【官方雙語】智能手錶背後為何有閃光燈？它是如何監測心率、血氧的？

不久前，我製作了一段關於dinamik amplification的影片，這是一種影片處理技術。 放大視頻中微小的移動。看，這是原始視頻。人眼 無法檢測到任何運動，但有可能將那些微小的運動放大。 可以用肉眼察覺。你也可以放大顏色的變化，直到能夠辨識為止。 看到某人的心跳。請在說明中連結該影片。但當我的朋友安德魯·斯蒂爾 看了影片後，他說：「我想到一個主意。我可以把電極貼在你胸口，然後拍下來嗎？」 於是，他進一步解釋了這個想法。你知道，智慧手錶的背面配備了感應器，而 閃爍的燈光之類的。嗯，當這些燈光閃爍時，傳感器所看到的景象實在令人難以置信。 安德魯想知道我們是否能重現智能手錶在那些燈閃爍時的功能。 只是用一台朝向我臉部的相機，以及他電腦上撰寫的一些軟體。 你會在智慧手錶背面看到最常見的光是綠色的，這有助於測量 你的脈搏。但你也可能看到紅光。事實上，如果你的手錶背面有紅光， 它還有另一種你看不見的光。在那之上還有一種看不見的光。還有紅色的 光線與不可見光共同協助測量血液中的氧氣水平。但 讓我們先來看看脈搏測量ポイント，因為這正是我們在此試圖重現的項目。 我要拍攝你。我們有個明亮、直接的光源。我妻子是醫生。 這是她的聽診器。我們所做的事非常專業。我剛才只是塞進了一支麥克風， 這將讓我們能夠聽到你的心跳聲。還有在這裡，我相信 我們有一個心率監測器。由於你是直接測量電活動， 它會比這台相機拍出來的垃圾畫質好太多了。 所以這是為了看看我們是否夠格。但首先，我得先確認一下我是否有 放對地方了。你知道嗎？我想我終於搞定了。 我要開始從那條胸帶錄製了。我要啟動我的相機， 我們將試著僅透過你的臉部來檢測你的心率。 試著保持不動。對，這樣就好。那就是你的臉。它正在通過，正在處理。 這段影片正在測量你臉部所有不同像素的顏色。 您的軟體正在試圖找出紅色、綠色和藍色通道中的波動情況。 然後它會放大它們，並把它們疊加上去。 好的。你可以想像這其實具有相當高的醫學價值。想像一下，你有一個早產兒 新生兒。如果能透過錄影遠端監控他們，那就太好了。 顯然，如果早產兒長了這麼一臉鬍子，你會把他剃掉的。 哦，這很酷。你用Python程式碼生成的這些單獨畫面 然後會變成一段影片。你這張照片看起來有點不舒服。 是的，我覺得我這張照片看起來有點不舒服。 這些是原始的 RGB 值。因此，我已減去那個緩慢移動的背景。 我稍微修整了一下，然後…… 看看那個。很棒，對吧？ 真正引起我興趣的是，我認為他們使用綠燈其中一個原因可能是 綠色信號最強，這一點我在論文中看過。而且正如你所見， 這很可能是真的。綠色的峰谷確實往往會大一些或小一些。 但同時，那紅色和藍色通道中實際上也包含了大量的資料。 綠色發光二極管比白色發光二極管便宜。 但主要原因其實在於這些不同顏色深入您皮膚的深度。 紅光的波長非常長，這表示它能深入你的手臂等部位。 因此，這意味著你可能會收到分散注意力的訊號。 相較之下，藍光的波長非常短。 這意味著它根本不會深入皮膚。 因此，它可能無法深入到足以看見血液的程度。 而綠色則是一種相當不錯的折衷選擇。 它深入到足以看見血液的程度，但又不至於太深。 基本上只是在偵測肌肉之類的東西。 所以如果你的眼睛非常敏感， 你只是在那裡走來走去，人們的臉孔就會變得越來越亮，又越來越暗。 更明亮和更黑暗。 聽起來像超人一樣。 他從來不提這件事。omed 你大概也能聽得到。 真是個噩夢。 因為那副聽診器。 記得嗎？ 我們還聽到了心跳的聲音。 所以我們就這麼定了。 這可以作為一個黃金標準，證明我並非完全偽造了這些內容。 好了，我們開始吧。 準備好了嗎？ 看看那個。 你所能看到的。 哦，然後你會有一點抽搐。 閃爍綠色。 我只是有點緊張，顯而易見。 對，就是嗚嘟、嗚嘟。 是的。 這不壞吧？ 你臉上能看見的心跳速率 似乎與你能聽到的我心中的聲音完全吻合。 你可以看出為什麼這讓安德魯想起了那段運動放大視頻。 差別在於，我們是利用整個臉部來判斷脈搏狀況。 然後將該脈衝資料轉換為色彩疊加 因此我們可以從視覺上觀察發生了什麼。 我們還用那條胸帶為我做了心電圖。 作為額外的測試，以確保這東西確實在正常運作。 這裡和這裡有兩個小小的接觸點在你的胸口。 它正在測量該處的電壓。 這基本上就是你心臟一邊到另一邊的電壓。 當你讓我舔它們的時候，你並不是只是在搞怪而已？ 不，因為電氣接觸非常重要。 是啊，當然囉。 絕對美麗。 如此乾淨。 但這些巨大的尖刺， 然後我們就可以將這條優美、乾淨、漂亮的心電圖訊號疊加到該RGB影像資料上。 因此，你看到的是心電圖， 好吧，基本上，我相信那些山峰是對齊的，你不會不相信吧？ 這不錯吧？ 我想我們搞定那件事了。 不過有一個問題。 我們使用恆定的白光來照亮我的臉部， 但手錶使用的是閃爍的綠光。 燈為什麼在閃爍？ 他們想要點亮綠燈。 他們用其微小的一像素感測器進行測量。 然後當綠燈熄滅時， 他們隨後可以測量周圍的環境光。 讓我們假設最糟糕的情況。 你正置身於一家迪斯科舞廳。 迪斯科燈光閃爍不定。 他們不希望這件事分散他們測量時的注意力。 他們需要把那個閃爍的迪斯科燈去掉 因此，通過關閉那個綠色LED， 他們可以減去你周圍的恆定環境光。 此外，這些手錶還能測量您的呼吸頻率。 使用您的心率測量。 所以當你吸氣時，你的肺部自然會變大。 這意味著你胸腔內心臟所佔的空間會稍微變小。 因此，如果它想要每分鐘將相同體積的血液泵送至你的全身， 它必須稍微快一點。 你可以觀察心率隨時間的變化 這讓你能夠提取呼吸速率。 原來綠燈是用來這個的。 那是你的脈搏。 事實上，你的呼吸也正合拍。 但是紅燈呢？ 嗯，你可能以前見過其中一個。 這是一款指脈血氧儀，一種可夾在手指上的設備。 並測量您血液中的氧氣含量， 血液中含氧的飽和程度。 而且你的智慧手錶也在做同樣的事。 他們兩人都在紅光的幫助下進行。 他們使用紅燈的原因是因為 血液含氧量越高，顏色就越紅。 因此它會發出紅光照在你的身體上 並且有一個感測器，用來檢測有多少紅光被反射回來。 這些事物之間唯一的差異是 那是感測器位於光源的對側。 所以它正在檢測有多少光線穿過你的手指 與你手腕反射的光量相對。 而且你手腕中的血量 隨著心跳微微上下移動。 你會期望從感應器收到一個看起來有點像這樣的訊號。 因此，線越高，你的血液含氧量就越高。 線越低，血液的含氧量就越少。 但問題在於。 那條線也會隨著你靜脈的粗細而上下移動。 周圍有多少環境光。 你的皮膚怎麼這麼厚啊， 傳感器距離你的某條靜脈有多近。 所以實際上，根本無法查看這一行 並了解您血液中的氧氣含量。 那麼我們該怎麼解決呢？ 好吧，技巧在於使用另一盞顏色不同的燈。 事實上，它們差異如此之大，以至於你根本看不到。 這是紅外線。 那就是我一開始跟妳提到的那種看不見的光。 這段畫面來自紅外線攝影機。 所以你現在看到的閃爍燈光， 你無法用自己的眼睛看見。 這是血氧儀上的紅外線光。 你記得我說過，血液會變得更紅嗎 氧氣越多越好。 相反地，紅外線的情況則正好相反。 你的血液含氧量越高， 它所產生的紅外線就越少。 因此，如果你要繪製紅外線感測器所偵測到的影像， 它會在這裡攜帶缺氧的血液 而這裡是含氧血。 因此，如果你將兩次閱讀的內容合起來看， 這就是含氧血液的樣子。 然後當你慢慢從血液中移除氧氣時， 一條線會倒下 而另一個則會上升，直到它們交叉為止。 因此，現在你不必再擔心了， 你知道的，環境光， 傳感器在手腕上的位置是哪裡？ 所有那類東西。 因為你看，隨著這些外部因素 如同環境光變化一樣， 好吧，這兩條線上下移動。 但它們會一起上下移動。 兩條線的相對高度保持不變。 所以你測量的就是這件事。 這正是能告訴你的事情 你血液中的氧氣含量有多少。 那不是很聰明嗎？ 現在，由於血液通常含有百分之九十以上的氧氣， 並且由於氧合血液強烈吸收紅外線 使用紅外線手電筒和紅外線相機， 我們可以看到你的智慧手錶所看到的內容。 所以這就是你的智慧手錶所看到的 當它看向你的手腕時。 當然，這是一張一像素的圖片 你智慧手錶所看到的。 這裡有更多的像素 因此我們可以辨識出靜脈和動脈的細節。 那不是很酷嗎？ 但更令人驚奇的是， 看看我把它照進我頭裡會發生什麼事。 這簡直令人毛骨悚然。 最後，我和安德魯進行了一場非常廣泛的談話。 所以我已經把那些額外的鏡頭素材都整理好了 並轉化為給贊助者的特別影片。 請在描述中查看我的 Patreon 頁面連結。 這段影片的最後還有很多未採用的片段。 那就留下來看看吧。 我之前推薦過安德魯·斯蒂爾的影片。 如果你還沒看過他的頻道， 這是做這件事的完美時機。 他這段影片的後續影片 關於實證測試 這些不同的手錶品牌到底好不好？ 非常出色。 連結在描述中 而且也在卡片上。 猜猜郵件裡會有什麼？ 更多KiwiCo。 現在我正在聽你的腹部聲音。 我餓了，好嗎？ 他正在向我解釋我的飢餓感。 不是那種醫生。 不，不，但你有博士學位啊。 我有博士學位。 炫耀一下。 有時候我會收到一些人寄來的郵件，稱我為教授。 穆爾德教授 是的。 謝謝。 YouTube教授 當然可以，請提供您想要縮小的文本內容，我將為您精簡並保留原意。 因為這幾乎就像是…… 我的意思是，這不是浪費空間嗎？ 這將會很美，不是嗎？ 我的意思是，看看那些顏色。 只是，我的意思是，看起來糟透了。 喂，小精灵。 是的。 在影片中展示你的程式碼 只是在評論中要求代碼審查。 這簡直是一場噩夢。 這些被註解掉的廢話到底是什麼？ 你在做什麼？ 為什麼是我，我是說 我為什麼寫了所有這些函數 我根本不會立刻想到的？ 這是一張……的照片 這不是一張圖片，而是一張圖表。 我知道你是个書呆子，但那不是一張照片。 沒錯。 不過，那只是一個圖表而已。 我們現在看到的…… 所以你以非常穩定的速率奔跑。 我的意思是，我想大多數人都會這樣吧。 我不知道我是不是…… 我是终结者嗎？ 是的，確實如此。 我有點被你的機械化反應嚇到了。 這並非一個完全受控的實驗。 是的。 你剛才有一個嚇人的傢伙剛好在畫面外。 有。 我不知道為什麼會這樣 因為在你拍攝的時候，我猜。 所以啊，你當時在場才懂，對吧？ 是的。 我實在無能為力。 是的，那真的令人非常敬畏。