열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 :Respiration measurement using thermal camera

권준환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권준환 (연세대학교, 연세대학교 대학원)

지도교수: 유선국

발행연도: 2018

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

열화상 카메라를 이용한 움직임 보정 기반 호흡 수 계산

권준환 , 신증수 , 김정민 외 2명 멀티미디어학회논문지 2018.09 학술저널

열화상 카메라를 이용한 호흡 측정

권준환 2018.01 학위논문

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국 문 요 약

열화상 카메라를 이용한 호흡 측정

본 논문에서는 열화상 카메라를 사용하여 호흡을 측정할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 움직이는 대상자에게서 열화상 카메라를 이용하여 빠른 호흡, 느린 호흡, 깊은 호흡, 얕은 호흡 등 다양한 호흡의 양과 호흡의 수를 측정할 수 있다. 열화상 카메라로 대상자의 호흡 관련 영역의 온도를 측정 하며, 추적 및 정렬 과정을 통하여 움직임을 보정한 후, 호흡 계산영역의 온도변화량을 시간 축으로 적분하여 호흡량을 구한다. 계산된 호흡량에 적절한 역치를 사용하여 호흡수를 구한다. 분당 호흡량 호흡수를 계산하기 위하여 호흡 인덱스를 고 해상도로 변경하여, 안정적인 분당호흡량, 분당 호흡수를 구하게 된다. 이 본 논문에서 개발한 알고리즘의 특징으로는 추적을 위하여, 이상치를 포함한 수술환경에서의 이미지 변환 전처리 방법, Lucas-Kanade-Tomasi 특징점 추적 방법을 통해 환자의 큰 움직임을 보정하고, 블록 매칭 방법을 통해 미세한 움직임을 정렬하는 방법, 노이즈 및 안정적이지 않은 호흡신호에서 연속 웨이블릿 변환을 통하여 호흡파형을 추출하는 방법, 온도변화량으로부터 호흡량을 계산하는 방법, 온도변화량으로부터 호흡수를 계산하는 방법, 분당호흡량의 계산을 위하여 호흡 인덱스를 보정하는 방법이 있다. 본 논문에서는 실제 호흡량과 호흡수가 정확히 측정되었는지 확인하기 위하여 임피던스 볼륨 미터(RVM)과 산소 포화도(Sp02)를 동시에 측정하여 비교 분석을 하였다. 분석 결과 열화상 카메라를 이용한 호흡량, 호흡수 측정 결과는 비교 대상과 유사한 값과 경향을 나타내는 것을 확인 하였다. 호흡 수의 경우에는 단순 회귀 분석 결과로 상관계수가 0.8849 로 계산되었다. 따라서, 열화상 카메라를 사용하여 비접촉적인 방법으로 호흡량과 호흡수를 계산 할 수 있음을 확인하였다.

핵심 되는 말 : 열화상카메라, 호흡량, 호흡수, 호흡 파형, 비접촉, 연속 웨이블릿 변환

ABSTRACT

Respiration Measurement using Thermal Camera

Kwon, Jun Hwan
Graduate program in
Biomedical Engineering
The Graduate School
Yonsei University

In this paper, we developed an algorithm that can measure respiration using a thermal camera. The moving subject can use an thermal camera to measure respiration volume and respiration rate including fast breathing, slow breathing, deep breathing, shallow breathing. The temperature of the subject''s respiration-related area is measured with a thermal camera, the movement is corrected through tracking and alignment process, and respiration volume is obtained by integrating the temperature change on the time axis. The respiration rate is obtained using the appropriate threshold value for the calculated respiration volume. To calculate the respiration per minute, the respiration index is changed to high resolution, and stable respiration volume per minute and respiration rate per minute are obtained. The characteristics of the algorithm developed in this paper include, for tracking, correcting large movements of the patient by using Lucas-Kanade-Tomasi feature point tracking method, image conversion preprocessing method in the surgical environment including outlier, and block matching method to align fine movements, extracting filtered respiration waveform through continuous wavelet transform in noise and unstable raw respiration signals, calculating respiration volume from temperature change, calculating respiration rate from temperature change and method to calculate the respiration per minute. In this paper, impedance volume meter (RVM) and oxygen saturation (Sp02) were measured at the same time As a result of the analysis, it was confirmed that the results of respiration volume and respiration rate using the thermal camera showed similar values and trends. In the case of respiration rate, the correlation coefficient was 0.8849 as a result of simple regression analysis. Therefore, it was confirmed that the respiration volume and respiration rate can be calculated by non - contact method using a thermal camera.

Keywords : Thermal Camera, Respiration Volume, Respiration Rate, Non-contact, Continuous Wavelet Transform.

#열화상카메라 #호흡량 #호흡수 #호흡파형 #비접촉 #연속 웨이블릿 변환 #Thermal Camera #Resporation Volume #Respiration Rate #Non-contact #Continuous Wavelet Transform

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