Емкостный датчик в часах для чего
Как работают сенсоры в умных часах и фитнес-браслетах
За последние годы фитнес-трекеры и умные часы постепенно стали важнейшей частью активного образа жизни многих из нас. Каждый из этих миниатюрных гаджетов несет на себе сразу несколько сенсоров — в среднем около 16. У некоторых меньше, у некоторых больше — все зависит от ценовой категории. В этой статье мы подробно расскажем о том, зачем они нужны и как работают, а самым важным уделим максимум внимания.
Датчик освещенности
Такой датчик есть практически во всех браслетах и часах. Его главная задача — автоматически настраивать яркость дисплея в зависимости от уровня освещения вокруг. Естественно, в первую очередь это помогает с читаемостью информацию под прямыми лучами солнца, а во вторую — с экономией заряда аккумулятора.
Фотодиод
Этот компонент, который иногда можно найти в датчиках света, тоже помогает измерять уровень освещенности. Когда лучи света попадают на фотодиод, они «выбивают» электроны и вызывают появление тока. Чем больше света, тем больше сила этого тока, и эту силу сравнительно легко измерить, чтобы оценить уровень освещенности вокруг. Звучит знакомо, не правда ли? Именно этот принцип используется для генерации энергии солнечными панелями — по сути, они представляют собой огромные фотодиоды.
Фоторезистор
Еще один тип сенсора освещенности. Это резистор, который автоматически изменяет свое сопротивление в зависимости от количества света, который на него попадает. Фоторезисторы дешевле полноценных фотодиодов, но не позволяют проводить такие же точные вычисления. Обычно их используют в простых девайсах для сравнительных оценок вроде «свет выключен» и «свет включен».
3-осевой акселерометр
Еще один датчик, который можно найти внутри практически любого носимого на запястье гаджета. Он может следить за движением вперед и назад, измерять ориентацию тела пользователя, его позицию и скорость изменения всех этих параметров.
Барометрический высотомер
Достаточно простой сенсор, который измеряет изменения высоты над уровнем моря путем измерения изменений давления. К примеру, он может помочь узнать то, сколько калорий вы сожгли, пока поднимались по лестнице или спускались с горы на велосипеде.
Встречаются высотомеры далеко не во всех часах и браслетах — обычно именно их убирают ради снижения цены. Кроме того, они не так важны в тех моделях, которые не позиционируются как особенно «спортивные». Часто их можно увидеть в часах Garmin, а не так давно добавили его и в Apple Watch.
Оптический сенсор сердцебиения
Датчик сердцебиения сейчас есть практически в любом носимом устройстве. Его главная задача очевидна — расчет частоты сердцебиения пользователя. Для этого чаще всего используется свет, который девайс направляет на запястье. Когда сердце сокращается, скорость течения крови ускоряется, и свет отражается обратно на сенсор не так сильно — именно так и регистрируется один такт.
Информация о ритме биения сердца, которая получается таким образом, затем может быть экстраполирована и проанализирована специальными алгоритмами. Apple Watch и многие другие девайсы могут даже предупреждать о возможных проблемах со здоровьем.
Стоит отметить, что точность этих измерений от модели к модели может существенно разниться. Скажем, Xiaomi Mi Band за пару десятков долларов не сможет конкурировать с Apple Watch Series 6, но общее представление о примерном ритме все равно предоставит.
Монитор SpO2 (насыщение крови кислородом)
Еще один оптический датчик, который получает информацию о цвете крови, на основе чего устройство делает выводы об уровне ее насыщения кислородом. Чем меньше в крови кислорода, тем она темнее: в артериях она ярко алая, а в венах — почти темно-бордовая.
Как и многие другие сенсоры, этот встраивают на заднюю панель часов. Он использует кластеры красных, зеленых и инфракрасных светодиодов и несколько фотодиодов, которые измеряют отраженный свет. В разных девайсах их количество может отличаться.
Стоит отметить, что, как и в случае с ритмом сердцебиения, доверять своим часам, когда они сообщают уровень SpO2, стоит далеко не всегда. Лучший способ измерения этого показателя — отдельное устройство под названием пульсоксиметр. Независимые тесты показывали заметные неточности в работе SpO2-сенсоров даже топовых умных часов Apple и Fitbit.
Датчик биоимпенданса
Очень простой сенсор, который измеряет сопротивление кожи пользователя, подавая на нее ток очень низкой силы. Информация о сопротивлении поверхности тела помогает алгоритмам с измерением качества сна, ритма сердцебиения, частоте дыхания, уровне воды в организме и многих других параметров.
Датчик приближения
Еще один простой сенсор, который можно увидеть очень часто. Он с помощью света определяет то, насколько далеко находится рука пользователя — если устройство надели на запястье, оно, к примеру, не так быстро будет переходить в состояние сна. В основном используется именно для экономии заряда батареи.
ЭКГ-сенсор
Сенсоры для проведения процедуры ЭКГ со специальными электродами появились в умных часах относительно недавно. Их основная задача — измерение крохотных электрических импульсов, которые посылаются сердцем пользователя с каждым его сокращением.
Информация об этих электрических импульсах позволяет квалифицированному специалисту или сложному алгоритму понять то, насколько хорошо работает сердце человека в целом, а также выявить многие абнормальности в его «поведении».
Обычно получение полноценного ЭКГ-отчета предполагает расположение электродов на коже недалеко от сердца, которые и измеряют упомянутые выше импульсы. Затем считанные данные посылаются на устройство-ресивер для анализа.
Естественно, умные часы находятся от сердца довольно далеко, поэтому им приходится работать несколько по-другому.
К примеру, Apple Watch для проведения процедуры ЭКГ требует от пользователя подержать палец на колесике гаджета. Процесс занимает 30 секунд, а по его окончанию на экране появляется информация о том, какой у вас тип сердцебиения — нормальный синусовый или нарушенный.
У Fitbit Sense процесс несколько иной — на те же 30 секунд пальцы нужно расположить на углах рамки экрана часов. В случае с часами Samsung пальцем нужно касаться сенсорной кнопки. В любом случае, «на ходу» эту процедуру не провести.
Наконец, самое большое отличие процедуры ЭКГ, проведенной в клинике, и процедуры ЭКГ, проведенной умными часами, заключается в объеме и точности данных. Современные часы никогда не смогут получить настолько же полноценную картину того, как именно ведет себя ваше сердце, но, опять-таки, нужно это далеко не всегда — определить ситуацию, в которой «что-то не так», можно и таким способом. Именно поэтому все производители часов с ЭКГ-сенсорами заостряют внимание покупателей на том, что в серьезных ситуациях (когда жизни человека угрожает опасность) полагаться на их достоверность не стоит — нужно обращаться к профессионалам сразу же после появления первых признаков болезни или недомогания.
GPS-чип
Это сравнительно простой чип, который при работе потребляет много энергии, и поэтому встречается далеко не во всех моделях часов и (особенно) браслетов. Почти во всех случаях они полагаются на GPS-информацию от подключенного смартфона.
Но некоторые модели, которые в первую очередь предназначены для особенно активных пользователей, могут связываться с GPS-спутниками и без мобильника — это сделано для того, чтобы смартфон на пробежку брать было не обязательно.
Компас и магнитометр
Микроскопический компас также помогает в навигации, предоставляя информацию о направлении движения. Магнитометр — дополнительный сенсор, информация с которого позволяет уточнить данные о местоположении пользователя и его координатах.
Гироскоп
Гироскоп нужен для измерения угловой скорости, что, в свою очередь, позволяет более точно измерять движения пользователя. Так, данные с гироскопа можно использовать для определения того, бежит владелец часов на месте или нет. Также эти данные позволяют часам меньше ошибаться — например, в тех случаях, когда вы по какой-то причине просто потрясли рукой, они не примут произошедшее за мини-тренировку.
Датчик жестов
В некоторых умных часах и браслетах есть возможность управления системой жестами — к примеру, голосовой вызов можно сбросить, дважды встряхнув рукой, а секундомер активировать, начертив ей круг в воздухе.
УФ-датчик
Иногда умные часы могут предоставлять пользователю информацию о том, насколько вреден солнечный свет под открытым небом. Именно для этого у них есть датчик ультрафиолета, который измеряет уровень УФ-излучения.
Датчик температуры кожи
Этот простой сенсор не получится использовать для измерения общей температуры тела, но информация с него помогает алгоритмам устройства определить разные важные моменты — например, то, что пользователь заболевает простудой, или же начинается очередная менструальная фаза.
Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 1
Совсем немного осталось до начала нашей краундфандинговой компании часов для измерения уровня стресса EMVIO. Появилась небольшая передышка и пальцы попросились к клавиатуре.
На самом начальном этапе разработки мы проводили небольшой аналитический обзор способов измерения пульса у человека и периодически обновляли его новыми проектами. Захотелось поделиться с сообществом этой информацией. Надеемся, что она будет интересна широкому кругу читателей и даст представление о состоянии технологий в этой области.
В этом обзоре упор сделан именно на применение способов измерения пульса в гаджетах типа «for fan». Одни способы уже реализованы в готовых массовых продуктах, другие ждут своего часа. Но прежде пару слов про то, что собственно мы измеряем и почему это важно.
Немного о нашем сердце
Как известно, сердце – это автономный мышечный орган, который выполняет насосную функцию, обеспечивая непрерывный ток крови в кровеносных сосудах путем ритмичных сокращений. В сердце имеется участок, в котором генерируются импульсы, ответственные за сокращение мышечных волокон, так называемый водитель ритма (pacemaker). В нормальном состоянии, при отсутствии патологий, этот участок полностью определяет частоту сердечных сокращений. В результате образуется сердечный цикл – последовательность сокращений (систола) и расслаблений (диастола) сердечных мышц, начиная от предсердий и заканчивая желудочками. В общем случае под пульсом понимают частоту, с которой повторяется сердечный цикл. Однако есть нюансы, каким способом мы регистрируем эту частоту.
Что мы считаем пульсом
Attention. Cразу хотим отметить важный момент, который вносит в путаницу в терминологию и часто встречается в комментах к статьям про гаджеты с измерением пульса. Фактически пульс, который измеряется по сокращениям стенок кровеносных сосудов, и пульс, который измеряется по электрической активности сердца, имеют разную физиологическую природу, разную форму временной кривой, различный фазовый сдвиг и соответственно требует различные методы регистрации и алгоритмы обработки. Поэтому не может быть никаких RR-интервалов при измерении пульса по модуляции объемов кровенаполнения артерий и капилляров и механических колебаний их стенок. И обратно, нельзя говорить, что если у вас нет RR-интервалов, то вы не можете измерить аналогичные по физиологической значимости интервалы по пульсовой волне.
Как гаджеты измеряют пульс?
Итак, вот наш вариант обзора самых распространённых способов измерения пульса и примеры гаждетов, которые их реализуют.
1. Измерение пульса по электрокардиосигналу
После обнаружения в конце 19 века электрической активности сердца появилась техническая возможность ее зарегистрировать.Первым, по настоящему, это сделал Виллем Эйнтховен (Willem Einthoven) в 1902 году, с помощью своего мегадевайса – струнного гальванометра (string galvanometer). Кстати он осуществил передачу ЭКГ по телефонному кабелю из больницы в лабораторию и, по сути, реализовал идею удаленного доступа к медицинским данным! 
Три банки с “рассолом” и электрокардиограф весом 270 кг! Вот так рождался метод, который сегодня помогает миллионам людей во всем мире.
За свои труды в 1924 году он стал лауреатом Нобелевской премии. Именно Эйнтховен в первые получил реальную электрокардиограмму (название он придумал сам), разработал систему отведений – треугольник Эйнтховена и ввел названия сегментов ЭКС. Самым известным является комплекс QRS — момент электрического возбуждения желудочков и, как наиболее выраженный по своим временным и частотным свойствам элемент этого комплекса, зубец R.
До боли знакомый сигнал и RR-интервал!
В современной клинической практике для регистрации ЭКС используют различные системы отведений: отведения с конечностей, грудные отведения в различных конфигурациях, ортогональные отведения (по Франку) и т.п. С точки зрения измерения пульса можно использовать любые отведения, т.к. в нормальном ЭКС R зубец в том или ином виде присутствует на всех отведениях.
Спортивные нагрудные датчики пульса
При проектировании носимых гаджетов и различных спортивных тренажеров система отведений была упрощена до двух точек-электродов. Самым известным вариантом реализации такого подхода являются спортивные нагрудные мониторы в виде ремешка-кардиомонитора – HRM strap или HRM band. Думаем у читателей, ведущих спортивный образ жизни, такие устройства уже имеются.
Пример конструкции ремешка и Мистер-гаджет 80 lvl. Sensor pad – это два ЭКГ электрода с разных сторон груди.
На рынке популярностью пользуются HRM ремешки фирм Garmin и Polar, также имеется множество китайских клонов. В таких ремешках электроды выполнены в виде двух полосок из проводящего материала. Ремешок может быть частью всего устройства или пристегиваться к нему застежками-клипсами. Значения пульса, как правило, передаются по Bluetooth по протоколу ANT+ или Smart на спортивные часы или смартфон. Вполне удобно для спортивных занятий, но постоянное ношение вызывает дискомфорт.
Мы экспериментировали с такими ремешками в плане возможности оценки вариабельности пульса, считая их за эталон, но поступающие с них данные, оказались сильно сглаженными. Участник нашей команды Kvanto25 публиковал пост, как он разбирался с протоколом ремешка Polar и подключал его к компьютеру через среду Labview.
С двух рук
Следующим вариантом реализации двух электродной системы является разнесение электродов на две руки, но без постоянного подключения одной из них. В таких устройствах один электрод закрепляется на запястье в виде задней стенки часов или браслета, а другой выносится на лицевую часть устройства. Чтобы измерить пульс, нужно свободной рукой коснуться лицевого электрода и подождать несколько секунд.
Пример пульсометра с фронтальным электродом (Пульсометр Beurer)
Интересным устройством, использующим такую технологию, является браслет Phyode W/Me, разработчики которого провели успешную кампанию на Кикстартере, и их продукт имеется в продаже. На хабре про него был пост.
Электродная система PhyodeW/Me
Верхний электрод совмещен с кнопкой, поэтому многие люди, рассматривая прибор по фоткам и читая отзывы, думали, что измерение происходит просто по нажатию кнопки. Теперь вы знаете, что на подобных браслетах непрерывная регистрация со свободными руками в принципе не возможна.
Плюс этого устройства в том, что измерение пульса не является главой целью. Браслет позиционируется как средство проведения и контроля дыхательных методик, типа индивидуального тренера. Мы приобрели Phyode и проигрались с ним. Все работает, как обещано, регистрируется реальная ЭКГ, соответствующая классическому первому отведению ЭКГ. Однако прибор очень чувствителен к движениям пальца на фронтальном электроде, чуть сдвинулся и сигнал поплыл. С учетом того, что для набора статистики нужно около трех минут процесс регистрации выглядит напряжно.
Регистрация пульса в проекте FlyShark Smartwatch. Будьте добры подержать пальчик.
Что еще нового есть в этой области? Обязательно нужно упомянуть об интересной реализации ЭКГ электрода – емкостного датчика электрического поля EPIC Ultra High Impedance ECG Sensor производства фирмы Plessey Semiconductors.
Емкостной датчик EPIC для бесконтактной регистрации ЭКГ.
Внутри датчика установлен первичный усилитель, поэтому его можно считать активным. Датчик достаточно компактный (10х10 мм), не требует прямого электрического контакта, соответственно не имеет эффектов поляризации и их не надо смачивать. Нам кажется это решение весьма перспективным для гаджетов с регистрацией ЭКС. Готовых устройств на этих датчиках мы пока не видели.
2. Измерение пульса на основе плетизмографии
Поистине самый распространённый способ измерения пульса в клинике и быту! Сотни разнообразных устройств от прищепок до перстней. Сам метод плетизмографии основан на регистрации изменения объемов кровенаполнения органа. Результатом такой регистрации будет пульсовая волна. Клинические возможности плетизмографии выходят далеко за рамки простого определения пульса, но в данном случае нам интересен именно он.
Определение пульса на основе плетизмографии может быть реализовано двумя основными способами: импедансным и оптическим. Есть и третий вариант – механический, но мы не будем его рассматривать.
Импедансная плетизмография
Как говорит нам Медицинский словарь, импедансная плетизмография – это метод регистрации и исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на регистрации изменений полного (омического и емкостного) электрического сопротивления переменному току высокой частоты. В России часто используется термин реография. Этот способ регистрации ведет свое начала с исследований ученого Манна (Mann, 30 –е годы) и отечественного исследователя Кедрова А.А. (40–е годы).
В настоящее время методология способа основана на двух или четырехточечной схеме измерения объемного удельного сопротивления и состоит в следующем: через исследуемый орган с помощью двух электродов пропускается сигнал с частотой от 20 до 150 кГц (в зависимости от исследуемых тканей).
Электродная система импедансной плетизмографии. Картинка отсюда
Главное условие, предъявляемое к генератору сигнала — это постоянство тока, его значение выбирают обычно не более 10-15 мкА. При прохождении сигнала через ткань его амплитуда модулируется изменением кровенаполнения. Вторая система электродов снимает модулированный сигнал, фактически имеем схему преобразователя импеданс-напряжения. При двухточечной схеме электроды генератора и приемника объединены. Далее сигнал усиливается, из него изымается несущая частота, устраняется постоянная составляющая и остается нужная нам дельта.
Если прибор откалибровать (для клиники это обязательное условие), то по оси Y можно откладывать значения в Омах. В итоге получается вот такой сигнал.
Примеры временных кривых ЭКГ, импедансной плетизмограммы (реограмме) и ее производной при синхронной регистрации. (отсюда)
Очень показательная картинка. Обратите внимание, где находится RR-интервал на ЭКС, а где расстояние между вершинами, соответствующее длительности сердечного цикла на реограмме. Также обратите внимание на резкий фронт R зубца и пологий фронт систолической фазы реограммы.
Из пульсовой кривой можно получить довольно много информации по состоянию кровообращения исследуемого органа, особенно синхронно с ЭКГ, но нам нужен только пульс. Определить его не сложно — нужно найди два локальных максимума, соответствующих максимальной амплитуде систолической волны, вычислить дельту в секундах ∆Tи далее BMP = 60/∆T.
Примеров гаджетов, которые используют данный способ, мы пока не нашли. Зато есть пример концепта имплантируемого датчика для контроля кровообращения артерии. Вот статья про него. Активный датчик сажается прямо на артерию, с хост-девайсом общается по индуктивной связи. Мы считаем, что это очень интересное и перспективный подход. Принцип работы понятен из картинки. Спичка показана для понимания размера 🙂 Используется 4-х точечная схема регистрации и гибкая печатная плата. Думаю, при желании, можно допилить идею для носимого микро-гаджета. Плюс этого решения в том, что потребление такого датчика исчезающее мало.
Имплантируемый сенсор кровотока и пульса. Похож на аксессуар Джонни-Мнемоника.
В завершении этого раздела сделаем ремарку. В свое время мы считали, что таким способом измеряется пульс в известном стартапе HealBeGo, поскольку в этом устройстве базовая функциональность реализуется методом импедансной спектроскопии, что, по сути, и есть реография, только с изменяемой частотой зондирующего сигнала. В общем, все уже на борту. Однако согласно описанию характеристик прибора пульс в HealBe измеряется механическим методом с помощью пьезодатчика (про этот способ во второй части обзора).
Оптическая плетизмография или фотоплетизмографияя
Оптический – это самый распространённый способ измерения пульса с точки зрения массового применения. Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника. Самые первые устройства были применены в клинике и измеряли пульс с пальца в режиме просвета или отражения. Форма пульсовой кривой повторяет реограмму.
Иллюстрация принципа работы фотоплетизмографии
Способ нашел широкое использование в клинике и вскоре технология была применена в бытовых устройствах. Например, в компактных пульсоксиметрах, регистрирующих пульс и сатурацию кислородом крови в капиллярах пальца. В мире производится сотни модификаций. Для дома, для семьи вполне пойдет, но не подходит для постоянного ношения. 
Пульсоксиметр обыкновенный и клипса для уха. Тысячи их!
Существуют варианты с ушными клипсами и наушниками со встроенными датчиками. Например, такой вариант от Jabra или новый проект Glow Headphones. Функциональность аналогична HRM ремешкам, но более стильный дизайн, привычное устройство, свободный руки. Постоянно носить затычки в ушах не будешь, но для пробежек на свежем воздухе под музыку в самый раз.
Наушники Jabra Sport Pulse™ Wireless и Glow Headphones. Пульс регистрируется внутриушным (in-ear sensor) способом.
Самым заманчивым было измерение пульса с запястья, ведь это такое привычное и комфортное место. Первыми были часы Мио Alpha с успешной компанией на Кикстартере.
Создательница продукта Лиз Дикинсон (Liz Dickinson) пафосно провозгласила это устройство Святым Граалем измерения пульса. Модуль датчика был разработан ребятами из Philips. На сегодняшний день это самое качественное устройство для непрерывного измерения пульса с запястья методом фотоплетизмографии.
Далее миру стали является такие достойные вещи как Basis B1, Samsung Galaxy Gear и Gear Fit, Moto 360 и конечно ожидаемые всеми фанами яблочных брендов AppleWatch.
Даешь умных часов много и разных!
Сейчас можно сказать, что технология отработана и внедрена в серийное производство. Во всех подобных устройствах реализуется измерение пульса по отраженному сигналу.
Выбор длины волны излучателя
Теперь пару слов, как выбирают длину волны излучателя. Тут все зависит от решаемой задачи. Обоснование выбора хорошо иллюстрировать по графику поглощения света окси и дезоксигемоглобина с наложенными на него кривыми спектральных характеристик излучателей.
Кривая поглощения света гемоглобином и основные спектры излучения пульсовых фотоплетизмаграфических датчиков.
Выбор длины волны зависит от того, что мы хотим измерить пульс и/или сатурацию насыщения крови кислородом SO2.
Просто пульс. Для этого случая важна область, где поглощение максимально – это диапазон от 500 до 600 нм, не считая максимума в ультрафиолетовой части. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет) или с небольшим смещением – 535 нм (применено в датчике OSRAM SFH 7050 – Photoplethysmography Sensor).
Зеленый светодиод датчика пульса – самых ходовой вариант в смарт-часах и браслетах. В датчике смартфона Samsung Galaxy S5 использован красный светодиод.
Оксиметрия. В этом режиме необходимо мерить пульс и оценивать сатурацию крови кислородом. Способ основан на разнице в поглощении связанного (окси) и не связанного с (дезоки) кислородом гемоглобина. Максимум поглощения деоксигенированного гемоглобина (Hb) находится в “красном” (660 нм) диапазоне, максимум поглощения оксигенированного (Hb02) гемоглобина в инфракасном (940 нм). Для вычисления пульса используется канал с длиной волны 660 нм.
Желтый для EMVIO. Для нашего прибора EMVIO мы выбирали из двух диапазонов: 525 nm и 590 нм (желтый цвет). При этом мы учитывали максимум спектральной чувствительности нашего оптического датчика. Эксперименты показали, что разницы между ними практически нет (в рамках нашей конструкции и выбранного датчика). Любую разницу перебивают артефакты движения, индивидуальные свойства кожи, толщина подкожного слоя запястья и степень прижатия датчика к коже. Мы захотели как-то выделиться из общего “зеленого” списка и пока остановились на желтом цвете.
Конечно, измерения можно проводить не только с запястья. Есть на рынке нестандартные варианты выбора точки регистрации пульса. Например, со лба. Такой подход использован в проекте умного шлема для велосипедистов Life beam Smart helmet разработаного Израильской компанией Lifebeam. В предложениях этой фирмы есть еще бейсболки и солнцезащитные козырьки для девушек. Если постоянно носите бейсболку, то это ваш вариант.
Велосипедист доволен, что не нужно одевать HRM ремешок.
В целом выбор точек регистрации достаточно велик: запястье, палец, мочка уха, лоб, бицпес руки, лодыжка и стопа ноги для малышей. Полное раздолье для разработчиков.
Большим плюсом оптического способа является простота реализации на современных смартфонах, где в качестве датчика используется штатная видеокамера, а в качестве излучателя – светодиод вспышки. В новом смартфоне Samsung Galaxy S5 на задней стенке корпуса, для удобства пользователя, уже имеется штатный модуль датчика пульса, возможно и другие производители будут внедрять аналогичные решения. Это может стать решающими для устройств, в которых нет непрерывной регистрации, смартфоны вберут в себя их функционал.
Новые горизонты фотоплетизмографии
Дальнейшее развитие этого способа связано с переосмыслением функционала оптического датчика и технологическими возможностями современных носимых устройств в плане обработки видеоизображений в реальном времени. В итоге имеем идею измерения пульса по видеоизображению лица. Подсветкой является естественное освещение.
Оригинальное решение, с учетом того, что видеокамера является стандартным атрибутом любого ноутбука, смартфона и даже умных часов. Идея метода раскрыта в этой работе.
Субъект N3 явно напряжен – пульс под 100 уд/мин, наверно сдает работу своему руководителю Субъекту N2. Субъект N1 просто мимо проходил.
Сначала на кадрах выделяется фрагмента лица, потом изображение раскладывается на три цветовых канала и разворачивается по временной шкале (RGB trace). Выделение пульсовой волны основано на разложение изображения методом анализа независимых компонент (ICA) и выделения частотной составляющей, связанной с модуляцией яркости пикселей под действием пульсации крови.
Лаборатория Philips Innovation реализовала аналогичный подход в виде программы Vital Signs Camera для IPhone. Весьма интересная штука. Усреднение значений конечно большое, но принципиально метод работает. Аналогичный проект развивает Fujitsu Laboratories.
Виды экранов Vital Signs Camera.
Так что в будущем системы видеонаблюдения смогут дистанционно измерять ваш пульс. Контора АНБ возрадуется.
Окончание обзора в следующем посте “Как умные часы, спортивные трекеры и прочие гаджеты измеряют пульс? Часть 2”. В той части мы расскажем об более экзотических способах регистрации пульса, которые используются в современных гаджетах.
Удачи! И еще раз пригашаем вас на сайт нашего проекта EMVIO.