第五章 實驗結果
第三節 呼吸頻率計算分析
1 57 113 169 225 281 337 393 449 505 561 617 673 729 785 841 897 953 1009 1065 1121 1177 1233 1289 1345 1401 1457 1513
A
1 57 113 169 225 281 337 393 449 505 561 617 673 729 785 841 897 953 1009 1065 1121 1177 1233 1289 1345 1401 1457 1513
A
1 57 113 169 225 281 337 393 449 505 561 617 673 729 785 841 897 953 1009 1065 1121 1177 1233 1289 1345 1401 1457 1513
A E
64
表 5-15：正確率結果。
影片數 影像張數 正確率(fra) 正確率(seq) 只有嬰兒呼吸的影片 15 25135 76.02% 100%
除呼吸外還 具有其他外 力的影片
風扇吹拂 1 1821 96.16% 100%
吸吮奶嘴 3 2415 43.57 100%
翻身 3 3662 77.84 100%
Total 22 33033 73.37% 100%
100%。在除了嬰兒呼吸外還有其他外力造成 motion 的影片中，以 frame 數來計 算其平均正確率低於影像中只有嬰兒呼吸的影片，但以整段影片的結果來計算都 是 100%。總而言之，即使在整段影片中有少數張 frames 系統誤判，但還有許多 張 frames 可以彌補誤判情況，故若有窒息情況發生系統也能及時偵測出來。
接著，本研究以不同的實例來分析呼吸頻率計算，實例一為影像中只有嬰兒 呼吸的影片且其睡姿為仰睡；實例二為影像中只有嬰兒呼吸的影片且其睡姿為側 睡；實例三為影像中除了嬰兒呼吸外還有風扇吹拂；實例四為影像中除了嬰兒呼 吸外還有吸吮奶嘴；實例五為影像中除了嬰兒呼吸外還有翻身動作。
實例一：
圖 5.16：實例一影片中連續影像之範例。順序為由左至右，由上至下。
圖 5.17：圖 5.16 中影像進行呼吸偵測後之對應結果。
65
本例子的實驗對象為 3 個月的嬰兒，影片長度為 4 分 6 秒，影片類別為影像中只 有嬰兒呼吸的影片。圖 5.16 所示為影片中部份影像，圖 5.17 所示為圖 5.16 進行 呼吸偵測(包含呼吸點選取及呼吸頻率計算)後的對應結果。
圖 5.18：圖 5.1(a)影片中整合值前 5 大的呼吸點其呼吸頻率過程的範例。
100 2030 4050 60
1 39 77 115 153 191 229 267 305 343 381 419 457 495 533 571 609 647 685 723 761 799 837 875 913 951 989 1027 1065 1103 1141
respiration 1
0 10 20 30 40 50
1 39 77 115 153 191 229 267 305 343 381 419 457 495 533 571 609 647 685 723 761 799 837 875 913 951 989 1027 1065 1103 1141
respiration 2
0 10 20 30 40
1 39 77 115 153 191 229 267 305 343 381 419 457 495 533 571 609 647 685 723 761 799 837 875 913 951 989 1027 1065 1103 1141
respiration 3
0 10 20 30 40
1 39 77 115 153 191 229 267 305 343 381 419 457 495 533 571 609 647 685 723 761 799 837 875 913 951 989 1027 1065 1103 1141
respiration 4
0 10 20 30 40 50
1 39 77 115 153 191 229 267 305 343 381 419 457 495 533 571 609 647 685 723 761 799 837 875 913 951 989 1027 1065 1103 1141
respiration 5
原始頻率 整合頻率
66
由於呼吸點於不同時間可能會受到不同因素的影像，導致整合出的呼吸頻率 在相同時刻會因不同呼吸點而有些差異，如圖 5.18 所示，其中圖的橫坐標為連續 時間輸入的影像張數，縱座標為頻率值。該範例為圖 5.1(a)影片中整合值前 5 大 的呼吸點其呼吸頻率之結果。可明顯看出呼吸點於相同時間其呼吸頻率並不一 致，因此本研究將當下時間各呼吸點的頻率值選取眾數當作該時間系統輸出的呼 吸頻率值，將其結果標示在影像的左上方，如圖 5.19 所示。
圖 5.19：影像輸出頻率值之範例。
該實驗影片系統輸出的呼吸頻率值其結果如表 5-16 所示，影片總張數為 1162，而實際計算呼吸頻率的影像張數為 1151，其餘張數用來偵測 motion 以及 驗證候選點，而系統輸出呼吸頻率值為 20 共有 1042 張；輸出呼吸頻率值為 18 共有 101 張；輸出呼吸頻率值為 32 共有 18 張。此影片呼吸頻率的 ground truth 為 20，如圖 5.20 所示，橫座標為一分鐘的影像張數，縱座標為 intensity 值。若以 單張影像的結果來計算正確率為 90.53%，若以整段影片的結果來看，系統會把出 現最多次的呼吸頻率值 20 作為此影片的結果，因此正確率為 100%。
表 5-16：圖 5.1(a)影片的呼吸頻率正確率。
實例一 影像張數 呼吸頻率 正確率
1042 20
90.53%
101 18
18 32
Total 1151 20 100%
67
圖 5.20：實例一影片中整合值最大的呼吸點其 intensity 值變化情形的範例圖。
實例二：
本例子的實驗對象為 5 個月的嬰兒，影片長度為 5 分 31 秒，影片類別為影 像中只有嬰兒呼吸的影片其睡姿為側睡。圖 5.21 為影片中部份影像，圖 5.22 所 示為圖 5.21 進行呼吸偵測(包含呼吸點選取及呼吸頻率計算)後的對應結果。
圖 5.21：實例二影片中連續影像之範例。
圖 5.22：圖 5.21 中影像進行呼吸偵測後之對應結果。
該實驗影片系統輸出的呼吸頻率值其結果如表 5-17 所示，影片總張數為 1986，而實際計算呼吸頻率的影像張數為 1898，其餘張數用來偵測 motion 以及 驗證候選點。系統輸出呼吸頻率值為 28 共有 782 張；輸出呼吸頻率值為 29 共有 335 張；其餘呼吸頻率值共有 781 張。由於此影片的呼吸點大多落在嬰兒的手臂
0 20 40 60 80 100 120
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349
213,217
1 2 3
18 19 20
…
68
表 5-17：圖 5.1(c)影片的呼吸頻率正確率。
實例二 影像張數 呼吸頻率 正確率
782 28
66.91%
335 29 105 32
89 51
86 45
81 60
67 27
67 26
61 40
45 36
41 90
32 120
24 22
20 72
19 30
19 16
17 25
8 9
Total 1898 28 100%
上而不是嬰兒的胸腹部，距離心臟跳動的位置較遠，因此偵測到的呼吸頻率較易 受到外界影響導致此影片的誤差值眾多。此影片呼吸頻率的 ground truth 為 28，
如圖 5.23 所示，橫座標為一分鐘的影像張數，縱座標為 intensity 值。若以單張影
圖 5.23：實例二影片中整合值最大的呼吸點其 intensity 值變化情形的範例圖。
0 20 40 60 80 100 120 140 160
1 14 27 40 53 66 79 92 105 118 131 144 157 170 183 196 209 222 235 248 261 274 287 300 313 326 339 352
112,252
26 27 28 2 3
1 …
69
像的結果來計算(包含正負 2 之內的頻率值)正確率為 66.91%，若以整段影片的結 果來看，系統會把出現最多次的呼吸頻率值 28 作為此影片的結果，因此正確率 為 100%。
實例三：
本例子的實驗對象為 14 個月的嬰兒，影片長度為 5 分 33 秒，影片類別為影 像中除了嬰兒呼吸外還有風力造成的 motion。圖 5.24 為影片中部份影像，圖 5.25 所示為圖 5.24 進行呼吸偵測(包含呼吸點選取及呼吸頻率計算)後的對應結果。
圖 5.24：實例三影片中連續影像之範例。
圖 5.25：圖 5.24 中影像進行呼吸偵測後之對應結果。
該實驗影片系統輸出的呼吸頻率值其結果如表 5-18 所示，影片總張數為 1998，而實際計算呼吸頻率的影像張數為 1821，其餘張數用來偵測 motion 以及 驗證候選點，而系統輸出呼吸頻率值為 21 共有 1732 張；其餘呼吸頻率值共有 89 張。此影片呼吸頻率的 ground truth 為 21，如圖 5.26 所示，橫座標為一分鐘的影 像張數，縱座標為 intensity 值。若以單張影像的結果來計算正確率為 95.11%，若 以整段影片的結果來看，系統會把出現最多次的呼吸頻率值 21 作為此影片的結 果，因此正確率為 100%。
70
表 5-18：圖 5.1(b)影片的呼吸頻率正確率。
實例三 影像張數 呼吸頻率 正確率
1732 21
95.11%
35 66
19 23
14 25
12 40
9 43
Total 1821 21 100%
圖 5.26：實例三影片中整合值最大的呼吸點其 intensity 值變化情形的範例圖。
實驗四：
本例子的實驗對象為 3 個月的嬰兒，影片長度為 5 分 13 秒，影片類別為影 像中除了嬰兒呼吸外還有吸吮奶嘴造成的 motion。圖 5.27 為影片中部份影像，圖 5.28 所示為圖 5.27 進行呼吸偵測(包含呼吸點選取及呼吸頻率計算)後的對應結 果。
圖 5.27：實例四影片中連續影像之範例。
0 20 40 60 80 100 120
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349
165,105
1 2 3 … 19 20 21
71
圖 5.28：圖 5.27 中影像進行呼吸偵測後之對應結果。
該實驗影片系統輸出的呼吸頻率值其結果如表 5-19 所示，影片總張數為 1878，而實際計算呼吸頻率的影像張數為 1559，其餘張數用來偵測 motion 以及 驗證候選點，而系統輸出呼吸頻率值介於 26-30 共有 755 張；其餘呼吸頻率值共 有 804 張。雖然呼吸點皆位於嬰兒的胸腹部，但由於嬰兒身體傾斜所以衣服並不 平整有些皺褶，導致實際上位在嬰兒衣服皺摺處的呼吸點其偵測出的呼吸頻率並
表 5-19：圖 5.1(d)影片的呼吸頻率正確率。
實例四 影像張數 呼吸頻率 正確率
497 28
48.43%
260 31 220 32 153 30
92 40
51 24
48 27
48 72
42 51
35 26
26 90
22 29
19 60
16 25
14 120
9 6
7 12
Total 1559 28 100%
72
不穩定。此影片呼吸頻率的 ground truth 為 28，如圖 5.29 所示，橫座標為一分鐘 的影像張數，縱座標為 intensity 值。若以單張影像的結果來計算(包含正負 2 之內 的頻率值)正確率為 48.43%，若以整段影片的結果來看，系統會把出現最多次的 呼吸頻率值 28 作為此影片的結果，因此正確率為 100%。
圖 5.29：實例四影片中整合值最大的呼吸點其 intensity 值變化情形的範例圖。
實驗五：
圖 5.30：實例五影片中連續影像之範例。
圖 5.31：圖 5.30 中影像進行呼吸偵測後之對應結果。
本例子的實驗對象為 7 個月的嬰兒，影片長度為 4 分 8 秒，影片類別為影像 中除了嬰兒呼吸外還有翻身的動作。大動作的變換姿勢會造成系統回到初始狀態
0 50 100 150 200
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349
194,185
1 2 3
26 27 28
…
73
再重新開始偵測，圖 5.30 為影片中翻身前部份影像，圖 5.31 所示為圖 5.30 進行 呼吸偵測(包含呼吸點選取及呼吸頻率計算)後的對應結果。
翻身前實驗影片系統輸出的呼吸頻率值其結果如表 5-20 所示，影片總張數為 900，而實際計算呼吸頻率的影像張數為 840，其餘張數用來偵測 motion 以及驗 證候選點，而系統輸出呼吸頻率值 14 共有 611 張；其餘呼吸頻率值共有 229 張。
此段影片呼吸頻率的 ground truth 為 14，如圖 5.32 所示，橫座標為一分鐘的影像 張數，縱座標為 intensity 值。若以單張影像的結果來計算(包含正負 2 之內的頻率 值)正確率為 85.24%，若以整段影片的結果來看，系統會把出現最多次的呼吸頻 率值 14 作為此影片的結果，因此正確率為 100%。
表 5-20：實例五影片的呼吸頻率正確率。
實例五 影像張數 呼吸頻率 正確率
611 14
85.24%
58 16
55 18
47 15
39 23
27 17
3 45
Total 840 14 100%
圖 5.32：實例五影片中整合值最大的呼吸點其 intensity 值變化情形的範例圖。
0 20 40 60 80 100 120140 160 180
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349
175,390
1 2
3 … 12 13 14
74
嬰兒於 2 分 32 秒至 2 分 46 秒進行翻身動作，如圖 5.33 所示。此時呼吸頻率 停止計算，待 temporal difference 影像
D
Tt 中所有像素p
的值皆小於T '
時再重新開 始進行呼吸偵測，如圖 5.34 所示為翻身動作完成後的連續影像，圖 5.35 所示為 圖 5.34 進行呼吸偵測(包含呼吸點選取及呼吸頻率計算)後的對應結果。圖 5.33：實例五影片中嬰兒翻身動作之連續影像範例。
圖 5.34：實例五影片中連續影像之範例。
圖 5.35：圖 5.34 中影像進行呼吸點選取後之對應結果。
75
翻身後實驗影片系統輸出的呼吸頻率值其結果如表 5-21 所示，影片總張數為 492，而實際計算呼吸頻率的影像張數為 390，其餘張數用來偵測 motion 以及驗 證候選點，而系統輸出呼吸頻率值介於 11-15 共有 229 張；其餘呼吸頻率值共有 161 張。此段影片呼吸頻率的 ground truth 為 13，如圖 5.36 所示，橫座標為一分 鐘的影像張數，縱座標為 intensity 值。若以單張影像的結果來計算(包含正負 2 之 內的頻率值)正確率為 58.72%，若以整段影片的結果來看，系統會把出現最多次 的呼吸頻率值 13 作為此影片的結果，因此正確率為 100%。
表 5-21：實例五影片的呼吸頻率正確率。
實例五 影像張數 呼吸頻率 正確率
134 13
58.72%
80 15
66 16
62 10
33 9
15 12
Total 390 13 100%
圖 5.36：實例五影片中整合值最大的呼吸點其 intensity 值變化情形的範例圖。
0 50 100 150 200
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349
160,303
1 2 3
13 11
12
…
76