Методы обработки биологических сигналов

Нас окружает материальный мир. Присущее материи объективное свойство отражения проявляется в образовании и получении отдельных сведений о состоянии объектов материального мира. Биологические объекты, как известно, также являются частью математического мира и, следовательно, могут исследоваться физическими методами.

Сведения, получаемые о состоянии объектов материального мира с помощью физических методов исследования, охватываются обобщенным понятием информация.

По известному положению ученого Н. Винера информация является одним из аспектов существования материи наряду с энергией и веществом, она неразрывно связана с движением, как в пространстве, так и во времени, с происходящими материальными процессами, материальными носителями.

Различают 2 вида информации (две категории):

1. Качественную;

2. Количественную.

Качественная выражается понятиями цвета, вкуса, запаха, логическими заключениями и т.д.

Количественная выражается в числовой форме.

Целью всех естественных наук является установление и выражение в количественной форме объективных закономерностей материального мира, в том числе и биологических объектов и систем.

Количественную информацию исследователь может получить только путем проведения измерительного эксперимента. Он дает непосредственно числовую характеристику исследуемого предмета или явления. Эта характеристика называется измерительной информацией.

В процессе получения измерительной информации мы оперируем с определенными сигналами, которые присутствуют в системе объект материального мира – измерительное устройство – человек.

В науках об измерениях и методах обработки измерительной информации и сигналов используется следующая терминология.

Измерение – это процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Согласно ГОСТ 16263–70 – «Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств».

Результат измерения – именованное число - представляет собой сообщение – элемент измерительной информации.

Любое измерение, как бы тщательно оно не проводилось, и какими бы точными приборами не пользовались при его проведении, всегда сопровождается погрешностями. Погрешности обусловлены ограниченностью физического эксперимента, ограниченностью знаний об измеряемой физической величине, субъективностью и т.д.

Истинное значение измеряемой величины (в принятых единицах измерения) остается неизвестным.

Обладая современными знаниями таких наук как «физика», «математика», «метрология», «теория измерений» и т.д., мы в состоянии оценить влияние погрешностей на результат измерения и указать пределы, в которых они заключаются с определенной вероятностью.

Таким образом, результат измерения в любом случае дает нам количественную характеристику интересующей нас физической величины с некоторой неизбежной неопределенностью.

Полученный результат только уменьшает исходную неопределенность от заранее известного интервала возможных значений измеряемой величины до интервала поля допуска, характеризующего погрешность измерения.

При макроскопическом рассмотрении большинство измеряемых величин непрерывны. Какое конкретное значение имеет измеряемая величина заранее неизвестно. Поэтому она априорно рассматривается как случайная величина. В результате измерений вместо исходной, природной неопределенности измеряемой величины, получается заведомо меньшая неопределенность, зависящая от несовершенства средств и методов измерений. Разность этих двух неопределенностей и есть количество измерительной информации.

Измерительная информация – количественные сведения о каком-либо свойстве материального объекта (явления, тела, вещества, биообъекта, процесса), получаемые опытным путем с помощью технических средств в результате из взаимодействия с материальным объектом.

По ГОСТ 16263–70 «Измерительная информация – это полученные при измерениях значения физической величины».

Измерительная информация представляется и передается в различных конкретных формах сообщений: числа, сигналы, кодированные сигналы и т.п.

Количество (объем) измерительной информации – численная мера степени уменьшения неопределенности количественной оценки какого-либо свойства материального объекта, получаемой из возможного разнообразия его значений путем измерения.

Сигнал – (от лат. signum – знак) – это физический процесс или явление, несущие сообщение о каком-либо событии, явлении, состоянии объекта наблюдения, либо передающие команды управления, оповещения и т.д.

Совокупностью сигналов можно отобразить любое сколь угодно сложное событие. Сигнал может быть механическим (деформация, перемещение), тепловым, электрическим и т.д. Информация, содержащаяся в сообщении, обычно представляется изменением одного или нескольких параметров сигнала – его амплитуды (интенсивности), длительности, частоты, ширины спектра, поляризации и т.д.

Сигналы могут преобразовываться (без изменения содержания сообщения) из одного вида в другой, например, непрерывные – в дискретные, звуковые – в электрические, электрические – в световые. Общие закономерности передачи и преобразования сигналов вне зависимости от их физической природы изучаются теорией информации и информационной теорией измерений.

Сигналы, являющиеся физическими носителями измерительной информации, называют измерительными.

Обработка сигналов может быть как математической, так и инструментальной. Первая подразумевает применение к сигналам в числовом выражении известных математических теорий и методов. Вторая – использование методов и средств радиоэлектроники, теории и схемотехники измерительных устройств и т.д.

Целью обработки сигналов является возможное уменьшение неопределенности знаний о физической величине, вызванной несовершенством метода и средств измерений.

Дата добавления: 2014-01-06