Kamerabasiertes System zur kontaktlosen Messung der momentanen Herzfrequenz für den Einsatz unter realen Umgebungsbedingungen

In der vorliegenden Arbeit wird das Messprinzip Photoplethysmography Imaging (PPGI) detailliert analysiert und auf dieser Basis ein System zur kontinuierlichen, kamerabasierten Remote-Messung der Herzfrequenz konzipiert.
Der Fokus liegt dabei auf dem Entwurf algorithmischer Ansätze, die eine robuste Erfassung auch in alltäglichen und hinsichtlich Artefakteinflüssen herausfordernden Szenarien ermöglichen. In diesem Zusammenhang werden zunächst das grundlegende Systemkonzept, eine als Entwicklungs- und Evaluationsbasis dienende Datenbank, sowie spezielle, auf die Artefaktkompensation ausgerichtete Algorithmen vorgestellt. ... mehrAls Beispiel kann der Entwurf eines Multi-Patch-Algorithmus zur adaptiven Wahl geeigneter Subregionen innerhalb der gewählten Messregion Gesicht genannt werden. Zur Untersuchung der zentralen Fragestellung der Einsetzbarkeit und erzielbaren Genauigkeit in Alltagsszenarien wird das entworfene PPGI-System hinsichtlich der Anwendungsfälle „Belastungsmonitoring am Büroarbeitsplatz“ und "Fahrerbeobachtung im Automobil“ evaluiert. Während der Fokus im stationären Büro-Setting auf der Untersuchung der Machbarkeit einer PPGI-basierten Analyse der Herz- bzw. Pulsratenvariabilität (HRV/PRV) liegt, steht im mobilen Setting der Fahrerbeobachtung die Genauigkeit der Herzfrequenzschätzung unter starken Artefakteinflüssen im Vordergrund.

In this work the measuring principle called Photoplethysmography Imaging (PPGI) is analyzed in detail and on this basis a system for continuous, camera-based remote heart rate measurement is designed. The focus is on the design of algorithmic approaches that allow a robust detection even in everyday scenarios and under challenging conditions. In this context, the basic system concept, a database serving as a basis for development and evaluation, as well as special algorithms for artifact compensation, are presented. As an example, the design of a multi-patch algorithm for the
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adaptive selection of suitable subregions within the chosen measuring region of the human face can be mentioned. In order to examine the central question of applicability and achievable accuracy in everyday scenarios, the designed PPGI system is evaluated with respect to the use cases „load monitoring at the office workplace“ and „driver monitoring in automobiles“. While the focus in the stationary office setting is on the investigation of the feasibility of a PPGI-based analysis of heart/pulse rate variability (HRV/PRV), the focus in the mobile setting of driver monitoring is on the accuracy of heart rate estimation under strong artifact influences.