Contact-Free Measurement of Cardiac Pulse using IR Video Imaging

量測生理信號有許多用途，例如量測運動時的身體狀態還有老人的居家照護等，因此也帶動了近年來穿戴式裝置的興起，如何量測生理信號便成為重要的議題。 本研究提出了使用紅外線影像來達到非接觸式心率的量測，改善了傳統上使用貼片來量測心跳所造成的不便，以及就算在較暗的環境下仍可偵測心跳。紅外線webcam會主動發出紅外光照射人體，人體血液會吸收紅外光造成光線的變化，再由webcam接收影像，然後藉由我們的演算法萃取出心跳信號且進行分析。 我們使用ECG(electrocardiography)信號做為對比來驗證我們的可靠度，最後將整個演算法實現在嵌入式系統上，達到可以即時的偵測心跳信號，並且對心跳進行分析。誌謝 I 中文摘要 II Abstract III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第1章 緒論 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2 論文架構 2 第2章 文獻探討 3 2-1 自律神經系統 3 2-2 心電信號介紹 4 2-3 光體積變化描記圖 6 2-4 光體積變化描記圖影像 8 2-5 心率變異度 10 2-5-1 心跳區間 10 2-5-2 時域分析 11 2-5-3 頻域分析 13 第3章 紅外線影像心率偵測系統演算法設計與模擬 15 3-1 演算法流程 15 3-2 心跳區間偵測 17 3-3 異常心跳區間恢復 19 3-4 心跳區間重新取樣 21 3-5 功率密度頻譜 23 3-5-1 Window Function 23 3-5-2 FFT 25 3-5-3 Power Spectrum 27 3-6 模擬與實驗結果 27 第4章 嵌入式系統設計與實作 33 4-1 發展平台介紹 33 4-2 作業系統介紹 34 4-3 QT介紹 36 4-4 Webcam介紹 38 4-5 系統設計 38 4-5-1 YCbCr轉RGB 38 4-5-2 視窗長度 39 4-5-3 Webcam控制流程 39 4-6 實現結果與效能 41 第5章 結果與討論 42 參考文獻 4