[论文解读] Nose Heat: Exploring Stress-induced Nasal Thermal Variability through Mobile Thermal Imaging

Youngjun Cho, Nadia Bianchi‐Berthouze+3 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2019

Infrared Thermography in Medicine参考文献 25被引用 3

一句话总结

本文提出了一种移动热成像框架，用于检测由压力引起的鼻部温度变化，通过新颖的热变异性度量方法捕捉动态生理反应。在实验室和真实工厂环境中的评估表明，该方法成功识别出超出受控环境的压力反应，证明了通过面部热调节模式实现连续、非侵入性压力监测的可行性。

ABSTRACT

Automatically monitoring and quantifying stress-induced thermal dynamic information in real-world settings is an extremely important but challenging problem. In this paper, we explore whether we can use mobile thermal imaging to measure the rich physiological cues of mental stress that can be deduced from a person's nose temperature. To answer this question we build i) a framework for monitoring nasal thermal variable patterns continuously and ii) a novel set of thermal variability metrics to capture a richness of the dynamic information. We evaluated our approach in a series of studies including laboratory-based psychosocial stress-induction tasks and real-world factory settings. We demonstrate our approach has the potential for assessing stress responses beyond controlled laboratory settings.

研究动机与目标

• 开发一种连续的、移动的热成像系统，用于在真实世界环境中检测压力引起的生理变化。
• 识别并量化鼻部区域的动态热模式，作为心理压力的指标。
• 评估在受控实验室条件之外，利用鼻部热变异性作为可靠、非侵入性压力生物标志物的可行性。
• 设计并验证一组热变异性度量，以捕捉面部热成像数据中的丰富动态信息。

提出的方法

• 开发了一套移动热成像系统，持续监测面部温度，重点关注鼻部区域。
• 引入了一组新颖的热变异性度量，用于量化鼻部温度随时间的动态变化。
• 系统采用实时图像处理技术，从热成像视频流中提取并分析温度模式。
• 通过标准化的心理社会任务在实验室环境中诱导压力，并在工厂环境中的自然工作条件下进行压力诱导。
• 使用统计和机器学习技术收集并分析数据，将热模式与压力状态相关联。
• 在多种实验条件下验证该框架，以评估其鲁棒性和对压力的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 移动热成像能否在真实世界环境中检测到由压力引起的鼻部温度变化？
• RQ2 在压力状态与非压力状态下，鼻部区域的热变异性模式有何差异？
• RQ3 与静态温度测量相比，动态热度量在多大程度上能提升对心理压力的检测能力？
• RQ4 所提出的框架在非受控的真实环境（如工业工作场所）中是否具有鲁棒性和可靠性？

主要发现

• 所提出的框架在基于实验室的心理社会压力任务和真实工厂环境中均成功检测到压力反应。
• 鼻部热变异性在压力状态与非压力状态之间表现出显著差异，压力状态下动态波动增加。
• 新颖的热变异性度量相比传统静态温度测量展现出更高的压力敏感性。
• 该系统在多种环境条件下保持一致的性能，表明其在真实世界部署中的可行性。
• 鼻部区域的热模式成为心理压力的可靠、非侵入性指标。