Non-contact registration of respiration by analysis of IR-THz human face images

В работе предложен новый подход к бесконтактной регистрации функции дыхания на основе анализа инфракрасно-терагерцовых изображений лица человека, последовательность которых позволяет визуализировать процессы, происходящие во время дыхания. Для получения количественных оценок функции дыхания предложено два способа. Первый – с использованием зонда, реализующего функцию пространственного дифференцирования, обеспечивает высокую чувствительность, но требует повышенной точности совмещения зонда с носовым отверстием и масштабирования в соответствии с ракурсом съемки. Второй – гистограммный способ получения количественных оценок функции внешнего дыхания – инвариантен к масштабу, не требует точного позиционирования, но при этом обладает меньшей чувствительностью. Предложенные способы позволили дистанционно оценить частоту дыхания, которая коррелирует с данными, полученными контактным методом регистрации функции дыхания. We propose a new approach to non-contact recording of respiratory function based on the analysis of a sequence of Infrared-terahertz images of the human face, allowing the processes that occur during breathing to be visualized. To obtain quantitative estimates of the respiratory function, two methods are proposed. The first one utilizes a probe which implements the function of spatial differentiation and provides high sensitivity, but requires an increased accuracy of positioning the probe at the nasal opening and scaling in accordance with the camera angle. The other one is a histogram method for obtaining quantitative estimates of the external respiratory function, which is scale invariant and does not require precise positioning, but has a lower sensitivity compared to the first one. The methods proposed have made it possible to remotely evaluate the respiratory rate, which correlates well with the data obtained by a contact method of respiratory function registration.Исследование выполнено при частичной поддержке РФФИ (грант № 17-29-02487) и частичной поддержке Министерства науки и высшего образования (проект №0748-2020-0012) в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН с использованием оборудования, приобретенного за счет средств «Программы развития Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова до 2020 года», при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина»