Применение видеоусиления Эйлера для замера пульса человека

Устройства, с помощью которых проводятся проверки персонала — детекторы лжи, бывают нескольких видов. Они могут иметь различное количество датчиков и динамиков, разные схемы обработки и фильтрации сигналов и несколько диапазонов восприятия сигналов. Точность съема информации также отличается. Именно по ним полиграфолог делает свои выводы по поводу того, лжет человек или нет.

Некоторые полиграфы, по сути, не являются таковыми, так как они просто усиливают электросигналы и работают от программного обеспечения. Они часто выходят из строя, дают сбои и не всегда точно адаптируют результаты. Другие приборы имеют свое программное обеспечение, для которого не нужны специальные знания по установке и т. п. В полиграфе может быть тоническая составляющая, которая преобразует информацию в цифровое значение, а не в графическое. Цифры, в какой-то мере, легче интерпретировать и сравнивать, нежели графики. По этим показателям можно сравнивать и точность приборов.

Детекторы лжи с высокой точностью показателей помогают понять, что происходит внутри у человека, которого тестируют на полиграфе. Также они позволяют специалисту-полиграфологу объективнее выражать свое мнение по поводу результатов теста.

При использовании стандартных полиграфов возникает множество проблем [1]:

1)                 Человек, производящий тест на детекторе лжи, должен пройти специальное обучение, которое на сегодняшний день стоит немалых денег.

2)                 У каждого полиграфа огромное количество всевозможных датчиков, которые сковывают испытуемого, что может негативно сказаться на результатах.

3)                 Сами полиграфы имеют внушительные размеры и не менее внушительные цены, что также заставляет задуматься о его необходимости.

Однако технологии не стоят на месте и постоянно разрабатываются методы и алгоритмы, позволяющие произвести замер пульса человека меньшими усилиями, в следствие чего далее речь пойдет о методе видеоусиления Эйлера.

Данный метод позволяет выявить временные вариации в видео, которые почти невозможно увидеть невооруженным глазом, так как человеческая зрительная система имеет ограниченную пространственно-временную чувствительность. Таким образом, с применение видеоусиления Эйлера можно, например, визуализировать поток крови, заполняющий лицо.

Для определения пульса человека необходимо:

1.                  Разбить видеопоток на последовательность кадров (фреймов)

2.                  Отфильтровать кадры от шумов

3.                  Отфильтровать диапазон частот колебаний цвета пикселей в котором может быть пульс

4.                  Усилить отфильтрованные изменения нужных частот и наложить усиленный сигнал на входные фреймы.

Схема работы данного метода представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема работы видеоусиления Эйлера

При обработке видеопотока образуются шумы, для фильтрации которых нужно:

1.                  Построить пирамиду Гаусса для кадра [2]

2.                  Для расчетов последовательности кадров использовать 3–4 уровни пирамиды.

Пирамида Гаусса представлена на рис.4.

Рис. 4. Пирамида Гаусса

Из частотного спектра мы выделяем 0.4–4Гц, что соответствует 24–240 ударам в минуту.

Таким образом, кадр результирующего видео получается:

где кадр1 — это кадр входного видео, кадр2 — это кадр отфильтрованной по частотам последовательности умноженный на коэффициент ,  — это числовой коэффициент, который выбирается с учетом частот отфильтрованной последовательности.

Входная и выходная последовательность кадров представлена на рис.5.

Рис.5. Входная и выходная последовательность кадров

Нельзя не отметить достаточно высокую точность измерения пульса данным методом, для которого не требуется никаких дополнительных датчиков, а нужна лишь веб-камера и специальное программное обеспечение, что позволяет существенно снизить затраты.

Литература:

1.      www.detectorrussia.ru — материалы сайта

2.      Peter J. Burt, Edward H. Adelson, The laplacian pyramid as a compact imagecode//URL:https://www.cs.tau.ac.il/~hezy/Vision %20Seminar/pyramid83.pdf (ссылка проверена 20 декабря 2014)