Как веб-камера и нейросеть помогают удалённо измерять частоту дыхания

Российская ИТ-компания «Криптонит» продолжает развивать технологии дистанционного мониторинга показателей жизнедеятельности человека. В своей новой работе специалист отдела перспективных исследований компании «Криптонит» Алексей Протопопов представил бесконтактный метод определения частоты дыхательных движений (ЧДД) с высокой точностью. В этом методе применяется обычная веб-камера и алгоритм, использующий нейросеть на одном из этапов обработки видеосигнала. 

Традиционные способы измерения частоты дыхания требуют физического контакта с пациентом. Например, для этого применяют нагрудный ремень или датчики у носа. Это не всегда удобно, особенно когда важны скорость или свобода движений. Существующие бесконтактные подходы либо работают исключительно в идеальных условиях, либо дают значительную погрешность — до 13%, что вызвано недостаточной способностью отфильтровывать естественные движения человека. 

Метод Алексея Протопопова решает эту проблему. В его основе лежит сегментация изображения тела нейросетью и продвинутая фильтрация помех.  Метод протестировали на видеозаписях 14 добровольцев: 8 мужчин и 6 женщин в возрасте от 20 до 65 лет. Общая продолжительность записей превысила 2,5 часа. 

Принцип работы

В основе метода лежит анализ естественного смещения грудной клетки при вдохе и выдохе. Главная сложность — выделить именно дыхательные движения на фоне другой физической активности: разговора, жестов, поворотов и смены позы. 

Для решения этой задачи в предложенном методе нейронная сеть MediaPipe выделяет на каждом кадре области груди и живота. Тем самым она создаёт «маску» для анализа изображения. Этот этап называется «сегментация». Он самый ресурсоёмкий и занимает более 90% времени обработки. Сегментация позволяет алгоритму самостоятельно определять часть кадра, по которой нужно проводить измерения, поэтому смена позы почти не влияет на результат. 

Читать далее