Απομακρυσμένη και πολύ-παραμετρική μέτρηση χαρακτηριστικών φυσιολογίας ανθρώπου μέσω webcam

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την ανάπτυξη μιας προσιτής, απλής και χαμηλού κόστους μεθόδου μέτρησης και υπολογισμού διαφόρων χαρακτηριστικών της φυσιολογίας ανθρώπου χρησιμοποιώντας μια τυπική και απλή κάμερα διαδικτύου (web-camera). Με την χρήση της κάμερας εξάγεται μια ακολουθία-βίντεο προσώπου που απαρτίζεται από εικόνες οι οποίες περιέχουν στα σύνορα τους την περιοχή του προσώπου από την οποία υπολογιζονται οι καρδιακοι παλμοι (Heart rate). Ο υπολογισμός των καρδιακών παλμών είναι σημαντικός για τον προσδιορισμό των επιπλέον διαφόρων φυσιολογικών παραμέτρων ενός ανθρώπου. Η διαδικασία αυτής της μεθόδου χρησιμοποιεί την περιοχή του προσώπου στην οποία βασίζεται ο αλγόριθμος για την εύρεση των φυσιολογικων μεγεθων. Στην συνέχεια εφαρμόζοντας τεχνικές επεξεργασίας εικόνας (image processing) εξάγονται τα τρία βασικά χρωματικά κανάλια, τα οποία περιέχουν την κόκκινη, την πράσινη και την μπλέ πληροφορία. Aπό αυτά τα τρία διαφορετικά σήματα-εικόνες που προκύπτουν μπορούμε να εξαγουμε την πληροφορία που θα μας χρησιμεύσει στον υπολογισμό των καρδιακων παλμων (Heart Rate-HR). Τα σήματα αυτά, στην συνέχεια, με τεχνικές επεξεργασιας σηματος διαμορφώνονται καταλληλα ώστε να τροφοδοτήσουν τον αλγόριθμο Ιndependent Component Analysis (ICA). Συγκεκριμένα, η ανάλυση ICA εφαρμόζεται σε ένα μέγεθος το οποίο εξάγεται από τα κανάλια χρώματος, με σκοπό να πραγματοποιηθει η εξαγωγή των χαρακτηριστικών που απεικονίζουν αρχικά τον Ογκομετρικό Παλμό Αίματος- Blood Volume Pulse (BVP). Στο τέλος, καθορίζονται τα υπόλοιπα μεγέθη όπως ο Καρδιακός ρυθμός (Heart Rate), ο αναπνευστικός ρυθμός (Respiratory Rate) καθώς και η μεταβλητότητα του καρδιακού ρυθμού HR (Heart Rate Variability-HRV, δείκτης καρδιακής αυτόνομης δραστηριότητας). Η τεχνολογία αυτή φαίνεται να παρουσιάζει ενδιαφέρουσες προοπτικές σε ποικίλες εφαρμογές που έχουν να κάνουν με τον τομέα της προσωπικής υγειονομικής περίθαλψης, της τηλεϊατρικής αλλά και σε τομείς επιστημών σε συνδυασμό με την εφαρμογή άλλων αναπτυσσόμενων τεχνολογιών όπως το διαδίκτυο των πραγμάτων και η μηχανική μάθηση- τεχνητή νοημοσύνη.