图像传感器进行非接触式呼吸侦测

摄影师：Pixabay，来自：Pexels

呼吸侦测常用来分析人体的生理状态、睡眠质量等应用，传统的呼吸侦测必须采用接触式设备，但容易造成测试者不适，并且易因身体的移动而脱落，造成使用上的不便。通过图像传感器的非接触式侦测，则可以避免这些问题。本文将为您介绍艾睿电子的呼吸侦测解决方案，提供您作为相关产品开发的参考。

非接触式侦测具有更佳的效能特性

呼吸是人类重要的生理信号，通过检测受测者的呼吸过程，可以反映出受测者的健康状态，搭配算法的分析，可以分析出受测者的身体状况、睡眠质量，也可以应用于检测驾驶的精神状态、诊断呼吸中止症，或是针对老年人、婴儿进行睡眠状态侦测，以便及早发现呼吸停止状态，避免意外的发生。

传统的呼吸侦测装置，必须连接到受测者的身上，这将会造成受测者的不适，也容易因为受测者翻身、身体动作太大而脱落，造成侦测失败。新型的呼吸侦测装置则可以采用图像传感器来拍摄受测者的图像，然后通过人工智能（AI）算法进行比对与分析，便可以侦测出受测者的呼吸状态，而避免掉接触式设备的缺点。

通过AI算法进行呼吸频率侦测

由艾睿电子推出的呼吸侦测解决方案，是利用最新的AI视频放大技术，可以放大人体的微动，例如胸口及腹部会因为呼吸而上下起伏，藉此可以计算出呼吸速率，该解决方案与香港第三方研究机构合作，使用OpenCV和TensorFlow Lite库进行AI算法，并搭配不同的供应商产品，包括NXP的AI平台、安森美半导体的摄像机、Murata的Wi-Fi模块等，构成完整的呼吸侦测解决方案。

此呼吸侦测解决方案会运用摄像机拍摄受测者，并进行运动放大的图像处理，可以判断出呼吸节奏的特征，它会放大胸部的上下微动，同时会进行场景状态定义，当出现“场景不稳定”时，则会停止检测，直到图像稳定且没有背景干扰或人体稳定为止，并可以调整阈值参数以对应不同的应用环境。

当受测者的图像稳定之后，会以AI算法搜索目标人体，仅计算该区域的运动状态，且提高呼吸速率侦测的信噪比，提升侦测准确性，并将人体运动的放大图像转换为图形，以实时查看运动水平，并根据阈值水平，计算出呼吸频率，此外也可以修改参数，以微调其他场景状态的特性。

这套呼吸侦测解决方案的硬件采用NXP i.MX 8M mini计算平台，它是由四核的ARM Cortex-A53和1个Cortex-M4以及GPU所组成，它支持AI TensorFlow Lite和OpenCV引擎，搭配将RGB摄像机子板插入I.MX开发工具套件中，图像信号经过AI图像算法处理，可测量出呼吸频率，其结果可以显示在支持HDMI接口的显示屏上，也可以通过WiFi无线传输发送到云中进行记录，以便供往后查看。

结语

传统的接触式呼吸侦测装置的缺点，都可以通过非接触式的图像侦测技术来改善，结合AI算法可以大幅的提升侦测的准确性，是当前最佳的呼吸侦测技术之一。艾睿电子针对呼吸侦测应用，提供了完整的软硬件参考设计，可以提供相关产品开发商参考，以加快产品的开发速度，尽快将产品推向市场。