Correlation between measured stress and attention with thermal imaging techniques

Abstract

Thermal imaging techniques enable an easier way to detect interaction compared to RGB or depth cameras and are therefore more comprehensively used in Human Computer Interaction (HCI) as a sensory system enabling novel interactive systems with the help of computer vision techniques. This makes it possible to use a thermal camera which operates in the Far Infrared (FIR) spectrum for the processing of humans skin temperature which is indicative of stress and therefore suits for detecting stress. Stress is considered of being one major cause for several sicknesses. Human's health can suffer because of stress and this includes also one's performance. Stress can affect the attention to different tasks. The evolution of techniques especially the computer technology overwhelmed a lot of people with an increasing need for computers in every department of work. This enables multi-tasking with several tasks being done simultaneously quite easily but also enabling a surge of stress. Having several tasks simultaneously to do can affect the outcome of them because a lack of concentration can occur or attention to the important task drops because of stress. The correlation between stress and attention can be investigated and based on a positive relation between them one can point to stress decreasing mechanisms in the case of performance slumps. In this thesis we show that through thermal imaging techniques it is possible to detect objects of interest. We investigate how thermal cameras can be used for detecting one's stress and which areas of a human are suitable for measuring stress. We moreover discuss the relation between stress and attention. Based on this researches an application will be implemented which will be able to detect stress. Using this application in a user study, where subjects perform several different stress generating tasks, we examine how stress affects attention and vice versa. Furthermore some areas which could benefit from the examined stress and attention relation are named.

Wärmebildkameras machen es möglich Interaktionen einfacher als RGB Kameras zu erkennen und werden daher in der Mensch Computer Interaktion (HCI) als ein Sensorsystem benutzt, wodurch neuartige interaktive Systeme mit Hilfe von Computer Vision Techniken möglich werden. Dies macht es möglich eine Wärmebildkamera, die im fernen Infrarot Spektrum operiert, zu benutzen um die Hauttemperatur von Menschen zu verarbeiten, die hinweisend für Stress ist und daher gut zur Stresserkennung dient. Stress wird als eine der Hauptursachen für viele Krankheiten angesehen wobei dadurch die Gesundheit und Leistungsfähigkeit eines Menschen leiden kann. Stress kann die Aufmerksamkeit auf verschiedene Aufgaben beeinflussen. Die Technologieentwicklung, vor allem die der Computertechnologie, überforderte viele Menschen mit einem größeren Computerbedarf in allen Arbeitsbereichen. Das machte Multitasking auch am Arbeitsplatz leichter möglich. Diese Arbeitsweise kann aber durch einen Konzentrations- oder Aufmerksamkeitsverlust aufgrund von Stress das Ergebnis beeinflussen. Die Beziehung zwischen Stress und Aufmerksamkeit kann untersucht werden und bei einem positiven Ergebnis stressreduzierende Maßnahmen vorgeschlagen werden falls sich ein Leistungsabfall bemerkbar macht. In dieser Abschlussarbeit werden wir zeigen, dass es durch Wärmebildtechniken möglich ist gewünschte Objekte erkennen zu lassen. Wir werden untersuchen wie Wärmebildkameras benutzt werden können um Stress zu erkennen und welche Körperteile eines Menschen dafür geeignet sind. Darüber hinaus werden wir die Beziehung zwischen Stress und Aufmerksamkeit untersuchen. Basierend auf die Untersuchungen werden wir eine passende Applikation programmieren, die Stress erkennen kann. Diese Applikation wird in einer Nutzerstudie eingesetzt, in der die Teilnehmer viele verschiedene stresserzeugende Aufgaben bearbeiten um zu untersuchen wie Stress und Aufmerksamkeit zusammenhängen. Des Weiteren werden einige Anwendungsgebiete aufgezählt welche von den Ergebnissen profitieren können.