前景背景分離比對錯誤分析

i. 實驗目的

比較八部教學影片在前景與背景分離的比對結果正確率，並分析比對錯誤原 因與系統效能。

ii. 實驗規劃

將教學影片依不同教學環境分為六部黑板教學影片和兩部白板教學影片，根 據表 4-2 和表 4-3 的詳細資料，以漸進式的方法逐步分析在不同情況下之教學 影片：(1) 實作本研究所提出的方法，並以研究人員自行拍攝的實驗影片進行實 驗數據的分析；(2) 以實際不同教學現場所錄製的教學影片，進行實驗數據的分 析，並且與前一步驟的數據相互比較。

iii. 實驗評估方法

本研究使用𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛值和𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值評估實驗成效，如公式（12）和公式（13）

所示：

𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 = _𝐹^𝐹𝑐

𝑐+𝐹_𝑓 （12） 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 =_𝐹 ^𝐹𝑐

𝑐+𝐹𝑚 （13）

其中𝐹_𝑚值代表系統未擷取影像中的前景，如圖 4-1（a）所示；𝐹_𝑓值代表系統 將非前景的區域視為前景，如圖 4-1（b）和（c）所示；𝐹_𝑐值代表系統正確擷取

影像中的前景，如圖 4-2 所示。

（a）

（b） （c）

圖 4-1 前景背景分離錯誤的實驗結果（a）出現老師身體的任何部分（b）偵測結 果中找到粉筆字（c）偵測結果中找到黑板或白板

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iv. 實驗結果

此節的實驗結果將依據不同教學環境和攝影機數量進行討論，並逐一分析三 個階段的實驗流程。

(1) 測試影片分析

針對四部研究人員自行拍攝不同教學環境的測試影片進行數據分析，從表 4-5 的整體數據而言，測試影片的𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛值為 94%至 99%，整體平均值為

94.50%； 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值為 96%至 99%，整體平均值為 97.29%。

表 4-5 四部前景背景分離的測試影片結果

表 4-6 四部測試影片的單部攝影機和雙部攝影機𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值

影片名稱 實際畫面數量 𝐹_𝑐 𝐹𝑓 𝐹_𝑚 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙

video 1 1312 1297 70 15 94.88% 98.86%

video 2 1875 1811 90 64 95.27% 96.59%

video 3 1132 1122 59 10 95.01% 99.11%

video 7 636 618 5 18 99.20% 97.17%

Total 3955 3848 224 107 94.50% 97.29%

整體 單部(白) 單部(黑) 雙部(黑)

𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 97.29% 97.17% 97.52% 99.11%

根據第 4.1 節的說明，本研究著重在𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值的表現，因此以下將針對四部 測試影片在表 4-2 和表 4-3 的攝影機數量，並且對照表 4-5 的𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值進行數

據分析，結果如表 4-6 所示。藉由表 4-6 在黑板教學環境下的單部攝影機和雙部 攝影機數據，可以發現使用雙部攝影機的𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值高於單部攝影機，主要是因為

雙部攝影機的背景範圍比單部攝影機的背景範圍多一倍，因此容易將前景與背景 進行分離且有 99.32 的準確率。另外，藉由表 4-6 在不同教學環境下的單部攝影 機數據，可以發現不論是在何種教學環下所錄製的教學影片，其前景背景分離的 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值無明顯差別，皆有 97%的準確率。最後，本研究不論是使用單部攝影機 或雙部攝影機錄製測試影片，在前景背景分離的整體𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙平均值有達到 97.29%

的準確率。

(2) 測試影片與課堂錄影的數據分析與比較

此階段主要是將四部研究人員自行拍攝的測試影片與四部實際教學環境的 課堂錄影，進行前景背景分離的數據分析與比較。從表 4-7 的整體數據而言，測 試影片的𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛值為 94%至 99%而整體平均值為 94.50%， 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值為 96%至 99%而整體平均值為 97.29%；課堂錄影的𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛值為 90%至 93%而整體平均 值為 91.99%， 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值為 90%至 94%而整體平均值為 92.46%。

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根據第 4.1 節的說明，本研究著重在𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值的表現，但是𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛值仍有

維持在 90%以上，因此以下將針對測試影片與課堂錄影在表 4-2 和表 4-3 的單 部特性，並且對照表 4-7 的𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值進行數據分析，結果如表 4-8 所示。

藉由表 4-8 在黑板與白板教學環境下的單部攝影機數據，可以發現測試影 片的𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值都高於課堂錄影的𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值，主要是因為測試影片是由研究人員自

行拍攝，因此在拍攝時的角度或距離、光線的干擾或者諸如此類的外在條件變化，

研究人員可以自行控制，讓錄製的測試影片合乎預期；然而，課堂錄影的教學影 片要符合實際上課情形，因此研究人員無法自行控制，錄製時所發生不可預期的 影響，造成課堂錄影的教學影片無法有效地將前景與背景分離。

另外，藉由表 4-8 在不同教學環境下課堂錄影的單部數據，可以發現黑板的 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值高於白板的𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙值教學影片，主要原因是黑板本身的顏色為深綠色，

而白板本身的顏色卻是白色，因此在教室燈光的照射下黑板比白板不容易反光，

導致部分範圍的亮度或對比度不同。

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