कैमरे से पल्स: PPG, ईमानदारी से समझें

अपने फोन के कैमरे और टॉर्च को उंगली के पोर से ढकें, और स्क्रीन पर एक गहरा, चमकता हुआ लाल रंग दिखाई देने लगेगा। वह लाल रंग टॉर्च की वही रोशनी है जो सेंसर तक पहुँचने से पहले आपकी उंगली के आर-पार — त्वचा, ऊतकों और रक्त से होकर — गुज़री है। और यह स्थिर नहीं रहती। हर धड़कन के साथ, उंगली के पोर की वाहिकाओं में थोड़ा और रक्त धकेला जाता है; रक्त प्रकाश को सोख लेता है; इसलिए हर धड़कन के साथ, थोड़ा कम प्रकाश आर-पार जा पाता है। वह चमक आपकी पल्स के साथ-साथ धीमी और तेज़, धीमी और तेज़ होती रहती है।

यही फोटोप्लेथिस्मोग्राफी — PPG — है, वही सिद्धांत जो नर्स द्वारा आपकी उंगली पर लगाई जाने वाली क्लिप और स्मार्टवॉच के पीछे की हरी LED के पीछे काम करता है। "Photo" प्रकाश के लिए, और "plethysmography" मात्रा में बदलाव को मापने के लिए। Pulse टूल इसका ट्रांसमिशन वर्शन इस्तेमाल करता है: ऊतक के एक तरफ टॉर्च, दूसरी तरफ कैमरा, और सिग्नल उनके बीच से गुज़रने वाले प्रकाश का लयबद्ध मॉड्यूलेशन होता है। यह दो चीज़ें रिपोर्ट करता है: प्रति मिनट बीट्स में एक दर, और यह कि पल्स सिग्नल वास्तव में कितना मजबूत था। यह कभी भी किसी निदान की रिपोर्ट नहीं देता।

आखिर इस बेहद कमज़ोर सिग्नल को रिकवर करना कैसे संभव हो पाता है

ट्रांसमिट होने वाले प्रकाश में पल्स के कारण होने वाला बदलाव बहुत कम होता है — एक बड़े स्थिर स्तर पर सवार, कुछ प्रतिशत या अक्सर उससे भी कम का मॉड्यूलेशन। इसे रिकवर करना इस बात पर निर्भर करता है कि बाकी सब कुछ बिल्कुल स्थिर रहे, और यहीं पर प्लेटफ़ॉर्म का सामान्य कैप्चर अनुशासन असली काम करता है।

पहला, टॉर्च। यहाँ मायने रखने वाला यह एकमात्र प्रकाश स्रोत है, और यह एक ज्ञात स्रोत है: उंगली के सामने निश्चित स्थिति, निश्चित आउटपुट, और पूरे कैप्चर के दौरान चालू। माप का प्रकाश वाला हिस्सा स्थिर रहता है, इसलिए सेंसर को मिलने वाले प्रकाश में कोई भी आवधिक बदलाव बीच के माध्यम के कारण ही होना चाहिए। आस-पास की रोशनी न के बराबर अंदर आती है — लेंस पर दबी हुई उंगली का पोर अधिकांश रोशनी को बाहर ही रोक देता है, और जो थोड़ी-बहुत अंदर लीक होती है, वह आवधिक होने के बजाय स्थिर होती है।

दूसरा, कैमरा खुद को ढालना बंद कर देता है। फोन के कैमरे का डिफ़ॉल्ट व्यवहार ठीक उसी सिग्नल के खिलाफ काम करना है जिसे हम पाना चाहते हैं: ऑटो-एक्सपोजर देखता है कि फ्रेम थोड़ा धुंधला हो रहा है और उसकी भरपाई के लिए गेन को बढ़ा देता है; ऑटो-व्हाइट-बैलेंस लाल रंग की बाढ़ का अंदाज़ा लगाते हुए फ्रेम के रंग को दोबारा बदल देता है। इनमें से कोई भी गतिविधि कुछ प्रतिशत के शारीरिक मॉड्यूलेशन को कुछ प्रतिशत के सॉफ्टवेयर सुधार से ओवरराइट कर देती है। इसलिए Pulse टूल कैप्चर की अवधि के लिए AE और AWB को लॉक कर देता है — फ्रेम को एक निश्चित पैमाने पर मापा जाता है, और बदलने के लिए केवल प्रकाश ही बचता है। यही वह नियम है जो परावर्तकता और पारभासकता टूल्स को काम करने में मदद करता है, और यह टैप टेस्ट के अनप्रोसेस्ड-ऑडियो पाथ का ऑप्टिकल विकल्प है: अतिरिक्त मदद को बंद करें, भौतिकी को अपना काम करने दें।

वहाँ से आगे का विश्लेषण फ्रेमों का औसत निकालकर उन्हें समय के साथ चमक के ग्राफ में बदलने, संभावित सीमा में मुख्य आवधिकता का पता लगाने, और — उतना ही महत्वपूर्ण — यह मापने के बारे में है कि उस आवधिकता द्वारा वास्तव में ग्राफ की कितनी ऊर्जा को स्पष्ट किया जा सकता है। वह आखिरी संख्या सिग्नल की ताकत का संकेत है जिसे दर के साथ रिपोर्ट किया जाता है। उंगली का एक स्थिर, मजबूती से टिका पोर एक मजबूत, साफ ऑसिलेशन देता है; जबकि कांपती हुई पकड़, ठंडी उंगली या आधा ढका हुआ दबाव एक कमज़ोर ऑसिलेशन देता है। टूल आपको बताता है कि आपको क्या मिला है, ताकि कम विश्वसनीयता वाली रीडिंग पर भरोसा करने के बजाय उसे खारिज किया जा सके। सब कुछ डिवाइस पर चलता है; कोई भी फ्रेम फोन से बाहर नहीं जाता है।

भौतिकी को नहीं पता कि यह एक उंगली है

यही वह बात है जो Pulse को केवल दिल की धड़कन मापने वाले एक साधारण ऐप से कहीं बढ़कर बनाती है: इस माप में कुछ भी उंगलियों तक सीमित नहीं है। यह टूल लेंस के सामने दबाए गए किसी माध्यम द्वारा ट्रांसमिट होने वाली रोशनी के आवधिक मॉड्यूलेशन को मापता है। उंगली का पोर इसलिए उपयुक्त है क्योंकि उसमें रक्त की मात्रा पल्स करती है। लेकिन ऐसा हर उस चीज़ के साथ है जो पल्स करती है।

किसी छोटे पंप की मुलायम ट्यूब के एक हिस्से को लेंस और टॉर्च के सामने दबाएं, और हर पंप चक्र तरल की मात्रा को बदल देता है — और इस तरह अवशोषित होने वाले प्रकाश को भी — ठीक उसी तरह जैसे दिल की धड़कन करती है। यह टूल पंप के चक्र की दर को उसी तरह पढ़ता है जैसे यह पल्स को पढ़ता है। कुछ जगहों पर यह वास्तव में उपयोगी साबित होता है:

• एक्वेरियम लाइनें — एक डोजिंग या एयर पंप जिसकी दर को आप बिना कुछ खोले या यूनिट के डायल पर भरोसा किए बिना सत्यापित करना चाहते हैं।
• सिंचाई प्रणालियाँ — यह पुष्टि करना कि कोई पल्स-आधारित ड्रिप लाइन वास्तव में उसी दर पर चल रही है जिसका दावा कंट्रोलर करता है, पाइपलाइन के उस अंतिम छोर पर जहाँ यह सबसे अधिक मायने रखता है।
• कोई भी छोटा पंप — आज की दर की तुलना उस समय की दर से करना जब वह नया था। हर महीने आपके कैटलॉग में एक ही वस्तु के तहत दर्ज किया गया माप "क्या आपको इसकी आवाज़ कुछ अलग लग रही है?" जैसे सवाल को एक स्पष्ट ट्रेंड लाइन में बदल देता है।

यह व्यापकता टूल को बेवजह खींचना नहीं है; बल्कि यह विषय के बारे में पहले से कुछ मान लेने के बजाय माध्यम को मापने की विशेषता है। दर की रीडिंग इस बात से बेपरवाह होती है कि लय किसने पैदा की — यही वजह है कि, चिकित्सा के संदर्भ में, यह हमेशा केवल एक संख्या ही हो सकती है, और प्लंबिंग के संदर्भ में, यह एक बेहतरीन उपकरण है।

दर किस काम आती है, ईमानदारी के साथ

चूंकि आउटपुट एक दर के साथ-साथ एक विश्वसनीयता है, इसके सही उपयोग वही हैं जिन्हें कोई दर वास्तव में सपोर्ट करती है। उत्सुकतावश दौड़ने से पहले और बाद में अपनी रेस्टिंग रेट की जांच करना। यह सत्यापित करना कि कोई पंप चल रहा है, और कितनी तेजी से। हफ्तों तक किसी मशीन की लय में आने वाले बदलाव को देखना। हर माप को उस वस्तु के तहत सहेजा जा सकता है जिससे वह संबंधित है — कोई व्यक्ति कैटलॉग वस्तु नहीं है, लेकिन एक पंप है, और केवल उत्सुकता वाली मापों के लिए बिना असाइन की गई कैप्चर भी ठीक काम करती है — और प्रत्येक को बाद में ग्राउंड-ट्रुथ लेबल दिया जा सकता है, ठीक वैसे ही जैसे अन्य सभी टूल्स के साथ होता है: वह पंप जो वास्तव में खराब हो रहा था, वह पाइपलाइन जो वास्तव में अवरुद्ध थी। यह प्लंबिंग पर लागू डेटासेट फ्लाईव्हील है।

ये माप किसी भी डायग्नोस्टिक काम के लिए अच्छे नहीं हैं, और टूल का डिज़ाइन यही दिखाता है: यह प्रति मिनट बीट्स और सिग्नल की ताकत रिपोर्ट करता है, और वहीं रुक जाता है। कोई ज़ोन नहीं, कोई चेतावनी नहीं, कोई वेलनेस स्कोर नहीं। यह संयम ही इसकी विशेषता है। एक ऐसा नंबर जिस पर आप उसके वास्तविक रूप के लिए भरोसा कर सकें, उस फैसले से बेहतर है जिस पर आप भरोसा नहीं कर सकते।

एक तरकीब, कई उपकरण

पल्स उन टूल्स के एक छोटे परिवार से संबंधित है जो एक नियंत्रित ऑप्टिकल उपकरण बनाने के लिए टॉर्च को AE/AWB-लॉक कैमरे के साथ जोड़ते हैं — इसके अन्य संस्करण अलग-अलग सवालों को हल करने के लिए उसी रोशनी और उसी लॉक्ड डिटेक्टर के साथ सतह की परावर्तकता और पारभासिता को मापते हैं। और यह परिवार अपने आप में फोन के सेंसर को सुविधा के बजाय उपकरणों के रूप में मानने के बड़े प्रोजेक्ट की एक शाखा है। इस पूरे क्षेत्र के मानचित्र के लिए, टूल्स के अवलोकन से शुरुआत करें।