Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/18459
Title: Heart rate estimation using video in psychology experiments
Other Titles: Estimação do ritmo cardíaco recorrendo a vídeo no âmbito de experiências em psicologia
Author: Assunção, Luís Pedro Santos de
Advisor: Fernandes, José Maria
Oliveira, Ilídio Castro
Keywords: Ritmo cardíaco - Monitorização
Electrocardiografia
Visão por computador
Redes neuronais
Psicologia
Defense Date: 2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: Heart rate is a relevant physiological marker used in several areas, namely psychology, as a measure of the anxiety and stress among other states. Typically, the heart rate is calculated from ECG that implies using dedicated equipment with electrodes placed on the human subject which can be considered invasive in many situations i.e. not comfortable or humanly suitable. With the advances in computer vision several works proposed methods to estimate the heart rate from video capturing skin patches of the subjects (e.g. for head, overall face, …). However, although promising results there no conclusive proofs on the accuracy and applicability in more realistic conditions (e.g. outside of the laboratory) namely due to the very controlled scenarios or limited sampling time. In this dissertation we proposed to evaluate the usefulness of heart rate estimation based on video and built upon the state of the art to address more realistic and challenging conditions i.e. less controlled scenarios and evaluate it under larger monitoring sessions (>1 minute). We performed two experiments based on video stimulus where the objective was to measure the HR changes induced by the video. In both scenarios, ECG was used to extract the HR that was used as ground truth. The first scenario was acquired with videos to elicit disgust (25 minutes), the second using smaller videos (<1 minute) using a neutral and “happiness” inducing videos. Our results show that the heart rate estimation is very sensitive to noise and not clear relation on the complete studies was observed in any of the scenarios. However, when studying the relation between the HR estimated from video and from ECG it was clear that both were highly correlated in limited time intervals suggesting that video estimated HR may be worthy to explore. In the process we developed PsyVidLab that besides incorporating the video estimated HR allows synchronous acquisition of video, ECG and some basic image processing modules namely emotion estimation from facial expression.
Devido aos avanços em visão de computador, vários trabalhos propuseram métodos para estimar o ritmo cardíaco utilizando partes da pele do sujeito (testa, face completa, ...). Contudo, embora se tenha obtido resultados promissores não há provas conclusivas acerca da precisão e aplicabilidade em condições mais realistas (fora do laboratório), devido aos senários muito controlados ou tempo de amostragem limitado. Nesta dissertação, propusemo-nos avaliar a utilidade da estimação de ritmo cardíaco por vídeo e contruído no estado da arte para atender a cenários mais realistas e exigentes, isto é, cenários menos controlados e avaliar os resultados em sessões de monitorização mais longos (>1 minuto). Nós efetuamos duas experiencias baseadas vídeo de estímulo onde o objetivo era de medir as alterações de ritmo cardíaco produzidas pelo vídeo. Em ambos os senários, ECG foi utilizado para extrair ritmo cardíaco que foi usado como comparação. O primeiro cenário foi adquirido com vídeos cujo estímulo foi “Nojo” (25 minutos), o segundo cenário usou vídeos mais pequenos (<10minutos) usando um estimulo neutro e de “felicidade”. Os resultados mostram que a estimação do ritmo cardíaco é bastante sensível ao ruido e não é clara a relação no estudo completo. Contudo, quando estudamos a relação entre o ritmo cardíaco estimado por vídeo e por ECG tornou-se claro que ambos eram altamente correlacionados em intervalos de tempo limitados, sugerindo que o ritmo cardíaco estimado por vídeo deve ser explorado. Durante o processo desenvolvemos o PsyVidLab que, para alem de incorporar a estimação de ritmo cardíaco por vídeo, permite a aquisição síncrona de vídeo, ECG, e alguns módulos de processamento de vídeo básicos especificamente estimação de emoção de expressões faciais.
Description: Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática
URI: http://hdl.handle.net/10773/18459
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DETI - Dissertações de mestrado

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