Optické měření srdečního pulsu z krátkého kamerového záznamu

Bc. Michal Šindelář

Bakalářská práce

Optically-based measuring of the heart beat from short video recording

Anotace:

Cílem této práce je vytvořit aplikaci, která na základě krátkého optického záznamu obličeje určí tepovou frekvenci snímané osoby a následně tep poutavou formou zobrazí uživateli. Pro realizaci této práce je nutné vytvořit samotný algoritmus pro určení tepu. Zobrazení tepové frekvence je založené na Eulerovském zvýraznění časových frekvencí ve videu. Práce nejdříve zkoumá fyziologické důsledky proudění krve v pokožce, pomocí kterých by bylo možné tepovou frekvenci určit. Po srovnání možností je pro určení výbrána analýza fluktuace barevného odstínu kůže, která je způsobena prouděním krve. Posléze je teoreticky popsáno, jak je možné ze zaznamenaných změn barevného odstínu v závislosti na čase získat výsledný tep. Postup využívá časovou frekvenční doménu vytvořenou pomocí Fourierovy transformace. Výsledný tep je určen hledáním nejsilnější přítomné frekvence v přípustném intervalu získaném ze statistických údajů o lidském tepu. V praktické části je popsána implementovaná aplikace v prostředí OpenCV a demonstrována její funkcionalita na vstupním záznamu. V této části jsou diskutovány požadavky na vstupní záznam. Ten musí mít minimální délku 500 snímků při vzorkovací frekvenci minimálně dvakrát vyšší než je skutečný tenp. Důležité je zaručení stabilní polohy obličeje. Na závěr jsou popsána měření tepu ze záznamů splňujících vstupní požadavky, kde postup vykazuje maximální chybu okolo 5% tepů/min.

Abstract:

The aim of this thesis is an implementation of an application, which detects heartbeat frequency of sampled person based on short optical record and figures the heartbeat in eye-catching form to the user. Creating algorithm for detecting the heartbeat is needed for this thesis purpose. Figuring the heartbeat frequency is inspired by Eulerian Magnification in records. Thesis at first explores physiological consequences of blood circulation in the skin, which could be suitable for detecting the heartbeat. After comparing different options is analysis of skin's hue fluctuation due to blood circulation chosen for detecting. Then theoretical describing possible technique for detecting final heartbeat from measured hue changes follows. This technique uses temporal frequency domain created with Fourier transform. Final heartbeat is gathered from found strongest frequency in acceptable beat interval set from statistical data about human heartbeat. In practical part is described implemented application in OpenCV environment and demonstrated its functionality on input record. Also, requirements on input record are discussed here. It must have at least 500 frames with minimal sampling rate twice higher than the actual heartbeat frequency. It is very important to assure stable position of the measured face. In the end are described measurements of heartbeat from various records which accomplish input's requirements. Maximal measurement error is about 5% bpm.

Klíčová slova

Digitální zpracování obrazu, určení tepu z optického záznamu, Eulerovské zesílení, fotopletysmografie

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 5. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 22. 6. 2016
• Vedoucí: RNDr. Vladimír Ulman, Ph.D.
• Oponent: doc. RNDr. Pavel Matula, Ph.D.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Bakalářský studijní program / obor:
Informatika / Počítačová grafika a zpracování obrazu