Semi-blind Source Extraction Methods: Application to the measurement of non-contact physiological signs
Méthodes d’extraction semi-aveugle Application à la mesure des signes physiologiques sans contact
Résumé
Non-contact physiological measurements are highly
desirable in many biomedical fields such as
diagnosis of infants, geriartic patients, patients with
extreme physical trauma, and fitness and well-being.
Remote photoplethysmography is increasingly being
used for non-contact measurement of heart rate from
videos which is one of the most common biomedical
property required for most medical diagnosis. One
of the common techniques for performing remote
photoplethysmography involves using Blind Source
Separation (BSS) methods to extract the cardiac
signal from video data.
In this context, the objective of this thesis is to
develop different methods in the field of extraction
and separation of sources by improving upon
traditional BSS methods. These novel semiblind
source extraction methods are integrated
with biophysical constraints, and applied to
the application of remote photoplethysmography
measurement. In addition, one of these methods
is extended to measure the spatial distribution of
photoplethysmographic signals of the skin.
Remote photoplethysmography aims to measure
biophysical parameters such as heart rate and heart
rate variability by quantifying the periodic changes in
skin color due to the rhythmic beating of the heart.
These changes manifest in the image data obtained
from simple video cameras, which is processed
to generate a temporal signal representing the
cardiac signal. We have improved existing methods
by incorporating the ubiquitous property of quasiperiodicity
of biophysical signals such as cardiac and
neurological signals. Quasi-periodic signals have
higher autocorrelation than non-periodic signals.
This observation was combined with independent
component analysis techniques and Generalized
Eigenvalue Decomposition (GEVD) to develop semiblind
source extraction methods.
De nombreuses applications pourraient bénéficier
de la mesure de paramètres physiologiques sans
contact. On peut citer par exemple le suivi de
constantes vitales en milieu hospitalier, en particulier
chez les nourrissons, les personnes âgées ou
les patients souffrant de traumatismes physiques
extrêmes, mais également dans le cadre du sport
et du bien-être. La photopléthysmographie sans
contact est de plus en plus utilisée pour la mesure
de la fréquence cardiaque à partir de vidéos. Les
variations périodiques de la couleur de la peau, dues
aux battements cardiaques, sont quantifiées pour
générer un signal temporel à partir des séquences
d’images obtenues par les caméras vidéo.
Une des techniques les plus courantes de
photopléthysmographie sans contact consiste à
utiliser des méthodes de séparation aveugles de
sources pour extraire le signal cardiaque des
données vidéo. Dans ce contexte, l’objectif
de cette thèse est de développer différentes
méthodes dans le domaine de l’extraction et de la
séparation des sources améliorant les méthodes
aveugles traditionnelles telles que l’Analyse en
Composantes Indépendantes. Ces nouvelles
méthodes d’extraction de sources semi-aveugle
incorporent des contraintes biophysiques et sont
appliquées au domaine de photopléthysmographie
sans contact. Nous avons utilisé par exemple
les propriétés de quasi-périodicité, communes
à beaucoup de signaux biomédicaux, et de
chrominance liée aux caractéristiques optiques
de la peau comme information a priori pour
guider les techniques de séparation de sources.
De plus, ces méthodes ont été étendues pour
également mesurer la distribution spatiale des
signaux photopléthysmographiques.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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