Vital Sign Monitoring in Dynamic Environment via mmWave Radar and Camera Fusion

计算机科学 雷达 计算机视觉 遥感 融合 传感器融合 雷达成像 符号(数学) 人工智能 实时计算 电信 地质学 数学分析 语言学 哲学 数学
作者
Yingqi Wang,Zhongqin Wang,J. Andrew Zhang,Haimin Zhang,Min Xu
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:23 (5): 4163-4180 被引量:59
标识
DOI:10.1109/tmc.2023.3288850
摘要

Contact-free vital sign monitoring, which uses wireless signals for recognizing human vital signs (i.e, breath and heartbeat), is an attractive solution to health and security. However, the subject’s body movement and the change in actual environments can result in inaccurate frequency estimation of heartbeat and respiratory. In this paper, we propose a robust mmWave radar and camera fusion system for monitoring vital signs, which can perform consistently well in dynamic scenarios, e.g., when some people move around the subject to be tracked, or a subject waves his/her arms and marches on the spot. Three major processing modules are developed in the system, to enable robust sensing. First, we utilize a camera to assist a mmWave radar to accurately localize the subjects of interest. Second, we exploit the calculated subject position to form transmitting and receiving beamformers, which can improve the reflected power from the targets and weaken the impact of dynamic interference. Third, we propose a weighted multi-channel Variational Mode Decomposition (WMC-VMD) algorithm to separate the weak vital sign signals from the dynamic ones due to subject’s body movement. Experimental results show that, the 90th percentile errors in respiration rate (RR) and heartbeat rate (HR) are less than 0.5 RPM (respirations per minute) and 6 BPM (beats per minute), respectively.
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