Визначення кардіоінтервалограми за відеорядом обличчя людини

Автор(и)

  • Олена Володимирівна Гусєва Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-6353-6123
  • Олег Борисович Шарпан Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-9591-8097

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024080028

Ключові слова:

дистанційна фотоплетизмографія, відео обличчя, пульсовий сигнал, область цікавості, кольорова траса, частота серцевих скорочень, кардіоінтервалограма, варіабельність серцевого ритму

Анотація

Розроблено процес отримання пульсових сигналів людини системою дистанційної фотоплетизмографії. Процедура заснована на використанні відеокамери, яка дистанційно безконтактно реєструє відео ділянки тіла людини, зокрема, її обличчя, аналізі динаміки сигналів відображення червоного, зеленого та синього світла від шкіри, та наступному синтезі цих сигналів для отримання фотоплетизмографічних сигналів пульсу. Основна увага приділена визначенню кардіоінтервалів фотоплетизмограми з метою реалізації систем варіаційної пульсометрії. Розглянуто етапи реалізації методу дистанційної фотоплетизмографії. Розроблено алгоритм оброблення кольорових трас з відео обличчя, заснований на використанні методу формування «маски» пульсового імпульсу і побудові взаємно-кореляційної функції. Наведено результати розрахунків і експериментів по відновленню фотоплетизмографічних сигналів. Перевірка обраних методів проведена на власних відео, де в якості областей цікавості обрано три ділянки тіла людини: чоло, щока, шия. Отримані результати вказують на можливість визначення кардіоінтервалограм із застосуванням кореляційного методу аналізу оброблених кольорових трас.

Посилання

  1. S. Premkumar, D. J. Hemanth, “Intelligent remote photoplethysmography-based methods for heart rate estimation from face videos: a survey,” Informatics, vol. 9, no. 3, p. 57, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/informatics9030057.
  2. B. F. Duffy, D. R. Flynn, “A year in computer vision,” Web-site, 2017. https://themtank.org/a-year-in-computer-vision.
  3. O. Y. Sergiyenko, V. V. Tyrsa, “3D optical machine vision sensors with intelligent data management for robotic swarm navigation improvement,” IEEE Sensors J., vol. 21, no. 10, pp. 11262–11274, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2020.3007856.
  4. A. Gudi, M. Bittner, R. Lochmans, J. van Gemert, “Efficient real-time camera based estimation of heart rate and its variability,” in 2019 IEEE/CVF International Conference on Computer Vision Workshop (ICCVW), 2019, pp. 1570–1579, doi: https://doi.org/10.1109/ICCVW.2019.00196.
  5. J. Allen, “Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement,” Physiol. Meas., vol. 28, no. 3, pp. R1–R39, 2007, doi: https://doi.org/10.1088/0967-3334/28/3/R01.
  6. Ю. Б. Лісун, Є. І. Углев, “Варіабельність серцевого ритму, використання та методи аналізу,” Pain, Anaesth. Intensive Care, no. 4(93), pp. 83–89, 2020, doi: https://doi.org/10.25284/2519-2078.4(93).2020.220693.
  7. S. Kwon, J. Kim, D. Lee, K. Park, “ROI analysis for remote photoplethysmography on facial video,” in 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2015, pp. 4938–4941, doi: https://doi.org/10.1109/EMBC.2015.7319499.
  8. M.-Z. Poh, D. J. McDuff, R. W. Picard, “Non-contact, automated cardiac pulse measurements using video imaging and blind source separation,” Opt. Express, vol. 18, no. 10, p. 10762, 2010, doi: https://doi.org/10.1364/OE.18.010762.
  9. Wikipedia, “YIQ,” Web-site paper. https://www.wikiwand.com/en/YIQ.
  10. D. Wedekind et al., “Assessment of blind source separation techniques for video-based cardiac pulse extraction,” J. Biomed. Opt., vol. 22, no. 335002, 2017, doi: https://doi.org/10.1117/1.JBO.22.3.035002.
  11. K. Mannapperuma, B. D. Holton, P. J. Lesniewski, J. C. Thomas, “Performance limits of ICA-based heart rate identification techniques in imaging photoplethysmography,” Physiol. Meas., vol. 36, no. 1, pp. 67–83, 2015, doi: https://doi.org/10.1088/0967-3334/36/1/67.
  12. M. Lewandowska, J. Rumiński, T. Kocejko, J. Nowak, “Measuring pulse rate with a webcam — A non-contact method for evaluating cardiac activity,” in 2011 Federated Conference on Computer Science and Information Systems (FedCSIS), 2011, uri: https://ieeexplore.ieee.org/document/6078233.
  13. M. Malik et al., “Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use,” Eur. Hear. J., vol. 17, no. 3, pp. 354–381, 1996, doi: https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.eurheartj.a014868.
  14. В. П. Пісьціо, В. Р. Медвідь, “Дискретне перетворення Фур’є,” in Цифрова Обробка Сигналів Та Зображень, Тернопіль: ТНТУ, 2017.
  15. М. І. Горбійчук, М. І. Когутяк, В. С. Борин, “Порівняльний аналіз методів фільтрації при експериментальному дослідженні динамічних властивостей об’єктів,” Методи та прилади контролю якості, no. 2(45), pp. 66–81, 2020, doi: https://doi.org/10.31471/1993-9981-2020-2(45)-66-81.
  16. Р. Н. Квєтний, І. В. Богач, О. Ю. Софина, О. М. Шушура, Комп’ютерне Моделювання Систем Та Процесів. Методи Обчислень. Частина 2. Вінниця: ВНТУ, 2013, uri: https://ir.lib.vntu.edu.ua/handle/123456789/19557.
Положення області цікавості на щоці

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-26

Як цитувати

Гусєва, О. В., & Шарпан, О. Б. (2024). Визначення кардіоінтервалограми за відеорядом обличчя людини. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(8), 478–489. https://doi.org/10.20535/S0021347024080028

Номер

Том 67 № 8 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.