Measuring the respiratory signal from a video based on body motion has been proposed and recently matured in products for video health monitoring. The core algorithm for this measurement is the estimation of tiny chest/abdominal motions induced by respiration, and the fundamental challenge is motion sensitivity. Though prior arts reported on the validation with real human subjects, there is no thorough/rigorous benchmark to quantify the sensitivities and boundary conditions of motion-based core respiratory algorithms that measure sub-pixel displacement between video frames. In this paper, we designed a setup with a fully-controllable physical phantom to investigate the essence of core algorithms, together with a mathematical model incorporating two motion estimation strategies and three spatial representations, leading to six algorithmic combinations for respiratory signal extraction. Their promises and limitations are discussed and clarified via the phantom benchmark. The insights gained in this paper are intended to improve the understanding and applications of camera-based respiration measurement in health monitoring.


翻译:以身体运动为基础的视频测量呼吸信号的建议已经提出,最近,在视频健康监测产品中已经成熟。这一测量的核心算法是估计呼吸引起的微小胸部/腹部运动,而基本的挑战则是运动敏感性。虽然先前的艺术报告了对真实人体主体的验证,但没有彻底/严格的基准来量化以运动为基础的核心呼吸算法的敏感性和边界条件,以测量视频框架之间的亚像素迁移。在本文中,我们设计了一个带有完全可控物理幽灵的设置,以调查核心算法的本质,同时设计一个数学模型,包括两个运动估计战略和三个空间表达,导致呼吸信号提取的六种算法组合。它们的承诺和限制通过幻影基准加以讨论和澄清。本文的见解旨在增进对基于相机的呼吸测量在健康监测中的了解和应用。

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