[논문 리뷰] VitalVideos-Europe: A dataset of face videos with PPG and blood pressure ground truths

Pieter-Jan Toye|arXiv (Cornell University)|2023. 06. 02.

Non-Invasive Vital Sign MonitoringEngineering인용 수 3

한 줄 요약

VitalVideos-Europe는 850명의 참가자를 포함하는 대규모 데이터셋으로, 동기화된 얼굴 영상, 광량측정법(PPG) 파형 및 혈압 측정치를 포함한다. 다양한 유럽 지역에서 촬영되었으며, 조명 조건과 배경이 다양하여 영상 기반 PPG를 통한 원격 생체신호 추정 및 혈압 검증 연구를 지원한다. 연령, 성별, 피부 색소 등의 인구통계학적 메타데이터를 포함한다.

ABSTRACT

We collected a large dataset consisting of 850 unique participants. For every participant we recorded two 30 second uncompressed videos, synchronized PPG waveforms and a single blood pressure measurement. Gender, age and skin color were also registered for every participant. The dataset includes roughly equal numbers of males and females, as well as participants of all ages. While the skin color distribution could have been more balanced, the dataset contains individuals from every skin color. The data was collected in a diverse set of locations to ensure a wide variety of backgrounds and lighting conditions. In an effort to assist in the research and development of remote vital sign measurement we are now opening up access to this dataset. vitalvideos.org for all datasets.

연구 동기 및 목표

• 원격 광량측정법(rPPG) 및 혈압 추정 알고리즘의 훈련 및 평가를 위한 대규모이고 다양한 데이터셋을 구축하기 위해.
• 모델의 일반화 능력과 공정성을 향상시키기 위해 성별, 연령, 피부 색소에 걸쳐 균형 잡힌 표현을 확보하기 위해.
• 실제 환경 조건에서 다양한 조명과 배경 조건을 반영하여 원격 감지 방법의 강건성을 향상시키기 위해.
• PPG 및 혈압에 대한 고품질 기준값을 제공하는 공개 접근이 가능한 기준 데이터셋을 제공하기 위해.

제안 방법

• 데이터 수집은 표준 영상 장비를 사용하여 참가자당 두 개의 30초 분량의 압축되지 않은 얼굴 영상을 기록함으로써 수행됨.
• 생리적 기준값을 제공하기 위해 손가락 클립 센서를 사용하여 동기화된 PPG 파형을 확보함.
• 임상적 혈압 측정기법을 사용하여 참가자당 한 번의 혈압 측정치를 기록함.
• 부분군 분석을 가능하게 하기 위해 참가자별 성별, 연령, 피부 색소 정보를 수집함.
• 다양한 유럽 지역에서 참가자를 모집하여 조명 및 배경 조건의 환경적 다양성을 확보함.
• 재현 가능성과 연구 활용을 지원하기 위해 메타데이터 및 접근 링크를 포함하여 데이터셋을 정제하고 공개함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모이고 다양한 데이터셋이 다양한 피부 색소와 조명 조건에서 원격 PPG 및 혈압 추정 모델의 일반화 능력을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 특히 피부 색소와 연령에 따른 인구통계적 다양성이 영상 기반 생체신호 추정 알고리즘의 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 실제 환경에서의 조명 및 배경 조건의 변동성이 rPPG 및 혈압 추정의 정확도에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 기준값으로서의 PPG 및 혈압 측정치를 갖춘 공개 데이터셋이 비접촉 생체신호 모니터링 분야의 연구를 얼마나 가속화할 수 있는가?

주요 결과

• 850명의 참가자로 구성된 데이터셋으로, 남성과 여성 간 균형 잡힌 표현과 넓은 연령 범위를 포함함.
• 모든 피부 색소 범주에 해당하는 참가자가 포함되어 있어 공정성 인식 알고리즘 개발을 위한 다양성 향상에 기여함.
• 유럽 전역의 실제 환경에서 데이터를 촬영하여 조명 및 배경 조건의 상당한 다양성이 발생함.
• 참가자당 두 개의 30초 분량의 압축되지 않은 얼굴 영상이 기록되어 신호 분석을 위한 고시간 해상도를 확보함.
• 참가자당 동기화된 PPG 파형과 한 번의 혈압 측정치가 확보되어 기준값 검증이 가능함.
• 메타데이터를 포함하여 공개된 데이터셋으로, 원격 생체신호 모니터링 분야의 재현 가능한 연구를 지원함.