Compensación de cambios de iluminación para estimación de signos vitales mediante fotopletismografía

Abstract

La Fotopletismografía remota (rPPG) es una técnica utilizada para identificar cambios de intensidad de color en secuencias de imágenes a lo largo del tiempo, con el fin de crear señales de información condensada del rostro de una persona para su posterior análisis y obtención de signos vitales. En el contexto de la telemedicina, donde controlar los eventos y las perturbaciones lumínicas es un desafío, se requiere una metodología robusta para obtener estimaciones precisas de los signos vitales mediante la rPPG. Para alcanzar este objetivo, se desarrolla una metodología de compensación de perturbaciones, junto con un método robusto para estimar el Heart Rate (HR). Estas metodologías se combinan para llevar a cabo un análisis espacio-temporal de la escena, segmentando la Región de Interés (ROI) del rostro en varias sub-ROIs, así como áreas específicas del fondo. Esto facilita el análisis del comportamiento de la iluminación y las perturbaciones en el rostro, además de compensar las perturbaciones temporales que afectan en común al rostro y al fondo. La metodología desarrollada se comparó con trabajos previos, desde el estado del arte, que abordan la compensación de perturbaciones temporales y con métodos tradicionales de estimación de HR que se basan en la recuperación de la señal de Blood Volume Pulse (BVP) a partir de la señal rPPG. En la evaluación con tres Dataset diferentes, se destacaron dos metodologías: la propuesta en este trabajo y CHROM adaptado con una metodología específica para la estimación de HR. Se comparan y analizan los dos mejores métodos mencionados, evaluando su combinación. Se revelan ventajas y limitaciones. CHROM resalta componentes no deseados al no considerar la dinámica en la escena. La metodología desarrollada se adapta a cada escena, pero presenta debilidades ante perturbaciones de iluminación en el rostro debido al movimiento del sujeto. Además, el desempeño general de los dos métodos es similar, con la metodología desarrollada mostrando mejores resultados en los rangos bajo y normal de HR, mientras que CHROM destaca en el rango alto de HR, aunque con una diferencia mínima en comparación con la metodología desarrollada. Por lo tanto, no es concluyente elegir sólo uno de ellos.