Heart Beat Rate Estimation from Video

The thesis describes an implementation of a method estimating the heart beat rate based on an analysis of the color changes measured in a video of a human face. We use a 3D facial landmark tracker that allows to extract a stable region on a face needed to acquire a robust measurement of the color changes. A simple model is proposed to approximate a linear projection of the color signal by sinusoid superimposed on a line. The unknown parameters of the model are estimated by the least squares method which has a closed form solution for fixed heart beat rate. The proposed method is implemented partially in C++ and Matlab and it runs real time on a common PC. Another contribution of the thesis is a database of 43 videos containing 8 human subjects annotated with their heart beat rate measured by a precise contact method. The proposed method evaluated on the benchmark provides estimate of the heart rate with average deviation 5.25 BPM from the ground truth annotation. Abstrakt Práce popisuje implementaci metody, odhadujı́cı́ tepovou frekvenci srdce ve videu s lidským obličejem, na principu analyzovánı́ barevných změn. Použı́váme 3D tracker významných bodů tváře k vyjmutı́ stabilnı́ oblasti z obličeje, což je nezbytné pro zı́skánı́ robusnı́ho měřenı́ barevných změn. Je navržen jednoduchý model pro aproximaci lineárnı́ projekce barevného signálu pomocı́ sinusoidy posazené na přı́mku. Neznámé parametry modelu jsou určeny pomocı́ metody nejmenšı́ch čtverců, ta má pro fixnı́ tepovou frekvenci analytické řešenı́. Navrhovaná metoda je implemetovaná částečně v C++ a v Matlabu a běžı́ na běžném PC v reálném čase. Dalšı́m přı́nosem práce je databáze 43 videı́, obsahujı́cı́ch 8 osob, anotovaných jejich tepovou frekvencı́, změřenou pomocı́ přesné kontaktnı́ metody. Navrhovaná metoda, spuštěna na benchmark testu, odhaduje tep s průměrnou odchylkou od anotace 5.25 tepů za minutu.