I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   39 ,   No .   1 J u l y   2 0 2 5 ,   p p .   669 ~ 6 8 0   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 39 .i 1 . pp 669 - 6 8 0          669     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   No n - co ntact  brea thing ra te  mo nito ring  using  inf ra r e thermog ra phy  and ma chine l ea rni ng       Ana dy a   G hin a   Sa ls a bil a 1 ,   Ra chm a d Set ia wa n 1 ,   Na da   F it riey a t ul H ikm a h 1 ,   Z a in B ud i   Sy ultho ni 2   1 D e p a r t me n t   o f   B i o m e d i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   I n t e l l i g e n t   El e c t r i c a l   Te c h n o l o g y   a n d   I n f o r m a t i c s,     I n st i t u t   Te k n o l o g i   S e p u l u h   N o p e m b e r   ( I TS) ,   S u r a b a y a ,   I n d o n e s i a   2 M e d i c a l   P r o f e s si o n   S t u d y   P r o g r a m,  F a c u l t y   o f   M e d i c i n e   a n d   H e a l t h ,   I n st i t u t   Te k n o l o g i   S e p u l u h   N o p e m b e r   ( I TS) ,   S u r a b a y a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   9 2 0 2 4   R ev is ed   Mar   13 2 0 2 5   Acc ep ted   Mar   26 2 0 2 5       M o n i t o r i n g   v i ta p h y si o l o g ic a p a ra m e t e rs   s u c h   a s   b re a t h i n g   ra t e   (B R)  is   c ru c ia l   f o r   a s se ss i n g   p a t ie n t   h e a lt h .   H o w e v e r ,   c u r re n t   c o n t a c t - b a se d   m e a su re m e n t   m e t h o d s   o f te n   c a u s e   d i sc o m f o rt ,   p a r ti c u lar l y   i n   in fa n ts   o r   b u r n   p a ti e n ts .   T h is   s t u d y   a im s   t o   d e v e l o p   a   non - c o n tac t   s y s tem   f o r   m o n i to r in g   BR   u s i n g   i n f ra r e d   t h e r m o g ra p h y   ( IR T) .   T h is   a p p r o a c h   p e rm i ts   t o   d e tec t s   a n d   trac k s   t h e   n o s e   f r o m   t h e rm a v i d e o ,   e x t ra c ts  tem p e r a t u r e   v a r ia ti o n i n t o   a   b re a t h i n g   s i g n a l ,   a n d   p r o c e s se t h is  s i g n a to   e s ti m a te   B R.   T h e   e s ti m a t e d   BR   is   th e n   c la ss if ie d   i n t o   t h re e   h e a l t h   c a te g o r ies   ( b ra d y p n e a / n o rm a l/ t a c h y p n e a u s i n g   k - n e a re s t   n e i g h b o rs   ( k - NN ) .   T o   e v a l u a te  s y ste m   a c c u ra c y   a n d   ro b u s t n e ss ,   e x p e rime n ts   we re   c o n d u c te d   u n d e r   t h re e   c o n d i ti o n s :   ( i )   sta ti o n a r y   b re a t h i n g ,   ( ii )   b re a t h i n g   w it h   h e a d   m o v e m e n t s,   a n d   ( ii i )   s p e c if ic   b re a t h i n g   p a tt e r n s .   Re s u lt s   d e m o n st ra te d   h ig h   c o n sis te n c y   w it h   c o n tac t - b a se d   p h o t o p let h y s m o g ra p h y   ( P P G )   m e a su re m e n ts ,   a c h ie v i n g   c o m p lem e n o f   t h e   a b s o l u te   n o rm a l ize d   d if fe re n c e   ( CAN D i n d e x   v a l u e o 9 4 . 5 7 % ,   9 3 . 7 1 % ,   a n d   9 6 . 0 6 %   a c r o ss   t h e   t h r e e   c o n d i ti o n s   a n d   m e a n   a b s o l u te BR   e r ro r s o 1 . 0 4 5   b p m ,   1 . 2 5 9   b p m ,   a n d   0 . 6 0 7   b p m .   T h e   k - N c las si fie d e m o n st ra te d   h i g h   p e r f o rm a n c e   wi t h   tr a i n i n g ,   v a li d a t io n ,   a n d   tes t i n g   a c c u ra c ies   o f   1 0 0 % ,   1 0 0 % ,   a n d   9 9 . 2 % ,   re s p e c t iv e l y .   S e n s i ti v i t y ,   s p e c i fic i t y ,   p re c is i o n ,   a n d   F - m e a s u re   re s u l ts  c o n fi rm   sy ste m   re l ia b i li t y   f o r   n o n - c o n ta c BR   m o n i t o r i n g   in   c li n ica l   a n d   p ra c ti c a l   se tt i n g s .   K ey w o r d s :   B r ea th in g   r ate   Hea lth   I n f r ar e d   th er m o g r a p h y   Ma ch in lear n in g   No n - co n tact  m ea s u r em en t   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Nad Fit r iey atu l H ik m ah   Dep ar tm en t o f   B io m ed ical  E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   I n tellig e n t E lectr ical  an d   I n f o r m atics T ec h n o lo g y   I n s titu t T ek n o lo g i Sep u lu h   No p em b er   ( I T S)   Su r ab ay a,   I n d o n esia   E m ail: n ad af h @ b m e. its . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   Mo n ito r in g   v ital p h y s io lo g ical   p ar am eter s   s u ch   as b r ea th in g   r ate  ( B R )   is   cr u cial  f o r   ass ess i n g   p atien t   h ea lth .   B R ,   d ef i n ed   as  th e   n u m b er   o f   b r ea th i n g   cy cles  p e r   m in u te,   i n clu d es  in s p ir atio n   ( i n h alin g   o x y g en )   a n d   ex p ir atio n   ( ex h alin g   ca r b o n   d io x id e)   [ 1 ] .   Ab n o r m al  B R   ( ta ch y p n ea ,   b r ad y p n ea ,   o r   ap n e a)   ca n   s er v as  an   ea r ly   in d icato r   o f   v a r io u s   r e s p ir ato r y   d is ea s es,  in clu d in g   asth m a,   ch r o n ic  o b s tr u ctiv e   p u lm o n ar y   d is ea s ( C OPD) ,   an d   p u lm o n ar y   t h r o m b o em b o lis m   [ 2 ] [ 3 ] .   Desp ite  its   im p o r tan ce ,   B R   is   o f ten   u n d o cu m en ted   d u to   th lack   o f   ac ce s s ib le  m o n ito r in g   m eth o d s   [ 4 ] .   C u r r e n tech n iq u es  ty p ically   r eq u ir th att ac h m en o f   s en s o r s   to   th p atien t s   b o d y ,   wh ich   ca n   ca u s d is co m f o r t,  s tr ess ,   an d   ev e n   p ain ,   p ar tic u lar ly   in   ch ild r en   an d   b u r n   p atien ts   [ 5 ] .   T r ad itio n al  B R   m o n ito r in g   m eth o d s   in v o lv ass ess in g   ch est  m o v em en ts   with   r esp ir ato r y   b elt   tr an s d u ce r s ,   elec tr ical  im p ed a n ce ,   E C G,   PP m o r p h o lo g y ,   ca p n o g r ap h y ,   o r   s p ir o m etr y   [ 6 ] - [ 1 0 ] .   W h ile  th ese   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  39 ,   No .   1 ,   J u ly   20 25 669 - 6 8 0   670   m eth o d s   ar r eliab le,   th e y   a r in tr u s iv an d   m a y   lead   t o   s en s o r   d is lo ca tio n ,   wh ich   co u ld   co m p r o m is m ea s u r em en ac cu r ac y   o r ,   in   in d iv id u als  with   s en s itiv s k in   lik in f a n ts   o r   b u r n   v ictim s ,   ca u s ir r itatio n   o r   ev en   s k in   d am ag e .   Ad d itio n ally ,   u s in g   d is p o s ab le  s en s o r s ,   s u ch   as e lectr o d es,  in cr ea s es c o m p lex ity   an d   co s ts ,   p r esen ts   ch allen g es  in   h an d lin g   an d   h y g ien e,   an d   co n tr i b u te s   to   m ed ical  waste  [ 1 1 ] .   C o n s eq u en tly ,   th er is   a   g r o win g   d em an d   f o r   n o n - co n tact  B R   m o n ito r in g   alter n at iv es  th at  im p r o v p atien co m f o r an d   o p tim ize  m ed ical  r eso u r ce s   [ 1 2 ] .   Sev er al  n o n - co n tact  tech n iq u e s   h av b ee n   p r o p o s ed ,   s u ch   as   au d io   a n aly s is ,   d o p p ler   r a d ar ,   m ag n etic   in d u ctio n ,   an d   im ag in g   m eth o d s   u s in g   R GB   ca m er as  an   t h er m al  im ag in g   [ 1 3 ] - [ 1 6 ] .   E a ch   m eth o d   h as  its   lim itatio n s ,   in clu d in g   s en s itiv ity   to   am b ien n o is e,   s u b ject  p o s itio n   co n s tr ain ts ,   h ig h   s en s itiv ity   to   m o tio n   ar tifa cts,  an d   lig h tin g   co n d iti o n s   [ 1 7 ] .   T h er m al  im ag i n g ,   o r   in f r ar ed   th er m o g r a p h y   ( I R T ) ,   o f f er s   s ig n if ica n ad v an tag es  d u t o   its   n o n - co n tact,   n o n - in v asiv e,   a n d   n o n - r a d iativ n atu r e ,   an d   d o es  n o r e q u ir lig h t,  m a k in g   it  u s ab le   d ay   an d   n ig h [ 1 1 ] [ 1 2 ] .   I R T   is   tech n o lo g y   th a d etec ts   in f r ar ed   r ad iatio n   e m itted   b y   an   o b ject,   co n v er ts   it  in to   tem p e r atu r v alu es,  an d   g en er ates  a   th er m a im ag r e p r esen ti n g   t h tem p er atu r d is tr ib u tio n   [ 1 8 ] .   Sh aik h   et  a l.   [ 1 9 ]   d em o n s tr ated   th at  r es p ir atio n   d ata  o b tain ed   v ia  I R T   s h o ws  n o   s ig n if ican d if f er e n ce   co m p ar ed   to   d ata  f r o m   r esp ir a to r y   in d u ctan ce   p leth y s m o g r a p h y ,   h ig h lig h tin g   I R T   as a n   ef f ec tiv e,   n o n - co n tac t   m eth o d   f o r   m o n ito r in g   h u m an   r esp ir atio n .     I R T - b ased   b r ea th i n g   f u n ctio n   m ea s u r em en t   r e lies   o n   tem p e r atu r d i f f er en ce s   o b s er v e d   in   th n asal   ar ea   d u r in g   b r ea th in g   cy cles  [ 1 9 ] .   Ab b as  et   a l.   [ 1 6 ]   d ev elo p ed   an   alg o r ith m   to   m o n ito r   th B R   b y   a n aly zin g   tem p er atu r f lu ctu atio n s   ar o u n d   th n o s tr ils   [ 1 6 ] .   L ewis  et  a l.  [ 2 0 ]   em p lo y ed   I R T   to   o b s er v tem p er at u r e   v ar iatio n s   ac r o s s   th n o s tr ils ,   ac co u n tin g   f o r   d if f e r en b r ea th in g   p atter n s ,   in clu d i n g   s p o n tan eo u s ,   s lo w,   an d   r ap id   b r ea t h in g .   T h d ata  c o llected   f r o m   th t h er m al  c am er wer p r im ar ily   o b tai n ed   u n d er   o p tim al  co n d itio n s ,   ch ar a cter ized   b y   m in im al  h ea d   m o v em en ts   an d   n o r m al  b r ea t h in g   [ 1 6 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] .   I n   co n tr ast,  th is   s tu d y   ev alu ates  th ef f ec tiv en ess   o f   o u r   m eth o d   in   m o r ch allen g in g   s ce n ar io s ,   s u ch   as  h ea d   m o v em en ts   an d   b r ea th in g   d is o r d er s .   W ev al u ated   th r o b u s tn ess   o f   o u r   a p p r o ac h   in   th p r esen ce   o f   m o tio n   ar tifa cts  an d   ass es s ed   its   ac cu r ac y   an d   r elia b ilit y   ac r o s s   d if f er en b r ea th in g   p atter n s .   L ewis  et  a l.   [2 0]   s ig n if ica n tly   ad v an ce d   th e   u s o f   I R T   f o r   o b tain in g   th B R   b y   tr ac k in g   t h n o s tr ils   with   Piecew is B ez ier   Vo lu m Def o r m atio n   m o d el ,   wh ile   J in   Fei  an d   I o an n is   Pav lid is   e m p lo y ed   n etwo r k   o f   p r o b ab ilis tic  tr ac k er s   to   s eg m en an d   tr ac k   th n o s tr ils   [ 7 ] .   Ho wev e r ,   th ese  m eth o d s   r eq u ir ed   m an u al  s elec tio n   o f   th r eg io n   o f   in t er est  ( R OI )   in   th in itial  f r am [ 7 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] .   Mo r e o v er ,   tr ac k in g   alg o r ith m s   f ac ed   v ar io u s   ch allen g es ,   s u ch   as  f ailu r es  d u r in g   s u d d e n   o r   lar g h ea d   m o v em en ts   o r   wh en   th s u b ject  o p en ed   t h eir   m o u th ,   wh ich   o f t en   ca u s ed   th b r ea th in g   s ig n al  to   h av ze r o   v alu es  [ 1 9 ] [ 2 0 ] .   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  th is   s tu d y   u tili ze s   Haa r   C ascad clas s if ier   to   a u to m atica lly   d etec an d   tr ac k   th n o s r eg io n   in   th er m al  v i d eo ,   co m b in ed   with   ca n n y   e d g d etec to r   f o r   n o s tr il  d etec tio n   to   en h a n ce   ac cu r ac y .   An   in ter p o latio n   alg o r ith m   was  also   ap p lied   to   p r ev e n s ig n al  lo s s   d u r in g   tr ac k in g   f ailu r es,  wh ich   wo u l d   o th er wis r esu lt  in   ze r o - v alu s ig n als.  T h is   in ter p o latio n   m et h o d   r e p air s   th ex t r ac ted   s ig n a l s ,   r ep r esen tin g   an   in n o v ativ a p p r o ac h   th at  h as n o t b ee n   a d d r ess ed   in   p r io r   s tu d ies.   Per eir et  a l.   [ 1 2 ]   ap p lied   b a n d p ass   B u tter wo r th   f ilter   to   en h an ce   th s ig n al - to - n o is r atio   ( S NR )   o f   th b r ea th i n g   s ig n al .   Similar ly ,   I o a n n is   Pav lid is   em p l o y ed   a   lo wp as s   B u tter wo r th   f ilter   to   im p r o v SNR   an d   in tr o d u ce d   m eth o d   f o r   ch ar ac ter izin g   b r ea th in g   p atter n s   b y   ca lcu latin g   th m ea n   d y n a m ic  b r ea th in g   s ig n al   an d   id en tify i n g   b r ea th in g   c y cles  u d in g   ze r o - c r o s s   th r esh o ld in g   [ 7 ] .   J ag ad ev   a n d   Gir m ad s ig n if ican co n tr ib u tio n   in   class if y in g   th b r ea th in g   s ig n al  u s in g   m a ch in lear n in g   b y   u s in g   k - n ea r est  n eig h b o u r     (k - NN)   class if ier   to   d eter m in wh eth er   th s u b ject  ex h ib it  n o r m al  o r   a b n o r m al  r esp ir atio n   o r   is   s p ec if ically   ex p er ien cin g   B r ad y p n ea   o r   T a ch y p n ea   [ 2 ] .   I n   th is   s tu d y ,   we  ap p lied   th e   B u tter wo r th   b a n d p ass   f ilter   to   r ed u c e   n o is an d   en h an ce   th SNR   o f   th e   o b tain e d   b r ea th in g   s ig n a l.  Af ter   t h at,   we   im p lem en ted   p ea k   d etec tio n   t o   au to m atica lly   id en tify   th b r ea th in g   cy cles  in   th f ilter ed   b r ea th in g   s ig n als  an d   ca lcu l at th b r ea th s   p er   m in u te  ( B PM)   v alu e,   th er eb y   o v er co m i n g   th lim itatio n s   p r esen in   p r io r   s tu d ies  [ 7 ] [ 1 6 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] ,   wh ich   n ec ess itated   m an u al  in ter v en t io n   f o r   th d eter m in atio n   o f   B PM.   Fu th er m o r e,   we  class i f ied   th b r ea th in g   s ig n als in to   th r ee   ca teg o r ies:   b r ad y p n ea ,   n o r m al,   a n d   tach y p n ea ,   u s in g   th e   k - NN  alg o r ith m .   T h is   s tu d y   in tr o d u ce s   n o v el  an d   r eliab le  ap p r o ac h   f o r   co n t ac tles s   m o n ito r in g   o f   BRs   u s i n g   th er m a l   im ag in g .   I n   co n tr ast to   o th er   tech n iq u es th at  r eq u ir m an u al   s elec tio n   o f   th R OI   [ 7 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] ,   th is   ap p r o ac h   au to m atica lly   d etec ts   th e   n o s in   th e   in itial  f r am e.   W also   u s a   ca n n y   ed g d etec to r   t o   d etec n o s tr ils   to   m ak m o r ac cu r ate  an d   a p p lied   in ter p o lat io n   alg o r ith m   to   p r ev en th ze r o   v alu e   o f   b r ea th in g   s ig n al   ca u s ed   b y   m is s in g   R OI .   W h i le  p r ev io u s   r esear ch   v alid ate d   th eir   alg o r ith m s   u n d er   o p ti m al  co n d itio n s   with   m in im al  h ea d   m o v em e n ts   an d   n o r m al  b r ea t h in g   [ 1 6 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] ,   we  ev alu ate  o u r s   in   m o r ch all en g in g   s itu atio n s ,   s u ch   as  h ea d   m o v e m en ts   an d   b r ea t h in g   d is o r d e r s .   Ad d itio n ally ,   we  e m p lo y e d   m ac h in e   lear n i n g ,   u s in g   1 0 - f o ld   c r o s s - v alid atio n   k - NN  class if ier ,   to   class if y   b r ea th in g   c o n d itio n s   an d   d et er m in wh eth er   t h e   p er s o n   h as n o r m al  b r ea th in g   o r   co n d i tio n s   lik b r a d y p n ea   ( s lo b r ea th in g )   o r   tach y p n ea   ( f ast b r ea th in g ) .   T h is   s y s tem   is   ex p ec ted   to   y ield   v alu ab le  in s ig h ts   in to   th a p p li ca tio n   o f   th er m al   im ag in g   f o r   B R   d etec tio n   an d   p r esen t a   p r o m is in g   n o n - co n ta ct  alter n ativ f o r   h ea lth ca r p r o f ess io n als .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       N o n - co n ta ct  b r ea th in g   r a te  m o n ito r in g   u s in g   i n fr a r ed   t h ermo g r a p h a n d     ( A n a d ya   G h in a   S a ls a b ila )   671   2.   M E T H O D     T h is   s ec tio n   o f f er s   d etailed   o v er v iew  o f   th s eq u e n tial  s tep s   in v o lv ed   i n   th ef f ec tiv m o n ito r in g   o f   B R ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 1 .   T h p r o ce s s   b eg in s   with   d ata  ac q u is itio n   u s in g   an   in f r ar ed   th er m al  ca m er a ,   f o llo wed   b y   R OI   d etec tio n   an d   tr ac k in g .   Su b s eq u en t   s tep s   in clu d R OM   d etec tio n ,   b r ea th in g   s ig n al   ex tr ac tio n ,   an d   f ilter in g .   T h ex tr ac ted   B R   v alu es  ar th en   class if ied   in to   b r ad y p n ea ,   n o r m al,   an d   tach y p n ea   u s in g   k - NN  class if ier .           Fig u r 1 Ov e r v iew  o f   th s y s tem   d esig n       2 . 1 .     Da t a   a cquis it io n   T h ex p e r im en ts   wer co n d u c ted   in   th lab o r ato r i u m   r o o m ,   wh er th tem p e r atu r was  co n tr o lled   at   2 4 °C .   T h s tu d y   in v o lv ed   ten   v o lu n teer   p a r ticip an ts ,   co m p r is in g   m ales  an d   f em ales  ag ed   1 8 2 5   y ea r s .   T h e y   wer s ea ted   co m f o r tab l y   an d   t h I R   ca m er co n n ec ted   to   l ap to p   was  p o s itio n ed   p a r allel  to   th eir   f ac es.  T h e   d ata  ac q u is itio n   p r o c ess   is   illu s tr ated   in   Fig u r 2 ,   s h o win g   Fig u r 2 ( a )   th th er m al  im ag er   an d   Fig u r 2 ( b )   t h e   ex p er im en tal  s etu p T h th e r m al  im ag er   u s ed   was th UT i2 6 0 B   m o d el  [ 2 2 ] .   T h ca m er was  p lace d   0 . 2 5   m eter s   f r o m   th e   s u b ject,   f o c u s in g   ex clu s iv ely   o n   th f ac ial  ar ea .   Data   was  co llected   u n d er   th r ee   d if f er en co n d itio n s ( 1 )   th s u b ject  was  in s tr u cted   to   r em ain   s till   an d   b r ea th e   n o r m ally ,   ( 2 )   th s u b ject  b r e ath ed   n o r m all y   wh ile  p er f o r m in g   s o m h ea d   m o v em en ts ,   an d   ( 3 )   th s u b ject   s im u lated   d ee p ,   s lo b r ea th in g   ( b r a d y p n ea )   o r   s h allo w,   r ap i d   b r ea th in g   ( tach y p n ea ) .   Vid e o s   wer r ec o r d e d   at  f r am r ate  o f   1 0   Hz  f o r   6 0   s ec o n d s   p er   c o n d itio n .             ( a)   ( b )     Fig u r 2 .   Data   ac q u is itio n   ( a)   t h er m al  im ag er   u s ed   an d   ( b )   ex p er im en tal  s etu p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  39 ,   No .   1 ,   J u ly   20 25 669 - 6 8 0   672   2 . 2 .     Det ec t io n a nd   t ra c k ing   o f   RO I   T h is   ap p r o ac h   r elies  o n   th tem p er atu r e   ch an g es  ar o u n d   th n o s tr ils   d u r in g   th b r ea t h in g   c y cle  ( in s p ir atio n   an d   ex p ir atio n ) .   As  co o air   is   in s p ir ed   f r o m   t h en v ir o n m e n an d   war m   air   is   ex p ir ed   f r o m   th e   lu n g s ,   I R T   ca n   p r ec is ely   d etec th ese  tem p er atu r v ar iatio n s ,   as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   T o   ca lcu late  th B R   f r o m   th th er m al  v id e o ,   th e   n o s ( R OI )   m u s t b au t o m atica lly   d et ec ted   in   th in itial f r am e.   T h f ir s s tep   was  f ac e   s eg m e n tatio n   u s in g   th e   m u lti - lev el  Ots u s   m eth o d   [ 2 3 ] .   I n   1 9 7 9 ,   No b u y u k i   Ots u   [ 2 4 ]   in tr o d u ce d   a n   im a g th r esh o l d in g   tech n iq u b ased   o n   cl u s ter in g ,   allo win g   th d iv is io n   o f   a n   im a g e   in to   two   ca teg o r ies:   b ac k g r o u n d   an d   f o r eg r o u n d .   T h is   alg o r ith m   em p lo y s   d is cr im in an an aly s is   to   d eter m in e   th o p tim al  th r esh o ld   v alu ( T* )   b y   m in im izin g   w ith in - cl a s s   va r ia n ce   ( 2 )   o r ,   alter n ativ ely ,   m ax im izin g   b etw ee n - cla s s   va r ia n ce   ( 2 ) ,   as d ef in ed   b y   ( 1 ) ,     =   1 < { 2 ( ) = 2 ( ) 2 ( ) } ,   ( 1 )     wh er 2   d en o tes  th to tal  v ar ian ce ,   T   r ep r esen ts   th th r esh o ld   v alu e,   an d   L   co r r esp o n d s   to   th g r ay   lev els.  T h is   eq u atio n   ca n   b f u r th er   elab o r ated   in t o   ( 2 ) ,     2 ( ) = 1 ( ) [ 1 ( ) ] 2 + 2 ( ) [ 2 ( ) ] 2 .   ( 2 )     h er e,      r ep r esen ts   th p r o b ab il ities   o f   th two   clas s es  ( b ac k g r o u n d   an d   f o r e g r o u n d ) ,   µ   d e n o tes  th m ea n   in ten s ity   o f   th o r ig i n al  im ag e ,   an d   µ   r ef er s   to   th m ea n   in ten s ity   o f   ea ch   r esp ec tiv class .   Sp ec if ically ,   1   an d   2   co r r esp o n d   t o   class es C 1   an d   C 2 ,   r esp ec ti v ely .   Mu lti - lev el  Ots u s   m eth o d   was  ap p lied   f o r   f ac s eg m e n tatio n   to   ef f ec tiv ely   s ep a r ate  th s u b ject f ac f r o m   th e   b ac k g r o u n d ,   m in im izin g   b a ck g r o u n d   n o is th at  ca n   af f ec d etec tio n   a cc u r ac y   i n   th er m al   im ag in g .   T h is   s tep   en s u r es  th at  o n ly   t h lar g est  r e g io n   in   t h b in ar y   im a g co r r esp o n d s   to   th f ac e.   Af ter   s eg m en tatio n ,   th Haa r   C ascad class if ier   was  u s ed   to   d etec th n o s r e g io n   with in   th s e g m en ted   f ac e.   Haa r   C ascad is   well - k n o wn   f o r   its   ef f icien cy   in   d etec tin g   f ac ial  f ea tu r es  in   d ig ital  im ag es,   ev e n   wh en   o b jects  ar e   at  d if f er en s ca les  an d   o r ien ta tio n s ,   m ak in g   it  s u itab le  f o r   th is   task   [ 2 5 ] .   Pre v io u s   s tu d ie s ,   s u ch   as  th o s b y   Setjo   an d   Far id ah   [ 2 6 ] ,   h av e   also   d em o n s tr ated   th ef f ec tiv en ess   o f   th is   m eth o d   in   th er m al  im ag in g .   B y   co m b in in g   Ots u s   s eg m e n tat io n   an d   Haa r   C ascad e,   o u r   ap p r o ac h   aim ed   t o   im p r o v e   th ac cu r ac y   an d   r eliab ilit y   o f   n o s d etec tio n   in   th er m al  v id eo s .     2 . 3 .     I dentif ica t io n o f   re g io o f   m e a s urem ent   I n   o r d er   to   im p r o v th e   SNR ,   s ec o n d   an d   s m aller   R OI   th at   f o cu s es  o n   th ar ea   a r o u n d   t h n o s tr ils ,   n am ely   th e   R eg io n   o f   Me asu r em en ( R OM ) ,   is   d eter m i n ed .   R OM   is   id en tifie d   f o r   ea ch   tr ac k e d   R OI   b y   co n s id er in g   th n o s ed g es  an d   is   f o u n d   u s in g   th ca n n y   ed g d etec to r   [ 2 6 ] .   T h n o s tr il  r eg io n ,   wh er e   tem p er atu r f lu ct u atio n s   o cc u r   d u r in g   b r ea th in g ,   was  th en   s eg m en ted .   T h ese  tem p er atu r v alu es  wer tr ac k ed   o v er   tim e,   allo win g   u s   to   ex tr ac th b r ea th in g   s ig n al  b ased   o n   th tem p er atu r c h an g es  ass o ciate d   with   in s p ir atio n   an d   ex p ir atio n .     2 . 4 .     E x t r a ct io n o f   brea t hin g   s ig na l a nd   s ig na pro ce s s ing   T h b r ea th in g   s ig n al  ex tr ac tio n   ac co r d i n g   to   th av er a g tem p er atu r v al u ̅ ( )   o f   th R OM   f o r   ea ch   f r am is   g iv e n   b y   ( 3 ) ,     ̅ ( ) = 1  ( , , ) 1 = 0 1 = 0 ,   ( 3 )     wh er ( , , )   r ep r esen ts   th tem p er atu r at  p ix el  ( , )   at  tim t,  m   is   th wid th   o f   th e   R OM ,   an d   n   is   its   len g th .   In   ( 3 )   d escr ib es  th e   p r o ce s s   o f   ex tr ac tin g   th e   b r e ath in g   s ig n al   f r o m   th e r m al  i m ag es  b y   u s in g   th e   av er ag tem p e r atu r in   th R OM   f o r   ea ch   im ag f r am e.   T h av er ag tem p e r atu r ̅ ( )   at  tim is   ca lcu lated   b y   s u m m in g   th tem p e r atu r es   at  ea ch   p ix el  ( , , )   with in   th R OM   an d   d iv id in g   b y   th to tal  n u m b er   o f   p ix els (  ).   T h ex tr ac ted   b r ea t h in g   s ig n a u n d er g o es  p o s t - p r o ce s s in g   t o   im p r o v its   q u ality   an d   r ed u ce   n o is e.   Du to   d if f icu lties   in   tr ac k in g   th R OI   i n   th e r m al  v id eo ,   n o all  ac q u ir ed   b r ea t h in g   s ig n als  d is p lay   o p tim al  m o r p h o lo g y .   W h en   th e   n o s tr i ls   ar u n d etec ted ,   th s ig n al  m ay   r eg is ter   as  ze r o ,   lead in g   to   d is co n tin u ities .     T o   r eso lv th is   is s u e,   a n   in ter p o latio n   alg o r ith m   r ep lace s   ze r o   v alu es b y   av e r ag in g   th im m ed iate  n eig h b o r in g   v alu es,  ef f ec tiv ely   r esto r in g   c o n tin u ity   in   th s ig n al.   Sin ce   th b r ea th in g   s ig n al  ty p ically   h as  lo SNR - af f ec ted   b y   f ac to r s   s u c h   as  em is s iv ity   v ar iatio n s ,   ca m er a   r esp o n s e,   tem p er atu r ca lib r atio n ,   atm o s p h er ic   co n d itio n s ,   an d   en v ir o n m en ta r ef lectio n s - s ec o n d - o r d e r   B u tter wo r th   b a n d - p ass   f ilter   is   ap p lied ,   with   3   d B   cu to f f   f r eq u e n cies  b etwe en   0 . 1   Hz  an d   0 . 5   Hz,   to   is o late  th r esp ir ato r y   s ig n al  r an g e   an d   en h an ce   cla r ity   b y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       N o n - co n ta ct  b r ea th in g   r a te  m o n ito r in g   u s in g   i n fr a r ed   t h ermo g r a p h a n d     ( A n a d ya   G h in a   S a ls a b ila )   673   atten u atin g   b ac k g r o u n d   n o is e .   Af ter   f ilter in g ,   p ea k   d etec ti o n   is   p e r f o r m ed   to   id e n tify   th b r ea t h in g   cy cles   with in   th s ig n al,   wh ich   e n ab l es th ca lcu latio n   o f   B R   in   s u b s eq u en t step s .     2 . 5 .     B re a t hin g   ra t ca lcula t i o   T h B R   is   ca lcu lated   f r o m   t h f ilter ed   b r ea th i n g   s ig n al  b y   co u n tin g   th n u m b e r   o f   p e ak s   in   th e   s ig n al  p r o f ile,   wh er e   th e   p ea k s   co r r esp o n d   to   e x p ir atio n s   an d   th e   cr ests   in d icate   in s p ir atio n s .   co m p lete  b r ea th   cy cle  co n s is ts   o f   o n p ea k   an d   o n cr est,  an d   t h to tal  n u m b er   o f   th ese  cy cles  in   m in u te  g iv es  th B R .   T o   ev alu ate  th e   ac cu r ac y   o f   th e   d etec ted   B R   in   c o m p ar i s o n   to   th e   p h o to p leth y s m o g r a p h y   ( PP G)   g r o u n d   tr u th ,   th c o m p lem e n o f   th e   ab s o lu te  n o r m alize d   d i f f er e n ce   ( C AND)   in d ex   is   co m p u ted ,   with   h ig h er   C AND  v alu s ig n if y in g   b etter   d etec tio n   o f   v ital sig n s .   T h C AND  v alu is   d eter m in ed   u s in g   ( 4 ) :      = 1 |   |  ,   ( 4 )     wh er    r ep r esen ts   th ac tu al  B R   v alu es  o b tain ed   f r o m   PP an d      r ep r esen ts   th r esu lt  o b tain ed   u s in g   th e   th er m al  im ag in g - b ased   B R   d etec tio n   s y s tem .     2 . 6 .     Cla s s if ica t io n us ing   k - NN   T h k - NN  class if ier ,   n o n - li n ea r   s u p e r v is ed   lear n in g   m et h o d ,   ca teg o r izes  b r ea th in g   s i g n als  in to   tach y p n ea ,   n o r m al,   an d   b r a d y p n ea   with o u ass u m in g   d at d is tr ib u tio n .   Usi n g   m ajo r it y   v o tin g   am o n g   its     k - NN ,   it  ass ig n s   u n k n o wn   at tr ib u tes  to   th e   d o m i n an clas s   [ 2 7 ] .   T h e   f o r m u latio n   o f   th is   alg o r ith m   in   th tr ain in g   p h ase  is   d ef in ed   b y   ( 5 ) :     = ( ) ,   ( 5 )     w h e r e     i s   a   v e c t o r   c o n t a i n i n g   t h e   e x t r a c t e d   f e a t u r e s ,   a n d     r e p r e s e n t s   t h e   c l a s s   ( N o r m a l ,   T a c h y p n e a ,   o r   B r a d y p n e a )   t h a t     b e l o n g s   t o .   I n   t h e   t e s t i n g   p h a s e ,   t h e   c l a s s i f i e r   a s s i g n s   c l a s s e s   t o   n e w   i n s t a n c e s   a c c o r d i n g   t o   ( 6 ) :     = ( ) ,   ( 6 )     wh er   r ep r es en ts   th e   v ec to r   o f   q u er y   f ea tu r es,  a n d     is   t h p r e d icted   class   ( No r m al,   T ac h y p n ea ,   o r   B r ad y p n ea )   f o r   .   T h k   in   k - NN  r ef er s   to   t h n u m b er   o f   n ea r est  n eig h b o r s   u s ed   t o   class if y   test   s am p le.   C h o o s in g   th r ig h v alu f o r   k   is   cr u cial,   as  i s ig n if ic an tly   im p ac ts   th p er f o r m an ce   o f   t h k - NN  class if ier .   T h g o al  is   to   f i n d   b alan ce   b etwe en   o v er f itti n g   an d   u n d e r f i ttin g .   to tal  o f   4 1 6   6 0 - s ec o n d   b r ea th in g   s ig n als  wer e   s o u r ce d   f r o m   th e   B I DM C   PP an d   r esp ir atio n   d ataset  [ 2 8 ]   an d   an   SQLite - d r iv en   d atab ase  [ 2 9 ]   f o r   tr ain i n g   th k - NN  class if ier ,   co m p r is in g   9 0   b r ad y p n ea   s ig n als,  2 0 0   n o r m al  b r ea th in g   s ig n als,  an d   1 2 6   tach y p n ea   s ig n als.  T h e   ex tr ac ted   f ea tu r es  f r o m   th ese  b r ea th in g   s ig n als  in clu d ed   B PM  an d   th co u n o f   n o r m al  an d   ab n o r m al  b r ea th s   with in   ea ch   s ig n al,   wh ich   wer th en   in p u in to   th e   k - NN  class if ier .   T h d ataset,   co n tain in g   b o th   n o r m al  an d   ab n o r m al  b r ea th in g   s ig n als,  is   m ath em atica lly   r ep r esen ted   as sh o wn   in   ( 7 )     = { ( , ) = 1 | , {   ,  ,  } } ,   ( 7 )     wh er   r ep r esen ts   th d ataset  co m p r is in g   o f   v ec to r s     an d   ,   wh er ein     co n tain s   th e   B PM,   n u m b er   o f   n o r m al  an d   ab n o r m al  b r ea th   c y cles in   ea ch   s ig n al,   an d     id en tifie s   th class   to   wh ich     b elo n g s .   T h d ataset  was  in itially   s p lit  7 :3   f o r   tr ain i n g   a n d   test in g .   T h tr ain in g   d ataset  was  f u r th er   d iv id e d   in to   tr ain in g   s et  an d   v ali d atio n   s et  u s in g   th cr o s s - v a lid atio n   m eth o d .   T h tr ain in g   s et  co n tain s   d ata   s am p les  u s ed   f o r   b u ild in g   th m o d el,   wh ile  t h v al id atio n   s et  h o ld s   b ac k   s am p les  to   e v alu ate  th e   m o d el p er f o r m an ce .   C r o s s - v alid atio n ,   s tatis tical  m eth o d   to   ass ess   m ac h i n lear n i n g   m o d el s   a cc u r ac y   o n   u n s ee n   d ata,   ty p ically   in v o lv es th f o l lo win g   s tep s :   a)   R an d o m ly   s h u f f le  th d ataset.   b)   Sp lit th d ataset   in to   n   g r o u p s ,   co m m o n ly   5   o r   1 0 .   c)   E ac h   s am p le  is   u s ed   o n ce   an d   f o r   m o d el  tr ain in g   n - 1   tim es in   th v alid atio n   s et.   I n   th is   s t u d y ,   n   w as   s et   to   1 0 .   T h e   t r ai n i n g   d at was   r a n d o m l y   d iv id e d   i n t o   1 0   f o ld s   o f   a p p r o x im ate ly   eq u a s iz e.   T h e   f ir s t   f o l d   was   u s e d   as   t h e   v ali d at i o n   s et,   w h i l th e   m o d el   w as   t r ai n ed   o n   t h e   r e m ai n i n g   9   f o l d s .   T h is   1 0 - f o ld   c r o s s - v a li d at io n   p r o ce s s   g e n e r at ed   1 0   r es u lts ,   wi th   th f i n a l r es u lt   b ei n g   t h e ir   a v e r a g e .   T h test in g   d at ase t,   co n s is ti n g   o f   b r e at h i n g   s i g n als ,   was   u s e d   t o   ev al u a te   t h e   f i n al   m o d el s   p e r f o r m a n c e   a n d   was   k e p t   s ep ar ate   u n til   t h e   m o d e l w as  f u ll y   d e v el o p e d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  39 ,   No .   1 ,   J u ly   20 25 669 - 6 8 0   674   T h r o b u s t n ess   an d   e f f ec ti v e n ess   o f   t h e   k - NN  cl ass if ie r   wer ass ess ed   b y   ca l cu lat in g   its   t r a i n i n g ,   v al id ati o n ,   an d   tes ti n g   ac c u r a c ies.   F u r th e r m o r e ,   p e r f o r m a n c e   m et r ics   s u c h   as   s e n s it iv it y ,   s p ec i f ic it y ,   p r ec is i o n ,   an d   F - m ea s u r we r e   ca lc u la t ed   f o r   e ac h   class   in d i v id u a ll y .   T h e   m at h e m at ica e x p r ess i o n s   u s e d   f o r   th ese   ca l cu lat io n s   a r e   p r o v i d e d   in   ( 8 )   to   ( 1 1 ) ,        =   +  ,   ( 8 )       =   +  ,   ( 9 )       =   +  ,   ( 1 0 )      = 2 ×  ×     +   ,   ( 1 1 )     wh e r e   tr u e   p o s i ti v e   ( T P )   r e f e r s   t o   w h en   s u b j ec ts   w it h   n o r m al   b r ea t h i n g   w er e   c o r r ec t ly   cl ass if ie d   as   n o r m a l,   f als e   p o s i ti v e   ( FP )   r e f e r s   t o   w h e n   s u b j ec ts   wit h   n o r m al   b r e at h i n g   w er e   w r o n g ly   class i f i e d   as  tac h y p n ea / b r a d y p n e a,   t r u n e g at iv ( T N)   r ef er s   to   w h e n   n o r m al   s u b j ec ts   we r e   c o r r ec t ly   class if ie d   as   n o t   h a v i n g   t ac h y p n e a/ b r a d y p n e a,   a n d   f alse   n e g at iv ( FN )   r e f e r s   t o   w h e n   u n h ea lt h y   s u b j ec ts   ( tac h y p n e a/ b r a d y p n e a)   wer wr o n g ly   c lass i f i e d   as  h a v in g   n o r m al  b r e at h i n g .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s ec t io n   p r o v i d es   a   s u m m a r y   o f   all   t h e   e x p e r i m e n t al   a n d   n u m er ic al  test s   p e r f o r m ed .   T h e   I R   ca m e r a   c ap tu r e d   t h e   t em p er at u r e   c h a n g es   ar o u n d   t h e   n o s t r ils   d u r i n g   b r ea t h i n g .   T h e   f l u ct u at i o n s   in   t em p er at u r ca u s e d   b y   in s p i r a ti o n   a n d   e x p ir a ti o n   ar e   il lu s tr ate d   in   F ig u r es  3 ( a )   a n d   3 ( b ) ,   r es p ec t iv el y .   T h e   Ha ar   C asc ad e   alg o r it h m   w as  i m p le m e n te d   t o   a u t o m at t h e   n asa R OI   d et ec ti o n   a n d   t r ac k i n g   i n   t h e   s u b ject s   t h er m a v i d e o .   On c th n as al   R OI   was   d et ec ted ,   th ca n n y   e d g e   d et ec t o r   was  em p l o y e d   to   i d e n ti f y   th R OM .   T h e   R OM ,   a   s ec o n d ar y   R OI   wi th in   t h e   n a s al  R O I ,   f o c u s es   o n   t h e   n o s t r il   t o   en h an ce   t h e   a cc u r ac y   o f   b r ea t h in g   s i g n al   ex t r ac ti o n .   Fi g u r e   4   p r es en ts   e x am p l es   o f   t h e   d ete ct ed   R OI   a n d   R OM ,   as   well   as   t h s y s t em s   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c u n d er   v a r i o u s   h e a d   m o v em e n ts .   Sp ec if ically ,   Fig u r 4 ( a)   s h o ws  an   ex am p le  o f   th d e tecte d   R OI   an d   R OM   o n   th f ac e.     Fig u r es  4 ( b ) - 4 ( d )   d em o n s tr ate  th s y s tem s   ab ilit y   to   tr ac k   th R OI   an d   R OM   u n d er   v a r io u s   h ea d   m o v em en ts .   I n   Fig u r 4 ( b ) ,   a cc u r ate  tr ac k in g   is   o b s er v ed   wh en   th e   s u b ject s   h ea d   is   in   n eu tr al   p o s itio n .   I n   Fig u r 4 ( c) ,   th s y s tem   s u cc ess f u lly   ad ju s ts   an d   co n tin u es  tr ac k in g   d esp ite  an   u p war d   m o v em en t.  Fig u r 4 ( d )   s h o ws  th s y s tem   m ain tain in g   f o c u s   o n   th e   n o s ev e n   d u r in g   h ea d   tilt ,   d em o n s tr atin g   r o b u s tn ess   in   ch a llen g in g   o r ien tatio n s .   T h e s r esu lts   h ig h lig h th s y s te m s   ad ap tab ilit y   to   h ea d   m o v em en ts ,   en s u r in g   r eliab le  d etec tio n   an d   tr ac k in g   o f   b r ea th in g   s ig n als,  wh ich   is   ess en tia f o r   ac cu r ate   n o n - co n tact  BR   m o n ito r in g .   T h ese  f in d in g s   d ir ec tly   ad d r es s   g ap s   id en t if ied   in   p r ev io u s   r esear ch .   Prio r   s tu d ies  [ 7 ] - [ 2 1 ] ,   r eq u i r ed   m an u al  s elec tio n   o f   th R OI   i n   th in itial  f r a m an d   f ac e d   c h allen g es  d u r i n g   lar g o r   ab r u p h ea d   m o v em e n ts ,   o f ten   r esu ltin g   in   ze r o - v al u b r ea th in g   s ig n als.  Mo r e o v er ,   tr ac k in g   alg o r ith m s   f r o m   ea r l ier   wo r k s   s tr u g g led   with   m o tio n   a r tifa cts,  wh ich   co m p r o m is ed   th c o n tin u ity   a n d   r eliab ilit y   o f   th e   b r ea t h in g   s ig n al.   I n   co n tr ast,  th is   s tu d y   im p lem en ts   f u lly   au to m ated   a p p r o ac h   u s in g   th e   Haa r   C ascad class if ier   f o r   n asal  R OI   d etec tio n   an d   th ca n n y   ed g d etec t o r   f o r   n o s tr il  s eg m en tatio n ,   en h an cin g   ac c u r ac y   a n d   r o b u s tn ess .   T h ese  im p r o v em e n ts   en s u r co n s is ten p er f o r m an ce   d esp ite  h ea d   m o v em e n ts ,   o v er co m in g   k ey   lim itatio n s   o f   p r ev io u s   m et h o d s .           ( a)   ( b )     Fig u r 3 .   T e m p er atu r v ar iatio n   ar o u n d   th e   n o s tr ils   d u r in g   ( a )   in s p ir atio n   an d   ( b )   ex p ir atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       N o n - co n ta ct  b r ea th in g   r a te  m o n ito r in g   u s in g   i n fr a r ed   t h ermo g r a p h a n d     ( A n a d ya   G h in a   S a ls a b ila )   675           ( a)   ( b )   ( c)   ( d )     Fig u r 4 .   R OI   an d   R OM   tr ac k in g :   ( a)   d etec ted   in   th e r m al  v i d eo ,   ( b )   in   a   n eu tr al  h ea d   p o s itio n ,   ( c)   d u r i n g   s lig h t u p war d   h e ad   m o v em en t ,   an d   ( d )   d u r in g   h ea d   tilt   to   th e   s id e       W h ile   n o s t r ils   d i d   n o m o v e   o u t   o f   t h e   ca m e r a s   v iew   in   t h is   s t u d y ,   we   in c o r p o r ate d   p r e v e n ti v e   in t er p o l ati o n   s te p   t o   ad d r ess   p o te n t ial  ze r o - v a lu b r ea t h i n g   s i g n als  t h at  c o u l d   a r is i n   c li n ic al  s e tti n g s .     I f   n o s t r il   tr ac k i n g   w er t o   f ai l,   r es u l t i n g   in   ze r o   v al u es,  th is   a lg o r it h m   wo u l d   r e p l ac t h e m   wit h   t h av e r a g o f   s u r r o u n d i n g   d at a   p o i n ts .   T h i s   a p p r o ac h   f ills   i n   d at a   g a p s   a n d   s m o o t h s   o u t   a b r u p t   s i g n al   ju m p s ,   h e lp in g   m ai n t ai n   co n t in u o u s   an d   c o n s is t en s i g n a m o r p h o lo g y .   C o n s e q u e n tl y ,   t h e   b r ea t h i n g   s ig n al   r e m ai n s   r eli ab le   f o r   f u r t h e r   an al y s is ,   r e d u ci n g   t h e   r is k   o f   m is d ete cti o n   f r o m   s u d d en   z er o - v al u e   i n t er r u p ti o n s .   T h is   i n t er p o l ati o n   m et h o d   r ep r ese n ts   a n   in n o v a tiv a p p r o ac h   n o a d d r ess e d   in   p r i o r   s tu d i es,  f u r th e r   b r i d g i n g   t h i d en ti f ie d   r es ea r c h   g ap .   T h e x t r ac t ed   b r ea t h i n g   s i g n a ls   g en e r al ly   e x h i b it  lo SNR .   He n c e,   th s i g n a w as  f ilt er e d   u s i n g   a   s ec o n d - o r d e r   B u tt er w o r t h   b a n d p ass   f ilt er ,   wi th   a   l o w er   cu to f f   f r e q u e n cy   s et   a t   0 . 1   Hz   an d   a n   u p p e r   c u t o f f   o f   a 0 . 5   H z.   Fi g u r e   5   p r es en ts   a   c o m p ar is o n   b et we en   t h r a w   a n d   f ilt er e d   b r e at h i n g   s ig n a ls   e x t r ac t ed   f r o m   t h e r m al   v i d e o s .   Sp ec i f i ca l ly ,   Fi g u r e   5 ( a)   s h o ws   t h e   r a w   b r e at h i n g   s i g n als ,   w h il e   Fi g u r e   5 ( b )   d is p l ay s   t h e   s i g n als   a f t er   f ilt e r i n g .   T h e   B u tt e r wo r t h   b a n d p ass   f ilt er   ef f e cti v e l y   r e d u c e d   n o is e,   r es u l ti n g   i n   s m o o t h er   s i g n als   w it h   m o r e   ap p a r e n t   p er i o d i p att er n s ,   wh er in s p i r a t o r y   p ea k s   a n d   e x p i r at o r y   tr o u g h s   ar e   m o r e   e asil y   i d e n t if ie d .   W h il e   th e r w as   a   s li g h t   a m p lit u d e   s h i f t   b etw ee n   t h e   r aw   a n d   f il te r ed   s i g n als ,   t h is   d i d   n o af f e ct   t h e   a cc u r ac y   o f   BR   d et ec ti o n ,   as  t h e   f i lte r   p r es er v e d   t h s i g n al   m o r p h o l o g y ,   e n s u r i n g   p e a k   a n d   t r o u g h   i d en tifi ca ti o n   r em ai n e d   r el ia b le .   A f t er   t h at ,   p e ak   d ete cti o n   al g o r it h m s   we r a p p lie d   to   id e n ti f y   t h p e a k   a n d   v all ey   in   t h b r ea th in g   s ig n al ,   i n d ica ti n g   t h e   b r ea th in g   cy cl e s   i n s p i r ati o n   a n d   e x p i r ati o n   p h ases .   On b r e at h i n g   c y cl c o n s is ts   o f   o n e   in s p i r at io n   p h as a n d   o n e x p i r at io n   p h as e,   d e f i n ed   as  t h e   d i s tan ce   b etw ee n   c o n s e cu ti v p e ak s   o r   c o n s e cu ti v e   v al le y s .   T h u s ,   t h B R   ca n   b c alc u l ate d   b y   o n m i n u te s   to tal   n u m b e r   o f   b r ea th   c y cles .         ( a)       ( b )     Fig u r 5 .   E x tr ac ted   b r ea th in g   s ig n al  ( a)   b ef o r f i lter in g   an d   ( b )   af ter   f ilter in g       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  39 ,   No .   1 ,   J u ly   20 25 669 - 6 8 0   676   3 . 1 .     B re a t hin g   ra t ca lcula t i o n   T h is   s tu d y   e v alu ates  r esp ir ato r y   r ate   esti m atio n   f r o m   th er m al  v id eo   r ec o r d in g s   u n d er   t h r e d if f er e n t   co n d itio n s ( i )   s tatio n ar y   n o r m al  b r ea th i n g ,   ( ii )   h ea d   m o v em en with   n o r m al   b r ea t h in g ,   an d   ( iii )   a b n o r m al   b r ea th in g   p atter n s   s u ch   as b r a d y p n ea   o r   tach y p n ea .   T a b l e   1   p r e s e n t s   t h e   p e r f o r m an c e   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   a c r o s s   t h es e   c o n d i t i o n s .   I n   c o n d i t i o n   1   ( C 1 ) ,   w h e r e   s u b j e ct s   m a i n t a i n e d   a   s t a t i o n a r y   p o s t u r e   w h il e   b r e a t h i n g   n o r m a l l y ,   t h e   a l g o r i th m   d e m o n s t r a t e d   h i g h   c a n d i d a t e   i n d e x   ( C A ND )   o f   9 4 . 5 7 %   o n   a v e r a g e ,   w i t h   v a l u es   r a n g i n g   f r o m   9 1 . 0 3 %   t o   9 9 . 6 5 % .     T h e   m e a n   a b s o l u t e   e r r o r   ( M A E )   i n   r e s p i r a t o r y   r a t e   e s ti m a t i o n   w a s   1 . 0 4 5   b p m ,   w i t h   t h e   h i g h e s t   o b s e r v e d   e r r o r   a 1 . 7 7   b p m   a n d   t h e   l o w e s t   at   0 . 0 7   b p m .   T h e s e   r e s u lt s   i n d i c a t e   th a t   t h e   a l g o r i t h m   p e r f o r m s   a c cu r a t e l y   u n d e r   s t at i c o n d i t i o n s .   I n   c o n d itio n   2   ( C 2 ) ,   wh er e   s u b jects  p er f o r m e d   h ea d   m o v em en ts   wh ile   m ain tain in g   n o r m a l   b r ea th in g   p atter n ,   th alg o r ith m   r em ain ed   r o b u s t,  ac h iev in g   an   av er ag C AND  in d ex   o f   9 3 . 7 1 %,  with   v alu es   r an g in g   f r o m   8 7 . 3 1 to   9 9 . 7 7 %.  Ho wev er ,   d u to   m o tio n   ar tifa cts  in tr o d u ce d   b y   h ea d   m o v em en ts ,   th er was  a   s lig h in cr ea s in   th MA E   t o   1 . 2 5 9   b p m .   T h e   h ig h est  in d iv id u al  er r o r   r ec o r d ed   in   th is   co n d itio n   was  2 . 7 3   b p m ,   wh ile  th lo west  was  0 . 0 4   b p m .   T h is   s u g g ests   th at  wh ile  th m eth o d   r em ai n s   ef f ec tiv in   d y n a m ic   s ettin g s ,   ad d itio n al  m o tio n   co m p en s atio n   tech n i q u es m ay   b r eq u ir e d   to   en h an ce   ac c u r ac y .   I n   c o n d itio n   3   ( C 3 ) ,   wh ic h   in v o lv ed   ab n o r m al  b r ea th in g   p a tter n s   s u ch   as  b r ad y p n ea   a n d   t ac h y p n ea ,   th alg o r ith m   m ain tain e d   s tr o n g   p e r f o r m an ce ,   a ch iev in g   a n   av er a g C AND  in d ex   o f   9 6 . 0 6 %,  with   v alu es  r an g in g   f r o m   9 1 . 3 0 to   9 9 . 7 7 %.  T h MA E   was  r ed u ce d   to   0 . 6 0 7   b p m ,   with   th h ig h es er r o r   r ec o r d ed   at   1 . 2 3   b p m   an d   th lo west  at  0 . 0 4   b p m .   T h ese  f in d in g s   in d i ca te  th at  th p r o p o s ed   m eth o d   is   well - s u ited   f o r   d etec tin g   ir r eg u lar   r esp ir ato r y   p atter n s   with   h ig h   p r ec is io n .   O v e r a l l ,   t h e   r es u l ts   c o n f i r m   t h a t   t h p r o p o s e d   a l g o r it h m   p r o v i d e s   a cc u r a t e   r e s p i r at o r y   r a t e s ti m a ti o n   e v e n   u n d e r   c o n d i t i o n s   i n v o l v i n g   m o t i o n   a r t i f a c t s   a n d   a b n o r m a l   b r e a t h i n g   p a t t e r n s .   T h e   s l i g h t   p e r f o r m a n c d e g r a d a t i o n   o b s e r v e d   i n   c o n d i t i o n   2   ( C 2 )   s u g g es t s   t h a t   f u r t h e r   i m p r o v e m e n t s   i n   n as a l   tr a c k i n g   a l g o r i t h m s     a n d   m o t i o n   c o m p e n s a t i o n   t ec h n i q u e s   c o u l d   e n h a n c e   r o b u s t n es s   i n   d y n a m i c   e n v i r o n m en t s .   F u t u r e   s t u d ie s     s h o u l d   f o c u s   o n   v a l i d a t i n g   th e   m e t h o d   w i t h   a   l a r g e r   a n d   m o r e   d i v e r s e   d a t a s e t   t o   s tr e n g t h e n   i t s   c l i n i c a a p p l i c a b i li t y .       T ab le  1 .   Per f o r m an ce   ev alu ati o n   o f   s y s tem   u s in g   C AND  in d ex   an d   MA E   S u b j e c t   C1   C2   C3       ( b p m)       ( b p m)   Er r o r   ( b p m)       ( %)       ( b p m)      ( b p m)   Er r o r   ( b p m)       ( %)       ( b p m)      ( b p m)   Er r o r   ( b p m)       ( %)   S1   2 1 . 9 3   2 3 . 3 6   1 . 4 3   9 3 . 4 8   1 7 . 1 3   1 8 . 4 7   1 . 3 4   9 2 . 1 8   2 4 . 8 3   2 5 . 6 4   0 . 8 1   9 6 . 7 4   S2   1 9 . 7 3   2 1 . 5 0   1 . 7 7   9 1 . 0 3   2 1 . 5 6   2 3 . 8 3   2 . 2 7   8 9 . 4 7   2 4 . 5 6   2 4 . 0 0   0 . 5 6   9 7 . 7 2   S3   1 7 . 5 0   1 7 . 0 5   0 . 4 5   9 7 . 4 3   1 7 . 8 3   1 9 . 5 2   1 . 6 9   9 0 . 5 2   9 . 4 8   9 . 0 0   0 . 4 8   9 4 . 9 4   S4   1 8 . 7 8   1 9 . 8 9   1 . 1 1   9 4 . 0 9   2 1 . 5 2   2 4 . 2 5   2 . 7 3   8 7 . 3 1   2 7 . 5 2   2 6 . 4 8   1 . 0 4   9 6 . 2 2   S5   2 1 . 8 7   2 3 . 0 7   1 . 2 0   9 4 . 5 1   2 0 . 4 3   2 1 . 3 5   0 . 9 2   9 5 . 4 9   1 0 . 9 5   1 1 . 0 0   0 . 0 5   9 9 . 5 4   S6   1 7 . 5 6   1 9 . 0 4   1 . 4 8   9 1 . 5 7   2 0 . 6 3   2 1 . 0 0   0 . 3 7   9 8 . 2 1   2 1 . 5 6   2 1 . 6 1   0 . 0 5   9 9 . 7 7   S7   2 0 . 1 3   2 1 . 2 0   0 . 0 7   9 9 . 6 5   2 0 . 5 2   2 1 . 4 2   0 . 9 0   9 5 . 6 1   1 0 . 1 2   1 1 . 0 0   0 . 8 8   9 1 . 3 0   S8   1 7 . 8 3   1 6 . 9 6   0 . 8 7   9 5 . 1 2   2 1 . 1 0   2 0 . 1   1 . 0 0   9 5 . 2 6   1 0 . 7 7   1 2 . 0 0   1 . 2 3   8 8 . 5 8   S9   1 8 . 9 8   2 0 . 5 8   1 . 6 0   9 1 . 5 7   1 9 . 8 5   1 8 . 5 2   1 . 3 3   9 3 . 2 9   1 0 . 1 6   1 0 . 3 3   0 . 1 7   9 8 . 3 3   S 1 0   1 6 . 9 5   1 7 . 4 2   0 . 4 7   9 7 . 2 3   1 7 . 1 2   1 7 . 0 8   0 . 0 4   9 9 . 7 7   3 1 . 5 1   3 0 . 7 1   0 . 8 0   9 7 . 4 6   M E A N   -   -   1 . 0 4 5   9 4 . 5 7   -   -   1 . 2 5 9   9 3 . 7 1   -   -   0 . 6 0 7   9 6 . 0 6       3 . 2 .     Cla s s if ica t io n us ing   k - NN   Af ter   ca lcu latin g   th BR ,   th k - NN  class if ier   was  em p lo y ed   to   ca teg o r ize  th b r ea th in g   s ig n als  in to   th r ee   co n d itio n s tach y p n ea ,   n o r m al,   o r   b r ad y p n ea .   Key   f ea t u r es  u s ed   f o r   class if icatio n   in clu d ed   th n u m b e r   o f   n o r m al  an d   a b n o r m al  cy cl es,  as  well  as  th ca lcu lated   B R   v alu es.  B r ea th in g   cy cles  wer class if ied   as   n o r m al  if   th eir   d u r atio n   r an g e d   f r o m   2 . 5   to   5   s ec o n d s   p er   cy cle;  d u r atio n s   o u ts id th is   r an g wer co n s id er ed   ab n o r m al.   T h k - NN  class if ie r   was  tr ain ed   u s in g   4 1 6   b r ea th in g   s ig n als   co m p r is ed   9 0   b r ad y p n ea ,   2 0 0   n o r m al   b r ea th in g ,   an d   1 2 6   tac h y p n e s ig n als.  T h d ata  was  s p lit   in to   tr ain in g   a n d   test in g   s ets  with   7 :3   r atio .     T o   d eter m in th o p tim al  k   v a lu e,   v alid atio n   ac cu r ac y   was  ca lcu lated   f o r   k   v alu es  b etwe en   1   an d   9 ,   as  s h o wn   in   Fig u r 6 .   B ased   o n   Fig u r e   6 ( a) ,   th m o s ef f ec t iv k   v a lu is   k =1 ,   with   th b est  v alid atio n   ac cu r ac y   o f   1 0 0 an d   tr ain in g   ac cu r ac y   o f   1 0 0 %.  T h is   in d icate s   th at  t h m o d el  ca n   co r r ec tly   class if y   th tr ain i n g   d ata  u s in g   th n ea r est n eig h b o r .   W ith   k =1   s elec ted   a s   th o p tim al  v alu e,   th test in g   ac cu r ac y   o f   th tr ain e d   k - NN  m o d el  was  ass es s ed ,   r esu ltin g   in   test in g   ac cu r ac y   o f   9 9 . 2 %.  T h ese  r e s u lts   d em o n s tr ate  th m o d el s   ab ilit y   to   m ain tain   h ig h   ac c u r ac y   o n   u n s ee n   d at a   T h c o n f u s io n   m atr i x   g e n er ated   b y   th e   k - NN  class if ier   d u r in g   test in g   is   illu s tr ated   in   Fig u r 6 ( b ) .   T h class if ier s   p er f o r m an ce   i s   f u r th er   ass ess ed   b y   ca lcu latin g   ea ch   class Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       N o n - co n ta ct  b r ea th in g   r a te  m o n ito r in g   u s in g   i n fr a r ed   t h ermo g r a p h a n d     ( A n a d ya   G h in a   S a ls a b ila )   677   s p ec if icity ,   s en s itiv ity ,   p r ec is i o n ,   a n d   F1 - s co r e,   as  d etailed   in   T ab le   2 .   T h ese  m etr ics  o f f er   in s ig h i n to   t h m o d el s   ac cu r ac y   in   co r r ec tly   id en tify in g   p o s itiv an d   n e g ativ class e s .   T h r esu lts   in d icate   th at  th k - NN   m o d el  with   th o p tim al  k   v alu is   r eliab le  f o r   clas s if icatio n   ap p licatio n s ,   d em o n s tr atin g   ex ce llen p er f o r m an ce   in   d etec tin g   a n d   class if y in g   d ata.   Ou r   s tu d y   f o c u s ed   o n   class if y in g   t h r ee   r esp ir ato r y   co n d iti ons - n o r m al,   b r ad y p n ea ,   an d   t ac h y p n ea - ac h iev in g   h ig h er   ac cu r ac y   th an   p r ev io u s   r esear ch ,   with   1 0 0 f o r   tr ain in g   an d   v alid atio n ,   an d   9 9 . 2 f o r   test in g .   I n   co n tr ast,  p r io r   wo r k   class if ied   f o u r   co n d itio n s   an d   r ep o r ted   ac c u r ac ies  o f   9 8 . 5 9 ( tr ain in g ) ,   9 9 . 5 %   ( v al id atio n ) ,   a n d   9 8 ( test in g ) .   Fu r th er m o r e,   o u r   s y s tem   was  test ed   u n d er   th r ee   v id eo   d ata  v ar iatio n s ,   in clu d in g   m o v em en t   s ce n ar i o s ,   d em o n s tr atin g   its   r o b u s tn ess   in   d y n am ic  e n v ir o n m e n ts .   T h ese  r esu lts   h ig h lig h t th e   r eliab ilit y   an d   p r ac tical  ap p licab ilit y   o f   o u r   n o n - co n tact  BR   m o n ito r in g   ap p r o ac h .           ( a)   ( b )     Fig u r 6 .   R esu lts   s h o win g   ( a)   ac cu r ac y   v al u es f r o m   1 0 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   o f   th k - NN  class if ier   ac r o s s   v ar io u s   k   v alu es,  an d   ( b )   th c o n f u s io n   m atr ix   g e n er ated   b y   t h k - NN  cla s s if ier   d u r in g   test in g   with   k =1       T ab le  2 .   Statis tical  ev alu atio n   o f   th 1 0 - f o ld   cr o s s   v alid atio n   k - NN  c lass if ier   f o r   ea ch   class   at  k =1   C l a s s   S p e s i f i c i t y   S e n s i t i v i t y   P r e c i s i o n   F1 - s c o r e   B r a d y p n e a   1 . 0 0   1 . 0 0   1 . 0 0   1 . 0 0   N o r mal   1 . 0 0   0 . 9 8 7 2   1 . 0 0   0 . 9 9 3 6   Ta c h y p n e a   0 . 9 8 8 2   1 . 0 0   0 . 9 7 5 6   0 . 9 8 7 6       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   p r esen ts   r eliab le  n o n - co n tact  s y s tem   f o r   m o n ito r in g   r esp ir ato r y   r ate  u s in g   I R T   B y   tr ac k in g   n asal  tem p er atu r e   f lu ctu atio n s   d u r in g   i n s p ir atio n   an d   e x p ir atio n ,   th p r o p o s ed   m eth o d   e f f ec tiv ely   esti m ates  BR   with   h ig h   ac cu r ac y   ac r o s s   d if f er e n co n d itio n s .   T h in teg r atio n   o f   Haa r   C ascad e,   C an n y   ed g d etec tio n ,   an d   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter   en h an ce s   s ig n a q u ality ,   wh ile  k - NN  class if ier   en ab les  r eliab le   class if icatio n   o f   b r ea th i n g   p atter n s .   E x p er im e n tal  r esu lts   d em o n s tr ate  th s y s tem s   s tr o n g   p er f o r m an ce ,   ac h iev in g   C AND  in d ices  o f   9 4 . 5 7 %,  9 3 . 7 1 %,  an d   9 6 . 0 6 %   f o r   s tatio n ar y ,   m o v in g ,   a n d   ab n o r m al  b r ea th in g   co n d itio n s ,   r esp ec tiv ely ,   with   lo MA E .   T h k - NN  class if ier   f u r th e r   v alid ated   its   ef f ec tiv en ess   with   9 9 . 2 %   ac cu r ac y   in   test in g .   T h ese  f in d in g s   h ig h lig h th p o ten tial  o f   I R T   f o r   n o n - in v asiv r esp ir a to r y   m o n ito r in g   i n   clin ical  an d   h o m e   s ettin g s .   Fu tu r wo r k   s h o u ld   f o cu s   o n   o p tim izin g   th e   alg o r ith m   f o r   d iv er s p atie n p o p u latio n s   an d   in teg r atin g   th s y s tem   in to   r ea l - tim h ea lth ca r f r am ewo r k s   f o r   ea r ly   d et ec tio n   o f   r esp ir ato r y   d is o r d er s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   was  s u p p o r ted   b y   th Dep ar tm en o f   B io m ed ical  E n g in ee r in g ,   I n s titu T ek n o lo g i   Sep u lu h   No p em b er   ( I T S),   th r o u g h   th B io m ed ical  E n g in ee r in g   I T 2 0 2 4   R esear ch   Fu n d in g   ( No .   9 6 9 /PKS /I T S/2 0 2 4 ) .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  39 ,   No .   1 ,   J u ly   20 25 669 - 6 8 0   678   AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   An ad y Gh in Sals ab ila                               R ac h m ad   Setiawan                               Nad Fit r iey atu Hik m ah                               Z ain   B u d i Sy u lth o n i                                 C     C o n c e p tu a li z a ti o n   M     M e th o d o l o g y   So     So ftwa re   Va     Va li d a ti o n   Fo     Fo rm a a n a ly sis   I     I n v e stig a ti o n   R     R e so u rc e s   D   :   D a ta Cu ra ti o n   O   :   Wr it in g   -   O ri g in a Dra ft   E   :   Wr it in g   -   Re v iew   &   E d it i n g   Vi     Vi su a li z a ti o n   Su     Su p e rv isi o n   P     P ro jec a d m in istrati o n   Fu     Fu n d in g   a c q u isi ti o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est .       I NF O RM E CO NS E N T   W h av o b tain ed   in f o r m ed   c o n s en t   f r o m   all  in d iv id u als in c lu d ed   in   t h is   s tu d y .       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ata  th at  s u p p o r th f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar av aila b le  o n   r eq u est  f r o m   th co r r esp o n d in g   au th o r ,   N. F.H .   T h d ata,   w h ich   co n tain   in f o r m atio n   th at  co u ld   c o m p r o m is th p r iv ac y   o f   r esear ch   p ar ticip an ts ,   ar n o t p u b licly   a v ailab le  d u to   ce r tain   r estri ctio n s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   D .   D .   Ta r a l u n g a ,   B .   M o n a c u ,   a n d   R .   Ta p u ,   A u t o ma t i c   r e a l   t i m e   d e r i v a t i o n   o f   b r e a t h i n g   r a t e   f r o m   t h e r m a l   v i d e o   s e q u e n c e s,   I FM BE  Pro c e e d i n g s ,   v o l .   6 5 ,   p p .   8 1 - 8 4 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 981 - 10 - 5 1 2 2 - 7 _ 2 1 .   [ 2 ]   P .   Ja g a d e v   a n d   L .   I .   G i r i ,   N o n - c o n t a c t   m o n i t o r i n g   o f   h u ma n   r e s p i r a t i o n   u si n g   i n f r a r e d   t h e r m o g r a p h y   a n d   ma c h i n e   l e a r n i n g ,   I n f r a re d   P h y si c s   and   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 0 4 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n f r a r e d . 2 0 1 9 . 1 0 3 1 1 7 .   [ 3 ]   D .   C .   J.  H o w e l l   a n d   L.   F l o w e r ,   S i g n o f   r e s p i r a t o r y   d i sea s e :   B r e a t h i n g   p a t t e r n s ,   E n c y c l o p e d i a   o f   R e s p i ra t o ry  Me d i c i n e ,     p p .   5 3 5 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / B 0 - 12 - 3 7 0 8 7 9 - 6 % 2 F 0 0 3 5 2 - 5.   [ 4 ]   C .   B .   P e r e i r a ,   X .   Y u 1 ,   M .   C z a p l i k ,   V .   B l a z e k ,   B .   V e n e ma,   a n d   S .   Le o n h a r d t ,   Est i ma t i o n   o f   b r e a t h i n g   r a t e   i n   t h e r ma l   i ma g i n g   v i d e o s:   a   p i l o t   s t u d y   o n   h e a l t h y   h u m a n   s u b j e c t s ,   J o u r n a l   o f   C l i n i c a l   M o n i t o r i n g   a n d   C o m p u t i n g ,   v o l .   3 1 ,   p p .   1 2 4 1 - 1 2 5 4 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 8 7 7 - 016 - 9 9 4 9 - y.   [ 5 ]   C .   B .   P e r e i r a ,   X .   Y u 1 ,   M .   C z a p l i k ,   V .   B l a z e k ,   B .   V e n e m a ,   S .   L e o n h a r d t ,   a n d   D .   T e i c h m a n n ,   M o n i t o r i n g   o f   c a r d i o r e s p i r a t o r y   si g n a l u si n g   t h e r mal   i m a g i n g :   a   p i l o t   st u d y   o n   h e a l t h y   h u ma n   su b j e c t s,   S e n so rs ,   v o l .   2 8 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 1 8 0 5 1 5 4 1 .   [ 6 ]   F .   S .   A .   R e st a ,   R .   S e t i a w a n ,   N .   F .   H i k m a h ,   a n d   R .   A m a l i a ,   N o n c o n t a c t   e l e c t r o c a r d i o g r a sy s t e f o r   ma t t r e sses  u si n g   si l v e r   c o n d u c t i v e   f a b r i c ,   i n   1 1 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   El e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g ,   C o m p u t e S c i e n c e   a n d   I n f o r m a t i c s ,   p p .   3 3 - 3 8 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / EE C S I 6 3 4 4 2 . 2 0 2 4 . 1 0 7 7 6 1 6 2   [ 7 ]   J.  F e i   a n d   I .   P a v l i d i s,  Th e r mi s t o r   a t   a   d i s t a n c e :   u n o b t r u si v e   mea s u r e m e n t   o f   b r e a t h i n g ,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   Bi o m e d i c a l   En g i n e e ri n g ,   v o l .   5 7 ,   n o .   4 ,   p p .   9 8 8 9 9 8 ,   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T B M E. 2 0 0 9 . 2 0 3 2 4 1 5 .   [ 8 ]   N .   F .   H i k ma h ,   R .   S e t i a w a n ,   a n d   M .   D .   G u n a w a n ,   S l e e p   q u a l i t y   a sse ssm e n t   f r o m ro b u s t   h e a r t   a n d   mu s c l e   f a t i g u e   e st i mat i o n   u si n g   su p e r v i se d   mac h i n e   l e a r n i n g ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   I n t e l l i g e n t   E n g i n e e ri n g   a n d   S y s t e m s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   2 ,   p p .   3 1 9 - 3 3 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 2 2 2 6 6 / i j i e s2 0 2 3 . 0 4 3 0 . 2 6 .   [ 9 ]   R .   M u r t h y ,   I .   P a v l i d i s,  a n d   P .   Ts i a m y r t z i s ,   T o u c h l e ss  m o n i t o r i n g   o f   b r e a t h i n g   f u n c t i o n ,   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   I EE En g i n e e r i n g   i n   Me d i c i n e   a n d   Bi o l o g y   S o c i e t y   ( I EEE,   2 0 0 4 ) ,   p p .   1 1 9 6 1 1 9 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I EM B S . 2 0 0 4 . 1 4 0 3 3 8 2 .   [ 1 0 ]   R .   G .   S o t o ,   E.   S .   F u ,   H .   V i l a ,   a n d   R .   V .   M i g u e l ,   C a p n o g r a p h y   a c c u r a t e l y   d e t e c t a p n e a   d u r i n g   m o n i t o r e d   a n e t h e si a   c a r e ,   An e s t h .   A n a l g . ,   v o l .   9 9 ,   n o .   2 ,   p p .   3 7 9 3 8 2 ,   2 0 0 4 ,   d o i :   1 0 . 1 2 1 3 / 0 1 . A N E. 0 0 0 0 1 3 1 9 6 4 . 6 7 5 2 4 . E7 .   [ 1 1 ]   L.   M a u r y a a ,   P .   M a h a p a t r a b ,   a n d   D .   C h a w l a ,   N o n - c o n t a c t   b r e a t h i n g   m o n i t o r i n g   b y   i n t e g r a t i n g   R G B   a n d   t h e r mal   i m a g i n g   v i a   R G B - t h e r m a l   i ma g e   r e g i st r a t i o n ,   Bi o c y b e r n e t i c a n d   B i o m e d i c a l   En g i n e e ri n g ,   v o l .   4 1 ,   p p .   1 1 0 7 - 1 1 2 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . b b e . 2 0 2 1 . 0 7 . 0 0 2 .   [ 1 2 ]   C .   B .   P e r e i r a ,   X .   Y u 1 ,   M .   C z a p l i k ,   V .   B l a z e k ,   B .   V e n e ma,   a n d   S .   L e o n h a r d t ,   R e m o t e   m o n i t o r i n g   o f   b r e a t h i n g   d y n a m i c s   u s i n g   i n f r a r e d   t h e r mo g r a p h y ,   Bi o m e d i c a l   O p t i c Ex p ress ,   v o l .   6 ,   p p .   4 3 7 8 4 3 9 4 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / B O E. 6 . 0 0 4 3 7 8 .   [ 1 3 ]   A .   D .   D r o i t c o u r   e t   a l . ,   N o n - c o n t a c t   r e sp i r a t o r y   r a t e   m e a s u r e m e n t   v a l i d a t i o n   f o r   h o sp i t a l i z e d   p a t i e n t s,   I n   Pro c e e d i n g o f   t h e   I EEE  En g i n e e r i n g   i n   Me d i c i n e   a n d   Bi o l o g y   S o c i e t y ,   M i n n e a p o l i s ,   M N ,   U S A ,   2 6   S e p t e m b e r   2 0 0 9 ;   p p .   4 8 1 2 4 8 1 5 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I EM B S . 2 0 0 9 . 5 3 3 2 6 3 5 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.