Un sistema permite detectar caídas procesando en tempo real vídeos de cámara simple

Nunha sociedade cada vez máis envellecida e que busca unha maior calidade de vida, a monitorización de anciáns e pacientes no fogar é un fenómeno crecente. Cada día son máis as persoas demandantes deste tipo de servizos e cada día son máis as entidades e dispositivos que intentan dar resposta a esta necesidade. Para contribuír ao avance neste eido, na súa tese de doutoramento o enxeñeiro de sistemas boliviano Jesús Darío Romero desenvolveu un sistema que permite a detección de caídas de persoas no fogar grazas ao procesamento en tempo real de vídeos de cámara simple.

A tese, desenvolvida entre os anos e 2015 baixo a dirección dos docentes María José Lado e Arturo José Méndez Penín, foi presentada na Escola Superior de Enxeñaría Informática do campus de Ourense co título An indoor fall detection system for patients and elders. “O tema foi escollido pensando en axudar a pacientes con problemas neurolóxicos, como párkinson, polineuropatía ou epilepsia, e anciáns, debido á frecuencia e á gravidade das caídas no seus casos”, explica Romero Ávila, que actualmente traballa na Axencia Boliviana Espacial. Con esta idea, o investigador buscou o desenvolvemento dun sistema de monitorización que puidese alertar ao persoal especializado pertinente en cada caso da ocorrencia da caída dun paciente ou ancián para a súa pronta atención. Buscando que o sistema fose o máis accesible posible, partiu de vídeos de cámara simple, sen audio.

Novos algoritmos

Durante a investigación, o xa doutor deseñou un sistema informático que identifica o fondo da escena, detecta os obxectos nela, fai seguimento á persoa na escena, detecta a súa caída e emite unha alerta cando se produce ese percance. O resultado é un sistema formado por dúas aplicacións: un detector de caídas e un programa supervisor que se encarga de recibir notificacións sobre as mesmas. Para construír o sistema, resume Jesús Darío Romero, definiuse o espazo de cor LRGB, para identificar diferenzas entre o fondo calculado e a imaxe actual, e desenvolvéronse algoritmos de umbralización de cor multinivel, para identificar as cores predominantes na imaxe; algoritmos de detección de caídas e algoritmos de detección do paciente empregando a súa roupa.

“O algoritmo de detección de caídas ten catro pasos para procesar cada cadro de vídeo: modelado do fondo, detección de obxectos, seguimento de obxectos e detección de caídas”, explica o enxeñeiro de sistemas. Froito destes pasos xérase unha imaxe na que se indica a área considerada como sombra ou artefacto de iluminación, a área da persoa e a área correspondente á cabeza. Tamén se xera unha imaxe coa silueta da persoa. A detección de caídas, comenta Romero Ávila, realízase en cada cadro de vídeo utilizando os datos de desprazamento desde 0,63 segundos anteriores ao cadro de vídeo actual. Como as caídas xeralmente duran arredor dun segundo, indica, xéranse múltiples eventos “caída detectada”. Despois de que remate a secuencia, o programa envía o vídeo do percance ao programa supervisor, que produce un sinal audible e permite observar o vídeo. Durante a súa investigación tamén desenvolveu a opción de detectar ao paciente empregando a súa roupa grazas á umbralización de cor multinivel, unha posibilidade que pode ser empregada, indica, cando a cor da roupa é uniforme, como no caso de batas de hospital.

Con fiabilidade

Segundo os datos recollidos na tese de doutoramento, para o algoritmo de detección de caídas obtívose unha sensibilidade, indicador de en que medida as caídas son detectadas como caídas polo sistema, do 84,7% e unha especificidade, indicador de en que medida os outros eventos marcados no vídeo son detectados como outros eventos polo sistema, do 91,4%. O algoritmo de detección de caídas é aplicable principalmente a caídas que ocorren cando a persoa se atopa de pé ou camiñando, sendo a sensibilidade alcanzada do 84,7%. Estas porcentaxes son menores ás obtidas con outros métodos que poden incluír información do piso, información 3D, acelerómetros e xiroscopios. “Porén, a vantaxe do sistema proposto consiste en que a detección realízase unicamente con vídeo e non require dispositivos adicionais”, recalca o doutor.

As principais achegas da tese, resume o seu autor, “son a definición do espazo de cor LRGB, a umbralización de cor multinivel, o modelado do fondo, a detección de obxectos e o algoritmo de detección de caídas”. Sobre a súa relevancia, o investigador sinala que o espazo de cor LRGB permite realizar novas formas de procesar imaxes, xa que é posible escalar a luminosidade e as cores por separado; que a umbralización de cor multinivel permite realizar unha clasificación simple de obxectos do fondo e que o algoritmo de modelado do fondo permite atopar o fondo en vídeos onde hai movemento de obxectos na escena e pode ser aplicado para fondos relativamente estables.