Subscribe to RSS
DOI: 10.1055/a-2044-7964
Messung der Herzfrequenz von Passagieren und Flugpersonal mittels kamerabasierter Photoplethysmographie
Measurement of the heart rate of passengers and flight personnel using camera-based photoplethysmographyZUSAMMENFASSUNG
Die kontinuierliche Messung der Herzfrequenz von Passagieren oder des Flugpersonals während eines Fluges kann aus verschiedenen Gründen von Vorteil sein. Eine kontaktbasierte Messung während des Fluges ist wegen der damit verbundenen Einschränkungen allerdings nicht praktikabel. Es ist jedoch auch möglich, die Herzfrequenz kontaktlos auf der Basis von Kamerabildern bzw. Videodaten zu ermitteln. In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit einer solchen kontaktlosen, bildbasierten Messung der Herzfrequenz in einer Flugzeugkabine untersucht. Unter Verwendung einer herkömmlichen USB-Kamera wurde die Herzfrequenz durch die Analyse von Farbintensitätsänderungen in bestimmten Bereichen des Gesichts ermittelt. Das entwickelte System wurde im Hinblick auf seine Robustheit gegenüber Kopfbewegungen und den typischen Vibrationen in einem Flugzeug bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass mit einer einfachen Kamera unter bestimmten Einschränkungen eine zuverlässige Schätzung der Herzfrequenz möglich ist. Es wurde auch gezeigt, dass die Vibrationen eines Flugzeugs keinen Einfluss auf die Genauigkeit der geschätzten Herzfrequenz haben.
ABSTRACT
Continuous measurement of the heart rate of passengers or flight personnel during a flight can be advantageous for various reasons. However, contact-based in-flight measurement is not practical due to the limitations associated with it. However, it is also possible to determine heart rate without contact using camera images or video data. In this work, the applicability of such a contactless, image-based measurement of heart rate in an aircraft cabin is investigated. Using a conventional USB camera, heart rate was determined by analyzing color intensity changes in specific areas of the face. The developed system was evaluated in terms of its robustness to head movements and typical vibrations in an aircraft. The results showed that a simple camera can be used to reliably estimate heart rate under certain constraints. It was also shown that the vibrations of an aircraft do not affect the accuracy of the estimated heart rate.
Publication History
Article published online:
02 June 2023
© 2023. Thieme. All rights reserved.
Georg Thieme Verlag KG
Rüdigerstraße 14, 70469 Stuttgart, Germany
-
Literatur
- 1 Martin-Gill C, Doyle TJ, Yealey DM. In-Flight Medical Emergencies: A Review. JAMA 2018; 320: 2580-2590 DOI: 10.1001/jama.2018.19842.
- 2 Hick C, Hick A. (Hrsg.). Intensivkurs Physiologie. 6. Aufl. Urban & Fischer in Elsevier 2012
- 3 Wedekind D, Malberg H, Zaunseder S. et al Automated identification of cardiac signals after blind source separation for camera-based photoplethysmography. 2015 IEEE 35th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine 2015: 422-427 DOI: 10.1109/ELNANO.2015.7146950
- 4 Zaunseder S, Henning A, Wedekind D. et al Unobtrusive acquisition of cardiorespiratory signals. Somnologie 2017; 21: 93-100 DOI: 10.1007/s11818-017-0112-x.
- 5 Park SB, Kim G, Baek HJ. et al Remote Pulse Rate Measurement From Near-Infrared Videos. IEEE Signal Processing Letters 2018; 25: 1271-1275 DOI: 10.1109/LSP.2018.2842639.
- 6 van Gastel M, Stuijk S, Overeem S. et al Camera-Based Vital Signs Monitoring During Sleep – A Proof of Concept Study. IEEE J Biomed Health Inform 2021; 25: 1409-1418 DOI: 10.1109/JBHI.2020.3045859.
- 7 Zaunseder S, Trumpp A, Wedekind D. et al Cardiovascular assessment by imaging photoplethysmography – a review. Biomed Tech (Berl) 2018; 63: 617-634 DOI: 10.1515/bmt-2017-0119.
- 8 Antink CH, Lyra S, Paul M. et al A Broader Look: Camera-Based Vital Sign Estimation across the Spectrum. Yearb Med Inform 2019; 28: 102-114 DOI: 10.1055/s-0039-1677914.
- 9 Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiol Meas 2007; 28: R1-39 DOI: 10.1088/0967-3334/28/3/R01.
- 10 Verkruysse W, Bartula M, Bresch E. et al Calibration of Contactless Pulse Oximetry. Anesth Analg 2017; 124: 136-145 DOI: 10.1213/ANE.0000000000001381.
- 11 Moço AV, Stuijk S, de Haan G. Skin inhomogeneity as a source of error in remote PPG-imaging. Biomed Opt Express 2016; 07: 4718-4733 DOI: 10.1364/BOE.7.004718.
- 12 Kamshilin AA, Nippolainen E, Sidorov IS. et al A new look at the essence of the imaging photoplethysmography. Sci Rep 2015; 05: 10494 DOI: 10.1038/srep10494.
- 13 Sidorov IS, Romashko RV, Koval VT. et al Origin of Infrared Light Modulation in Reflectance-Mode Photoplethysmography. PLoS One 2016; 11: e0165413 DOI: 10.1371/journal.pone.0165413.
- 14 Moço AV, Stuijk S, de Haan G. Ballistocardiographic Artifacts in PPG Imaging. IEEE Trans Biomed Eng 2016; 63: 1804-1811 DOI: 10.1109/TBME.2015.2502398.
- 15 Butler MJ, Crowe JA, Hayes-Gill BR. et al Motion limitations of non-contact photoplethysmography due to the optical and topological properties of skin. Physiol Meas 2016; 37: N27-37 DOI: 10.1088/0967-3334/37/5/N27.
- 16 Kwon S, Kim J, Lee D. et al ROI analysis for remote photoplethysmography on facial video. 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) 2015: 4938-4941 DOI: 10.1109/EMBC.2015.7319499
- 17 Lugaresi C, Tang J, Nash H. et al Mediapipe: A framework for building perception pipelines. arXiv preprint arXiv:1906.08172, 2019
- 18 International Commission on Illumination. Colorimetry – Part 4: CIE 1976 l* a* b* Colour Space