脑电信号情绪识别研究综述

情绪识别是指通过人的面部表情、行为动作或者生理信号等信息识别人的情绪状态,其成果在医疗辅助、教育、交通安全等方面有很大的应用价值.由于脑电信号的客观真实性等特点,使用脑电信号进行情绪识别研究受到国内外学者们的广泛关注.查阅了大量脑电情绪识别相关文献并进行归纳、分析和总结.首先,对情绪以及情绪识别的定义、情绪的分类模型、...     

基于多时窗共空间模式的HMM运动想象脑电识别

运动想象脑电具有识别效果不佳及复杂时序信号建模困难的问题;提出一种基于多时窗共空间模式的隐马尔可夫模型运动想象脑电识别方法,首先将运动想象脑电划分为多个短时窗信号,然后使用共空间模式提取特征序列,以滤除脑电通道间的冗余信息,最后采用前向-后相算法与Viterbi算法求解隐马尔可夫模型并完成分类识别;将本文方法在公开运动想象脑电数据集上进行实验,得到77.17%的分类正确率,相较隐马尔可夫模型算法提升了5.74%,验证了所提方法的有效性。     

基于数据空间自适应与共空间模式的脑电情感分类

为缓解日间脑电信号波动和差异导致情感分类性能下降的问题,在数据空间自适应(DSA)与共空间模式(CSP)迭代的基础上,提出一种用于脑电情感分类的特征提取算法。针对12个受试者连续5 d的情感脑电信号,采用DSA算法对脑电信号进行空间线性变换,再使用CSP将脑电信号变换到最优子空间,提取日间差异最小且类间差异最大的脑电功率谱密度特征及微分偏侧与差异因果特征。实验结果表明,该算法能提高脑电信号情感分类的准确率和稳定性。     

集成胶囊网络的脑电情绪识别

为了充分提取脑电信号多频带的时频信息和保留导联空间分布的位置信息,提出了一种基于集成胶囊网络的情绪识别模型.对预处理过的脑电信号进行小波包特征提取,并将Theta、Alpha、Beta、Gamma四个频带的小波系数能量值填充于根据导联空间分布映射的稀疏矩阵中,拼接构成多频带特征矩阵,通过胶囊网络对特征数据进行训练,对不...     

基于脑电的虚拟现实诱发下情绪状态分类

情绪在歌唱活动中发挥着重要作用,但现阶段高校声乐课程缺乏对情绪调动的有效训练。由于虚拟现实技术具有真实性、沉浸性的特征,本文提出将其应用于声乐教学过程中的情绪诱发阶段。为了验证虚拟现实技术对情绪诱发的有效性,本文提取了不同类型的脑电特征,对情绪自我想象和虚拟现实情绪诱发两种场景下的情绪状态进行分类,并对比了情绪分类准确率、情绪自评分数和声乐自评分数,从主观和客观两方面探究虚拟现实技术对参与者情绪调动的影响。实验结果表明,相比于传统自我想象,虚拟现实技术可以极大地诱发参与者情绪,提升演唱效果,从而为声乐演唱教学提供一种新的辅助手段。     

融合共空间模式与脑网络特征的EEG抑郁识别

提出共空间模式算法和脑网络拓扑属性融合的脑电信号（electroencephalography,EEG）特征,结合深度学习模型时序卷积网络（temporal convolution network,TCN）对抑郁组和对照组进行分类。根据相位锁值构建电极通道间相位同步性功能网络,分析不同频段下两种类别的功能连接模式。采用多特征融合方法将共空间模式特征和脑网络拓扑特征结合起来,最后结合Fisher score特征选择方法和分类器依赖结构,得到低维高效的特征子集并应用TCN进行分类。在抑郁数据集上的实验结果验证了所提策略的有效性。     

基于多通道脑电信号的因果网络情绪识别

情绪是由大脑内多个通道共同作用产生的,格兰杰因果检验作为情绪识别的主流方法,在计算任意2个通道之间的因果关系时容易忽略其他通道的影响。面向多通道脑电信号,提出一种基于条件格兰杰因果检验（CGC）的因果网络情绪识别方法。利用CGC算法计算不同情绪下大脑全通道的因果关系,据此构建因果网络,并通过分析各通道的入/出度和介数拓扑属性找到关键通道,得到简化的因果网络进行情绪识别。将节点之间的因果连接关系作为特征分别输入SVM和KNN分类器进行分类训练,实验结果表明,简化网络的识别率分别为75.3%和78.4%,验证了所提方法的有效性。     

基于SVM-KNN算法的情绪脑电识别

情绪识别与日常生活的诸多领域都有很大联系.然而,通过单一算法难以获得较高的情绪识别准确率,为此,提出一种基于支持向量机(support vector machine,SVM)和K近邻(K-nearest neighbors,KNN)融合算法(SVM-KNN)的情绪脑电识别模型.在情绪分类时,首先计算待识别样本与最优分类...     

基于共同空间模式的情感脑电信号的空域特征提取

为了改善基于脑电(EEG)的情感分类性能,提高多分类情况下的识别准确率,提出 了一种基于共同空间模式(CSP)的空域滤波算法。首先使用传统的CSP 方法设计空域滤波器, 并通过该滤波器对3 种情感类型(即积极、中性和消极)的EEG 信号进行线性投影,以提取空域 特征。此外,考虑到传统近似联合对角化(JAD)算法是使用“得分最高的特征值”准则进行特征向 量的选择,该情况可能导致无法有效区分多分类的情感状态,因此针对最高分特征值位置存在 的所有可能情况设计了不同的特征值选择方法。对实验室自主采集数据集,使用支持向量模型 (SVM)作为分类器进行对比实验。结果表明基于CSP 的空域特征提取方法在三分类情感识别中 平均准确率达到了87.54%,证明其在情感识别应用中具有可行性。     

基于脑电信号的情感识别研究

针对如何提高脑电信号情感识别的正确率这一问题,在得到的原始脑电信号进行分频带特征提取后,一方面采用支持向量机、K近邻算法、朴素贝叶斯和神经网络算法对小波熵、近似熵、功率谱密度、微分熵,进行训练和分类学习;另一方面,基于四种不同的电极放置方式,对微分熵特征采用支持向量机和经遗传算法参数寻优的支持向量机算法进行训练。结果显示,在12通道条件下能够得到91.99%的总体准确率,最高情感识别准确率已经达到97.59%。研究结果表明,减少电极可以获得较高的情感识别分类结果,并且采用参数寻优后的支持向量机算法能够有效提升准确率。     

结合空间显著性的融合单演二元模式面部情感分类

针对图像Gabor变换计算代价和存储空间开销较高的问题, 提出一种基于单演信号分析的人脸表情描述方法。该方法首先采用单演信号分析将人脸图像分解为单演幅度、相位和方向三个图像, 并将其划分为多个矩形块子区域; 然后在三幅图像的子区域上提取相应的由空间显著性加权的单演幅度、相位和方向二元模式特征直方图; 最后将结合了空间显著性的三个加权特征进行融合增强特征的可分辨性。在JAFFE人脸表情数据库上的实验结果表明, 该方法能有效提取人脸表情特征, 提高人脸表情的识别率。与基于Gabor的特征相比, 提出的方法具有更高的准确率和较低的特征维度。     

基于ERS/ERD的二级共空间模式的运动想象脑电信号特征提取

针对多类运动想象EEG信号在脑-机接口方面存在分类识别率低和被试者差异性的问题,提出了一种基于ERS/ERD现象的二级共空间模式特征提取的方法。首先对全部导联进行特定频段的小波包降噪和分解;其次对分解系数重构后的信号以手(左、右)和脚(脚、舌)这二类进行一级共空间模式获取空间滤波器并对其采用2-范数筛选准则,提取权重系数较大的N个导联;然后以优化导联的投影矩阵对手与脚进行空间滤波后的信号分别作为原始信号进行二级空间模式特征提取;最后采用支持向量机进行分类。采用BCI2005Ⅲa中三位被试者的数据进行仿真验证,得到分类正确率最高达到92.55%。结果表明,该方法对EEG信号的特征提取具有较好的效果。     

重度抑郁症患者脑功能网络的分类研究

为了构建辅助诊断模型,为抑郁症的诊断提供一个新的方法,以提高抑郁症诊断的准确率。在连续的阈值空间(8%～32%)内构建所有被试的功能脑网络并使用复杂网络理论对抑郁症患者的脑网络进行分析,力求提取出可以从各个维度来表征抑郁症患者的脑网络的特征值,采用不同的属性组合并使用SVM分类算法对所有被试进行分类研究,结果发现将全局属性与局部属性组合作为分类特征得到的分类正确率最高,因此该方法可以用于抑郁症的辅助诊断中。     

基于传递熵关键因果连接的情感识别方法

人脑在情绪活动中呈现的信息流是复杂多变的,因此理解脑区间的动态交互过程至关重要,但是基于原始脑电信号构建的情绪网络包含了许多与情绪无关的冗余信息.针对此问题,提出一种在不丢失关键因果信息的前提下去除情绪无关网络连接的方法,并验证其在情感识别过程中的有效性.首先,基于传递熵因果分析方法对积极、中性和消极情绪构建归一化传递熵矩阵,再从积极、消极情绪矩阵中减去中性情绪矩阵,最后基于简化后的矩阵构建因效性脑网络并利用图论分析不同情绪的网络连通性.通过在DEAP数据集上的验证发现,该方法有效地提高了情感识别准确率.     

精神分裂症患者工作记忆EEG功能网络属性分析

精神分裂症与一些认知障碍如信息处理、工作记忆等联系紧密,研究工作是记忆任务中精神分裂症患者与正常人的多通道脑电在各个阶段、各个频段存在哪些显著性差异,可为精神分裂症的诊断提供依据。使用相位锁值（Phase Locking Value,PLV）来量化任意两个电极通道之间的相位同步性,构建脑功能网络的关联矩阵,计算不同稀疏度下脑网络的全局属性以及局部属性曲线下面积,在同一阶段、同一频段下对精神分裂症患者和正常人得到的属性值进行非参数检验,找出差异显著的属性及节点,将对应值作为特征训练SVM分类器,进而将精神分裂症患者和正常人分类。属性分析结果表明,工作记忆任务中[θ]和[α]频段发挥主要作用的脑区集中在右侧额叶区和枕叶区,[γ]频段相关的脑区集中在顶叶区;精神分裂症患者额叶右侧区域与枕叶区电极间[θ、][α]波相关性低于正常人,而其顶叶区电极间[γ]波的相关性高于正常人。     

基于Elman神经网络的语音情感识别应用研究

针对语音情感的动态特性,利用动态递归Elman神经网络实现语音情感识别系统。通过连接记忆上时刻状态与当前网络一并输入,实现Elman网络模型的状态反馈。基于此设计了语音情感识别系统,该系统能在后台修改网络类型,并实现单语句与批量语句识别模式。针对系统进行语音情感识别实验表明,基于Elman神经网络的语音情感识别在同等参数模型设置前提下优于BP神经网络识别效果,且BP神经网络参数设置较Elman网络敏感。     

基于图神经网络多模态融合的语音情感识别模型

目前,基于多模态融合的语音情感识别模型普遍存在无法充分利用多模态特征之间的共性和互补性、无法借助样本特征间的拓扑结构特性对样本特征进行有效地优化和聚合,以及模型复杂度过高的问题。为此,引入图神经网络,一方面在特征优化阶段,将经过图神经网络优化后的文本特征作为共享表示重构基于声学特征的邻接矩阵,使得在声学特征的拓扑结构特性中包含文本信息,达到多模态特征的融合效果;另一方面在标签预测阶段,借助图神经网络充分聚合当前节点的邻接节点所包含的相似性信息对当前节点特征进行全局优化,以提升情感识别准确率。同时为防止图神经网络训练过程中可能出现的过平滑问题,在图神经网络训练前先进行图增强处理。在公开数据集IEMOCAP 和RAVDESS上的实验结果表明,所提出的模型取得了比基线模型更高的识别准确率和更低的模型复杂度,并且模型各个组成部分均对模型性能提升有所贡献。     

分段复合多尺度模糊熵和IGWO-SVM的脑电情感识别

为提高脑电的情感识别率,提出了分段复合多尺度模糊熵算法,采用分段粗粒化和计算复合多尺度模糊熵的策略,使提取特征较好地解决了数据缺失和计算不准确的问题;同时构造了应用余弦非线性收敛因子和动静态位置更新的灰狼算法优化支持向量机分类模型。为证明所提两种算法的有效性,进行了仿真实验验证,并在公开DEAP数据库下与几种常见的支持向量机优化模型比较脑电的情感识别率,结果表明在提出的模型下,效价、唤醒度、优势度、喜欢度的平均识别率分别为87.27%、87.81%、89.06%、87.58%,均高于其他算法。另外对比了高/低喜欢度下效价和唤醒度的分类,实验表明喜欢度低时情感识别率较高。