遠距離測量動物的心率和呼吸頻率可以保證動物和人類的安全。
幾年前，南澳大學(University of South Australia)的遙感工程師賈萬·查爾(Javaan Chahl)一邊喝咖啡，一邊研究生命體徵。具體來說，他和他的幾個同事正在討論如何使用攝像機來精確測量人們的呼吸和心率。工程師們相信他們能製造出這樣一種工具，但對它的應用前景不是很確定。畢竟，有人開玩笑說，當醫生給人們戴上聽診器時，他們是不會咬人的。
但這一評論讓查爾想到:許多動物確實會咬人，這就是為什麼研究人員和獸醫經常在記錄動物的生命體徵之前要誘捕或麻醉它們。查爾聯繫動物園管理員瞭解到，對動物進行基本的健康檢查——通過捕獲和控制或者用麻醉槍射擊——確實會對動物導致壓力甚至傷害，這“實際上是相當大的事情”。飼養員還告訴他，他們非常歡迎一種能夠遠程、非侵入性地讀取動物生命體徵的技術。
受到這些對話的啟發，查爾和他的同事們構建了一個原型設備，包括一個高分辨率的數碼攝像機，一個長焦鏡頭和一個他們在計算軟件MATLAB中編寫的信號處理程序。該程序分析傳入的圖像，以確定動物的呼吸和心率，其依據是一些微小的變化，如胸部的擴張和整個身體所表現的較小而有節奏的運動。
去年12月，澳大利亞阿德萊德動物園(Adelaide Zoo)的《傳感器》(Sensors)雜誌報道稱，研究人員成功地在10個物種上測試了這種方法，包括獅子、熊貓、蘇門答臘虎、猩猩和小藍企鵝。查爾相信這種方法幾乎可以用於任何物種，包括非常小的物種。他說:“與雷達或熱像機相比，光學成像的好處在於，你可以通過只改變鏡頭，就可以大到觀察月球或小到觀察細菌。”他指出，海龜可能是個例外，因為它們胸腔藏在殼裡。
基於光學圖像的另一個優勢是它的高分辨率，這使得查爾和他的同事可以在10到130英尺遠的地方監視動物。他們編寫的計算機程序可以過濾掉動物自然運動產生的大部分“噪音”，但如果一個動物在跑步，這個程序就不起作用了。它在明亮、直接的光線下，從上方或側面傾斜時效果最好。查爾說:“想象一下，一張非常糟糕的自拍照會暴露出你所有的缺點。所以那就是技巧發揮最佳效果的時候。”
英國普利茅斯大學(University of Plymouth)雷達與電信專業的講師克里斯托弗·萊弗斯(Christopher Lavers)沒有參與這項研究，但他同意新方法可以提高動物和人類的安全性。他回憶起他使用其他一些技術檢查動物生命體徵時的幾次死裡逃生。舉個例子，當萊弗斯試圖使用一個熱成像相機——它的分辨率很低，而且需要靠近拍攝對象——通過籠子的柵欄來監視一隻老虎時，動物園的工作人員必須仔細觀察，以確保這隻動物不會從他身上跑過去抓他。還有一次，他不得不進入水牛的圍欄來使用他的設備，因為太過於專注他的熱成像工作，所以好一會兒才反應過來“馬上出去！”是針對他的。
萊弗斯說，有一種方法可以在安全的距離之外對野生動物進行準確的、非侵入性的健康測量，“為做以前不能做的事情打開了一扇全新的門。”
接下來，查爾計劃走出動物園，在野生動物種群上測試他的方法，看看它是否能成為一種潛在的保護工具。他還可以想象人類對這項技術的應用。例如，在機場，它可以用於在疾病爆發期間對乘客的呼吸和心率進行大規模健康篩查 。在新生兒病房裡，它有可能成為電極的替代品，電極通常貼在新生兒嬌嫩的皮膚上，很容易造成輕微傷害。人們也可能希望在家裡、養老中心或健身房安裝被動健康和健身監測器等設備。
查爾說:“能夠做到這一點的相機已經出現很長時間了，但是在此之前沒有人嘗試過。如果我們足夠仔細、足夠近、足夠長時間地觀察，許多微妙的運動和變化都是可以被探測到的，而這些變化預示著生命體徵的變化。”
參考：
A Pilot Study for Estimating the Cardiopulmonary Signals of Diverse Exotic Animals Using a Digital Camera. NCBI 2019
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