Berührungslose Pulsmessung mit Kamera-basierter Photoplethysmografie. Theorie und Performance-Analyse

Bachelorarbeit aus dem Jahr 2019 im Fachbereich Informatik - Bioinformatik, Note: 1, UMIT Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik (Biomedizinische Informatik und Mechatronik), Sprache: Deutsch, Abstract: Mittels remote Photoplethysmography (rPPG) ist es möglich, Vitalparameter wie die Herzrate mittels einer günstigen RGB - Kamera kontaktlos zu messen. In dieser Arbeit wird zunächst auf die grundlegenden biologischen und physikalischen Hintergründe, welche rPPG möglich machen, eingegangen. Anschließend werden einige Studien der letzten Jahre zusammengefasst. Dabei wird auf die mathematische Funktionsweise eines Algorithmus, welcher die relativen Pulsstärken in den einzelnen Farbkanälen, sowie Reflexionsrichtung des Hautgewebes ausnutzt, näher eingegangen. Die Farbwerte der Kamera werden über eine Region of Interest (ROI) gemittelt und zeitlich normalisiert.
In einer Performance-Analyse werden im Zuge von 8 Aufnahmen die Herzraten mittels rPPG über eine eingebaute Laptop-Webcam und mittels herkömmlichem Photoplethysmografie (PPG) über ein Fingerpulsoximeter verglichen. Bei ruhiger Sitzhaltung unmittelbar vor der Kamera erhält man Ergebnisse, die im besten Fall lediglich 0.6% und durchschnittlich 1% vom Referenzsignal abweichen. Für eine zweite Webcam, die getestet wird, versagt der Algorithmus. Der relativen Fehler beträgt 15.3% und 29%.