27466

اندازه‌گيري ضربان قلب از روي ويدئوي صورت با استفاده از الگوريتم ICA

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

1401

1401/6/22

دكتر ابوذر غفاري

برق

ضربان قلب شاخص مهمي از وضعيت عملكردي، وضعيت رواني-احساسي و به طور كلي شرايط سلامتي است. به طور معمول، ضربان قلب از نوار قلب و يا با استفاده از دستگاه اندازه¬گيري ضربان قلب گرفته مي¬شود. هر دو روش بيان شده نياز به ارتباط مستقيم حسگر مربوطه با بدن دارند، در روش¬هاي تماسي جهت رديابي علائم حياتي انسان تكنيك¬هاي متداولي وجود دارد كه به دليل استفاده از سنسورهاي تماسي، بدن مي¬تواند دچار التهاب¬ و يا آسيب¬ديدگي شود. همچنين به دليل مداخله بيمار در درمان، باعث عفونت و آلودگي بيمار شود. علاوه براين، ممكن است بيماران هنگام مواجه با حسگر يا سيم¬هايي كه روي بدن آن¬ها قرار مي¬گيرد، احساس ناراحتي كنند، لذا ارائه روشي براي برآورد ضربان قلب بدون تماس حسگر با بدن مي¬تواند مفيد و مثمر ثمر باشد. برآورد ضربان قلب بدون تماس، براي تشخيص خواب آلودگي راننده يا حالت غيرطبيعي افراد بسيار مفيد است. براي ارزيابي بدون تماس ميزان ضربان قلب، تصويربرداري فوتوپلتيسموگرافي (iPPG) پيشنهاد شده است. iPPG تغييرات شدت نور منعكس شده توسط پوست را دنبال مي‌كند، اما به جاي آشكارساز با سنسورهاي مادون قرمز، از دوربين فيلم¬برداري استفاده مي¬شود. در نتيجه iPPG از توالي تصاوير كه معمولاً از ناحيه صورت به دست مي¬آيد محاسبه مي¬شود. در روش پيشنهادي به دنبال آن هستيم كه با يك دوربين انتخابي ويدئوهايي از صورت افراد مختلف تهيه و سپس با پردازش مناسب بر روي اين ويدئوها و استفاده از روش ICA به تخمين ميزان ضربان قلب به صورتي كه ميزان دقت ضربان محاسبه شده بسيار بالا باشد بپردازيم. روش پيشنهادي الگوريتم ICA را به صورت مبناي اصلي كار خود قرار داده و سعي داريم با ارائه پيش پردازش‌هاي مناسب و استفاده از آخرين دستاوردهاي فناوري پردازش ويديو و تصوير، به تخمين ميزان ضربان قلب با دقتي بالاتر از مقالات ارائه شده دست يابيم. در اين روش نرخ ضربان قلب با تركيبي از روش ICAوEMD توسط ديتابيس¬هايي¬ شامل دنباله تصاوير ويديويي از چهره‌ي افراد در دو حالت استراحت و در حال صحبت محاسبه شده¬اند. سپس نتايج بدست آمده با دو روش مبتني بر ICA و روش Green مقايسه شده است. نتايج نرخ ضربان قلب¬هاي بدست آمده نشان مي¬دهد روش EMD در كنار روش ICA دقت بالاتري نسبت به روش¬هاي پيشين داشته و نتايج قابل قبولي را با خطاي 0.91 ارائه كرده است.

1401/09/10

Heart rate measurement from face video using ICA algorithm

1/1/1900 12:00:00 AM

Heart rate is an important indicator of functional status, psycho-emotional status, and overall health conditions. Normally, the heart rate is taken from an electrocardiogram or by using a heart rate measuring device. Both mentioned methods require the direct connection of the corresponding sensor with the body, in contact methods to track human vital signs, there are common techniques that due to the use of contact sensors, the body can suffer inflammation or damage. Also, the intervention of the patient in the treatment can cause infection and contamination of the patient. In addition, patients may feel uncomfortable when facing the sensor or wires that are placed on their body, so providing a method to estimate the heart rate without touching the sensor to the body can be useful and fruitful. Non-contact heart rate estimation is very useful for detecting driver drowsiness or abnormal state of people. Photoplethysmography imaging (iPPG) has been proposed for the non-contact assessment of heart rate. iPPG tracks changes in the intensity of light reflected by the skin, but instead of a detector with infrared sensors, a video camera is used. As a result, iPPG is calculated from the sequence of images that are usually obtained from the face area. In the proposed method, we are looking to capture videos of different people's faces with a selected camera and then estimate the heart rate with proper processing approaches on these videos based on the ICA method to improve the accuracy of the estimated heart rate. The proposed method has put the ICA algorithm as the main basis of our work and we are trying to estimate the heart rate with higher accuracy than the presented articles by providing suitable pre-processing and using the latest achievements in video and image processing technology. In this method, the heart rate is calculated with a combination of ICA and EMD methods by databases including sequences of video images of people's faces in two states, resting and talking. Then the obtained results are compared with two methods based on ICA and Green's method. The obtained heart rate results show that the EMD method, along with the ICA method, has a higher accuracy than the previous methods and has provided acceptable results with an error of 0.91.

واژه‌هاي كليدي: انداره¬گيري بدون تماسي ضربان قلب، ويدئوي چهره، جداسازي كور منابع، آناليز مولفه-هاي مستقل

Keywords: non-contact heart rate capture, face video, blind separation of sources, independent component analysis

paniz sabeghi

dr.aboozar ghafari