～30）會呈現紅色，但2000也是紅色，因此無法表現出熱的相對程度有多高，因此固定門檻值的顯示方式，會讓使用者難以正確解讀資料訊息。
雖然，使用者可自行調整門檻值，使熱度圖中的顏色能均勻分配，但在特定時間長度下資料的門檻值，雖然能使顏色均勻分配，但相同的門檻值在另一個時間長度下的資料，不一定能使顏色均勻分配，因此使用者需不斷的調整門檻值，才能讓熱度圖正確的呈現資料的相對關係。除此之外，目前相關技術述也沒有明確定義如何調整或計算適當的門檻值，因此使用者沒有調整標準，只能憑感覺自行定義門檻值。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種動態調整資料階層的方法及資料視覺化處理裝置，以解決上述問題。
本發明揭露一種動態調整資料階層的方法，用來優化資料視覺化功能，該方法包含有：於每個區段，分別收集一資料，並根據該資料，計算出對應該區段的一統計資料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；以及將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最低階層。
本發明另揭露一種資料視覺化處理裝置，用來動態調整資料階層，該資料視覺化處理裝置包含有：一處理單元，用來執行一程式碼；一偵測單元，用來於每個區段，分別收集一資料；一儲存單元，耦接於該處理裝置及該偵測單元，用來儲存該資料及該程式碼，其中，該程式碼指示該處理單元執行以下步驟：根據該資料計算出對應該區段的一統計資料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各個區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；以及將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最低階層。
第1圖為本發明實施例一資料視覺化處理裝置10之示意圖。資料視覺化處理裝置10可為電子看板或監視器設備，其包含一處理單元100、一儲存單元110、一顯示單元120及偵測單元130。處理單元100可為一微處理器或一特定應用積體電路（無線存取點plication-specific integrated circuit，ASIC）。儲存單元110可為任一資料儲存裝置，用來儲存處理單元100執行後的處理結果。舉例來說，儲存單元110可為用戶識別模組（subscriber identity module，SIM）、唯讀式記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、隨機存取記憶體（無線存取網路dom-access memory，RAM）、光碟唯讀記憶體（CD-ROM／DVD-ROM）、磁帶（magnetic 無線存取點）、硬碟（hard disk）及光學資料儲存裝置（optical data storage device）等，而不限於此。顯示單元120用來以圖像方式顯示處理裝置100執行後的的處理結果。舉例來說，圖像方式可為熱度圖或任何統計圖示。偵測單元130可透過背景相減法、動態相減法或物件邊框偵測方法，來收集資訊並儲存至儲存單元110，其中資訊可為即時影像（real-time image）或圖幀（image frame），但不限於此。
資料視覺化處理裝置10的運作方式可歸納為一動態調整資料階層的流程。請參見第2圖，其為本發明實施例一動態調整資料階層流程20的示意圖。如第2圖所示，動態調整資料階層流程20包含以下步驟：
步驟200：於每個區段，分別收集資料，並根據區段內收集的資料，計算出統計資料（即各個區段分別具有對應的統計資料）。
步驟210：根據第一區段的統計資料，計算出第一平均值。
步驟220：將第一區段的統計資料分成N個階層。
步驟230：根據第一平均值，決定出第一上閥值及第一下閥值。
步驟240：將第一區段的統計資料中超過第一上閥值的資料，分配為最高階層、將低於第一下閥值的資料，分配為最低階層，以及將介於第一下閥值與第一上閥值之間的資料，分配至剩餘的（N-2）個階層。
步驟250：根據第二區段的統計資料，計算出第二平均值。
步驟260：將第二區段的統計資料分成M個階層。
步驟270：根據第二平均值，決定出第二上閥值及第二下閥值。
步驟280：將第二區段的統計資料中超過第二上閥值的資料，分配為最高階層、將低於第二下閥值的資料，分配為最低階層，以及將介於第二下閥值與第二上閥值之間的資料，分配至剩餘的（M-2）個階層。
根據動態調整資料階層流程20，資料視覺化處理裝置10可動態調整閥值。換句話說，不同的區段會有不同的閥值（如第一區段及第二區段分別對應第一上、下閥值及第二上、下閥值），以各別調整每個區段內資料的尺度，進而作為分配資料階層的依據。舉例來說，區段為時間區間（如在一時間區間內收集資料），而階層為顏色階層（如熱度圖顯示方式）。然而，在其他實施例中，區段亦可為空間區間，如在一面積範圍中收集資料。為了使觀看者能快速地理解在時間區間下收集的資料，熱度圖會以不同顏色來展現資料之間的相對關係，因此觀看者能立即識別資料階層。本發明的動態調整資料階層流程20可用來動態調整熱度圖中的顏色階層，以使觀看者在不同時間區間下收集的資料都能顯示適當的顏色，藉以加強資料視覺化的效果。
詳細說明如下。請參見第3圖，其為本發明實施例一資料統計的示意圖。如第3圖所示，資料視覺化處理裝置10的偵測單元130在一時間區間內收集影像資料X1-Xn，資料的收集方式可為背景相減法、動態相減法或物件邊框偵測方法，但不限於此，其中「0」表示像素值（如灰階值0～255）沒有變化，「1」表示像素值改變。接著，處理單元100根據資料X1-Xn，統計出資料結果X。簡單來說，資料X1-Xn相加後的統計結果得出各個像素位置上像素值的變化次數，因而得出包含變數值「0」、「1」、「5」、「9」的資料結果X。處理單元100根據變數值計算出平均值，即所有變數值的總和除以變數數量，因此得出平均值為45/9=5。在此實施例中，處理單元100以平均值的2倍做為上閥值（即上閥值設為2*5=10），並以平均值的1/2倍做為下閥值（即下閥值為5/2 = 2.5）。
值得注意的是，階層數或顏色階層數可由使用者自行決定，舉例來說彩虹為7個顏色階層。處理單元100將超過上閥值的變數值統一縮放回上閥值（物理意義為超過上閥值皆為過熱區間），即分配為最高階層，以及低於下閥值的皆視為熱度不足，即分配為最低階層。舉例來說，若資料結果X中包含有變數值「11」的情況下，處理單元100會則將此資料調整為「9」或「10」，因此此筆資料會被分配到最高階層。另一方面，資料結果X中的變數值「0」、「1」則會被刪除或是調整為「2.5」，因此此筆資料會被分配到最低階層。簡單來說，本發明的處理單元100能根據資料的平均值，自行決定出上、下閥值，用來調整資料尺度或資料分佈情形，進而均勻地分配各顏色階層。
在一實施例中，處理單元100將低於下閥值「2.5」的資料「0」、「1」刪除，僅留下「5」及「9」，因此熱度圖中會顯示二個顏色階層。為了讓顏色能分佈平均顯示，處理單元100可以將資料做適度的平滑化程序處理，如透過S函數（sigmoid function），使二個顏色之間以顏色漸層方式呈現，避免突然跳色。在另一個實施例中，低於下閥值「2.5」的資料「0」、「1」被分配為同一階層，因此熱度圖中可顯示三個顏色，以及選擇性進行平滑化資料處理。
另一方面，假設使用者決定使用10個顏色階層來顯示熱度圖，為了使10個顏色都能平均呈現，在處理單元100計算出平均值之後，處理單元100會將資料依大小排序，藉以判斷平均值是否為中位數，進而決定是否進行資料轉換。請參見第4圖，其為本發明實施例一資料排序的示意圖。處理單元100將資料「0」、「1」、「5」、「9」排序，接著，處理單元100判斷平均值是否為序列中的中位數。如第4圖所示，中位數為「1」落在百分位數50%（即中位數為「1」），而平均值「5」落在百分位數60%（即統計資料中的資料有40%高於平均值，以及有60%資料低於平均值)，造成顏色不會平均的分佈。在此情況下，使用者可選擇性進行修正程序，以百分比為基準進行轉換，將資料進行對齊轉換成更適合的顏色分佈。簡單來說，就是讓「5」的位置調整在百分位數50%的情況，因此使10個顏色能平均呈現。
上述所有步驟，包含所建議的步驟，可透過硬體、軔體（即硬體裝置與電腦指令的組合，硬體裝置中的資料為唯讀軟體資料）或電子系統等方式實現。舉例來說，資料視覺化處理裝置10中的儲存單元110包含有儲存資料且儲存資料包含有根據動態調整資料階層流程20所編譯的一程式碼，並由處理單元100讀取及處理，以執行並實現動態調整資料階層流程20的步驟。硬體可包含類比、數位及混合電路（即微電路、微晶片或矽晶片）。電子系統可包含系統單晶片（system on chip，SOC）、系統封裝（system in package，Sip）、電腦模組（computer on module，COM）及資料視覺化處理裝置10。
綜上所述，本發明提供動態調整資料階層的方法及相關裝置，此構想將資料尺度或分佈作調整，可避免資料分佈範圍過大，進而能將資料平均分配到對應的顏色階層或色盤上，使顏色能被均勻利用，呈現出來的熱度圖較為繽紛多彩，讓人更容易、快速地理解資料的變化，提升資訊傳播的效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧資料視覺化處理裝置
100‧‧‧處理單元
110‧‧‧儲存單元
120‧‧‧顯示單元
130‧‧‧偵測單元
20‧‧‧動態調整資料階層流程
200～280‧‧‧步驟
X1-Xn、X‧‧‧資料
第1圖為本發明實施例一資料視覺化處理裝置的示意圖。 第2圖為本發明實施例一動態調整資料階層的流程圖。 第3圖為本發明實施例一資料統計的示意圖。 第4圖為本發明實施例一資料排序的示意圖。
Claims (14)
- 一種動態調整資料階層的方法，用來優化資料視覺化功能，該方法包含有：於每個區段，分別收集一資料，並根據該資料計算出對應該區段的一統計資料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各個區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；以及將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最低階層；其中將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該最低階層的步驟包含有：將該統計資料中超過該上閥值的資料，調整為該上閥值；以及將該統計資料中低於該下閥值的資料，調整為該下閥值或是刪除。
- 如請求項1所述的方法，更包含有：將對應該區段的該統計資料，進行排序；判斷該平均值在資料排序中的百分位數位置；以及當該平均值不是分佈在百分位數的中間位置時，對該統計資料進行一修正程序，用來使該平均值能對齊轉換到百分位數的中間位置。
- 如請求項1所述的方法，更包含有：對該統計資料進行一平滑化程序，用來使統計資料能平均分配在該複數個階 層。
- 如請求項1所述的方法，其中該複數個階層為色階階層。
- 如請求項1所述的方法，其中該上閥值及該下閥值為該平均值的倍數。
- 如請求項1所述的方法，其中該區段包含有時間區間及空間區間。
- 一種資料視覺化處理裝置，用來動態調整資料階層，該資料視覺化處理裝置包含有：一處理單元，用來執行一程式碼；一偵測單元，用來於每個區段，分別收集一資料；以及一儲存單元，耦接於該處理裝置及該偵測單元，用來儲存該資料及該程式碼，其中該程式碼指示該處理單元執行以下步驟：根據該資料計算出對應該區段的一統計資料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各個區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最低階層；將該統計資料中超過該上閥值的資料，調整為該上閥值；以及將該統計資料中低於該下閥值的資料，調整為該下閥值或是刪除。
- 如請求項7所述的資料視覺化處理裝置，其中該程式碼更包含有以下步驟：將對應該區段的該統計資料，進行排序；判斷該平均值在資料排序中的百分位數位置；以及當該平均值不是分佈在百分位數的中間位置時，對該統計資料進行一修正程序，用來使該平均值能對齊轉換到百分位數的中間位置。
- 如請求項7所述的資料視覺化處理裝置，其中該程式碼更包含有以下步驟：對該統計資料進行一平滑化程序，用來使該統計資料能平均分配在該複數個階層。
- 如請求項7所述的資料視覺化處理裝置，其中該複數個階層為顏色階層。
- 如請求項7所述的資料視覺化處理裝置，其中該上閥值及該下閥值為該平均值的倍數。
- 如請求項7所述的資料視覺化處理裝置，其中該區段包含有時間區間及空間區間。
- 一種動態調整資料階層的方法，用來優化資料視覺化功能，該方法包含有：於每個區段，分別收集一資料，並根據該資料計算出對應該區段的一統計資 料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各個區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最低階層；將對應該區段的該統計資料，進行排序；判斷該平均值在資料排序中的百分位數位置；以及當該平均值不是分佈在百分位數的中間位置時，對該統計資料進行一修正程序，用來使該平均值能對齊轉換到百分位數的中間位置。
- 一種資料視覺化處理裝置，用來動態調整資料階層，該資料視覺化處理裝置包含有：一處理單元，用來執行一程式碼；一偵測單元，用來於每個區段，分別收集一資料；以及一儲存單元，耦接於該處理裝置及該偵測單元，用來儲存該資料及該程式碼，其中該程式碼指示該處理單元執行以下步驟：根據該資料計算出對應該區段的一統計資料；根據各個區段的該統計資料，計算出一平均值；將各個區段的該統計資料分成複數個階層；根據各個區段的該平均值，決定出一上閥值及一下閥值；將各個區段的該統計資料中超過該上閥值的資料，分配為該複數個階層中的一最高階層，以及將低於該下閥值的資料，分配為該複數個階層中 的一最低階層；將對應該區段的該統計資料，進行排序；判斷該平均值在資料排序中的百分位數位置；以及當該平均值不是分佈在百分位數的中間位置時，對該統計資料進行一修正程序，用來使該平均值能對齊轉換到百分位數的中間位置。
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