基于无阈值递归图和深度残差网络的脑电信号情感识别

提出基于无阈值递归图和深度残差网络相结合的脑电信号情感识别方法。基于非线性动力学理论,将脑电信号转化为无阈值递归图,克服了传统递归图分析中阈值选取的问题,同时脑电信号非线性特征被映射到二维平面。通过深度残差网络实现特征图非线性特征的自动提取,建立情感脑电分类模型,实现了单导联脑电信号情感识别。为进一步提高识别精度,联合四个单导联识别结果,采用“投票法”完成多导联脑电信号情感状态的联合识别。仿真结果表明,对Fp1、Fp2、F3、F4单导联脑电信号情感识别,平均准确率分别为93.82%、93.62%、94.54%、92.92%;多导联平均准确率为94.95%,提高了识别的准确率,具有很大的实用价值。     

基于多特征和BP神经网络的脑-机接口研究

研究了一种基于运动想象识别的脑-机接口(BCI)系统,通过提取想象过程中的脑电信号(EEG)中Alpha波特征,采用多特征分类的方法,以提高脑-机接口系统运动想象识别的正确率。针对脑电信号单特征分类精确度低、耗时长等缺点,采用自回归模型法、统计特征提取和频域分析的方法对Alpha波提取多个特征值,利用BP神经网络进行分类,对运动想象进行识别。通过实验验证了其识别率较高,取得了预期的效果,证明了多特征融合结合BP神经网络运用于脑机接口系统的可行性。     

基于BP神经网络的多类运动想象脑电信号识别系统研究

脑电信号识别指令多设定为单目标,导致系统误识率高,为此研究基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的多类运动想象脑电信号识别系统。通过电极帽与脑电采集板的构建与搭接,完成系统硬件的设计;进行BP神经网络多目标识别指令集群的接入,同时利用分段BP神经网络功能识别模块增强系统的识别控制能力,完成系统软件的设计。最终的测试结果表明:对上述系统进行3个阶段,5组测试之后,系统在第3阶段的脑电波误识率明显控制在2%以下,系统的误识别率较低,具有较高的识别应用价值。     

多类运动想象脑电信号特征提取与分类

针对多类运动想象情况下存在的脑电信号识别正确率比较低的问题,提出了一种基于小波包特定频段的小波包方差,小波包熵和共同空间模式相结合的脑电信号特征提取的方法,并将特征向量输入到支持向量机中达到分类的目的;首先选择重要导联的脑电信号,进行特定频段的小波包去噪和分解;其次对通道优化的重要导联的每个通道信号计算小波包方差和小波包熵值作为特征向量;然后对所有重要导联的分解系数重构并进行共同空间模式特征提取;最后结合2种不同导联方式所获取的特征向量作为分类器的输入进行分类;采用BCI2005desc_IIIa中l1b数据进行验证,该算法的分类正确率最高达到88.75%,相对2种单一的提取方法分别提高28.27%和6.55%;结果表明该算法能够有效提取特征向量,进而改善多类识别正确率较低的问题。     

基于脑电信号的情绪特征提取与分类

情绪作为人脑的高级功能,对人们的个性特征和心理健康有很大的影响,利用网上公开的脑电情绪数据库(Deap数据库),根据心理较价和激励唤醒度等级进行情绪划分,对压力和平静两种情绪进行研究分析。在利用db4小波分解与重构算法分解信号的基础上,根据左右脑脑电在产生情绪时脑电信号非对称性的特点,提出一种新的情感特征提取方法,通过计算右侧导联的微分熵值除以左、右对称导联的微分熵之差与右侧导联的微分熵值除以左、右对称导联的微分熵之和,提取出脑电信号的不对称熵特征。利用遗传算法优化的支持向量机对情绪分类识别,平均识别率为88.625%,对比传统特征的分类识别率,利用不对称熵特征的分类识别率有明显提高。     

运动想象脑电信号识别研究

通过对运动想象脑电信号的分类,对受试者进行身份识别。采用一种盲源分离算法——二阶盲辨识对运动想象脑电信号进行处理,提高运动想象脑电信号的信噪比,进而采用Fisher距离对处理后的信号进行特征提取,最后采用BP神经网络对特征集进行分类,从而实现对受试者的身份识别。对3位受试者的4类运动想象脑电信号分别进行了分类识别,结果显示,4类运动想象脑电信号的识别率均达到80％左右,其中最高的是想象舌动脑电信号,其识别率达到88.1％,这在类似研究中属于较高的水平。     

多任务运动想象脑电特征的融合分类研究

针对运动想象脑-机交互任务模式单一、识别精度低、实用性较差等问题,采用改进的共空间模式（CSP）的特征提取方法,并利用支持向量机（SVM）与CSP融合分类方法对多类任务运动想象脑电特征进行分类识别。首先,选择特定导联上的脑电信号进行小波分解与重构,去除冗余信息;其次,利用特征参数做差的方法,得到较为明显的脑电特征;最后,通过SVM融合CSP的分类模式,对脑电特征进行多任务分类。利用BCI竞赛数据,对左手,右手,舌和脚四类运动想象任务的脑电进行识别。结果表明：分类正确率最高达到90.9%,平均正确率为86.8%,Kappa系数为0.8867,信息传输速率可达0.68 bit/trial,能够有效的获得脑电特征并较好的实现多任务运动想象脑电识别。     

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...     

基于经验模态分解和SVM的脑电信号分类方法

脑电信号的非线性、非平稳性造成对运动想象脑电信号的分类识别存在特征提取困难、可区分性低以及分类识别性能差等问题。本文提出一种基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)和支撑向量机(Support Vector Machine, SVM)的运动想象脑电信号分类方法,充分利用EMD算法在处理非线性、非平稳信号的自适应性以及SVM在小样本条件的高识别性能和强泛化能力。首先利用EMD算法将C3、C4导联信号分解为一系列本征模函数(Intrinsic Mode Function, IMF),然后从IMF的信息和能量等维度提取特征将脑电信号转换至区分性更强的特征域,最后利用SVM进行分类识别。采用国际BCI竞赛2003中的Graz数据进行验证,所提方法可以得到94.6%的正确识别率,为在线脑-机接口系统的研究提供了新的思路。     

基于运动想象脑电信号的导联排序研究

为在脑机接口系统BCI(brain-computer interface)中有效选择导联进行特征提取和分类提供依据,研究了基于运动想象脑电信号的导联排序.根据公共空间模式算法CSP(common spatial pattern)原理提出了一种导联排序方法--基于协方差和主成分分析的排序算法CPSorting(covariance and principal component sorting),并研究了运动想象脑电信号MI(motor imagery)导联的排序情况以及排序靠前的导联对分类的贡献.利用公共空间模式算法对CPSorting排序后导联的数据提取特征,再分别应用支持向量机SVM和K近邻算法KNN进行分类.实验结果表明了该排序算法能有效地对基于运动想象脑电信号的导联进行排序.     

基于PCA串并融合的多路心音特征表征方法

多路心音信号不仅比单路心音信号涵盖更多关于总体的特征,而且能够弥补单路心音数据携带的信息量可能不充分的缺陷。利用笔者自主设计的4路心音传感器,初步建立一个小型4路心音数据库。基于这个数据库,首先阐明多路心音信号的特点,论述心杂音与听诊位置的关系;然后分别提取心音的单路和4路能量熵系数、4路心音互信息作为有效特征数据集,利用PCA对能量熵特征进行降维处理,获得串行特征;将相关性特征和互信息特征从实向量空间拓展到复向量空间,进行并行融合,获得并行特征;最后将串行并行特征再次融合成为多元优化组合特征。这种融合策略,具有针对性强,凸显差异性的优点。仿真实验结果表明,由多路心音信号获取的多元优化组合特征表征效果明显优于单路心音信号的特征表征效果,不仅有益于分类模型的构建,而且对实现先心病的快速筛查,提高分类识别率具有积极的意义。     

单通道脑电信号眼电伪迹去除算法研究

由眨眼和眼动产生的眼电伪迹（Electrooculography,EOG）信号是脑电信号（Electroencephalography,EEG）中的主要噪声信号之一.目前,多通道脑电信号中眼电伪迹的去除算法已经较为成熟.而在单通道脑电信号的眼电伪迹去除中,由于采集通道数量较少且缺乏参考眼电信号,目前尚无十分有效的去除方法.本文提出一种基于小波变换（Wavelet transform,WT）、集合经验模态分解（Ensemble empirical mode decomposition,EEMD）和独立成分分析（Independent component analysis,ICA）的WT-EEMD-ICA单通道脑电信号眼电伪迹去除算法.实验表明:WT-EEMD-ICA算法有效地解决了单通道WT-ICA算法中的超完备问题,能够有效去除单通道脑电信号中的眼电伪迹,并且分离出的眼电伪迹成分与参考通道采集的眼电信号相关性较强.     

分层向量自回归的多通道脑电信号的特征提取研究

有效的特征提取方法能提高脑机接口（Brain-computer interface,BCI）系统对脑电（Electroencephalogram,EEG）信号的识别率.因脑电信号都是多通道的,本文将分层向量自回归（Hierarchical vector autoregression,HVAR）模型用于脑电信号的特征提取,并结合传统的线性支持向量机（Support vector machine,SVM）用于脑电信号识别.该模型不仅克服了自回归（Autoregression,AR）模型只能用来提取单通道特征的局限性,而且不再采用传统VAR（Vector autoregression）模型所有通道共用一个时滞的处理方法.创新之处在于在传统的VAR模型基础上添加正则化思想,有效地压缩参数空间,实现合理的分层结构.本文首次将HVAR模型用于由Keirn等采集并整理的脑电数据中.实验结果证明HVAR模型在阶数较小的情况下（2阶）与阶数较大（6阶）的AR模型效果相当,可见低阶的HVAR能很好地刻画脑电信号的时空关联关系,这说明HVAR可能是刻画EEG信号的一种新颖的方法,这对其他多通道时间序列分析都有借鉴意义.     

抑郁症患者脑电复杂度的小波熵分析

应用小波熵理论分析抑郁症患者和健康人在安静和心算任务下自发脑电信号的复杂度：分别采集10例抑郁症患者和10例正常人在安静闭目和闭眼心算连减两种状态下的16导联脑电信号;计算这四组脑电数据的小波熵,并进行对比和统计分析。结果表明,抑郁症患者和正常人自发脑电的小波熵有着显著的差异：（1）在相同状态下,抑郁症患者各导联脑电的小波熵大于正常人对应导联的小波熵;（2）对同一个人,安静闭目状态下各导联脑电的小波熵大于心算连减状态下对应导联的小波熵。结论可为抑郁症的诊断提供参考。     

基于3CNN-BiGRU的睡眠自动分期研究

针对单通道脑电信号睡眠自动分期效率和准确率问题，提出采用三尺度并行卷积神经网络提取睡眠信号特征和双向门控循环单元学习睡眠阶段之间内部时间关系的3CNN-BiGRU睡眠自动分期模型。首先对原始单通道脑电信号进行带通滤波处理，并采用合成少数类过采样技术进行类平衡，然后送入搭建的模型中进行训练和验证实验，其中采用预训练和微调训练对模型进行优化，采用10次和20次交叉验证提高训练可靠性。不同数据集下的不同模型对比实验结果表明，3CNN-BiGRU模型取得了更高的训练效率和更好的分期准确率。     

基于脑电多特征融合的癫痫发作预测方法

癫痫的发作会给患者的身体和精神造成极大的创伤,对癫痫发作的准确预测可以及时协助医生对患者采取治疗措施.为了准确预测癫痫发作,提出脑电特征和多通道脑电交互特征相融合的癫痫发作预测方法.首先,提出多尺度符号化排列传递熵对多通道脑电信号交互信息进行分析,生成同步矩阵,并通过显著性分析筛选与癫痫发作相关的重要脑电通道,减少不必要特征对分类的干扰;然后,对筛选通道后的脑电信号生成表征脑电信号特征的功率谱密度能量图(PSDED)和描述脑通道交互特征的同步矩阵图(SMD),将两个特征图融合,采用深度卷积神经网络(DCNN)对癫痫患者脑电信号进行分类识别,提高学习能力和泛化能力,分类准确率可达到96.825%;最后,在分类的基础上采用预测评价系统对癫痫发作预测性能进行评估,癫痫发作预测范围(SPH)为10 min和发作发生期(SOP)为10 min时,预测敏感性达到96.66%,误检率可达到0.03/h;当SPH为30min,SOP为10 min时,预测敏感性达到93.17%,误检率可达到0.05/h.与现有研究结果相比较,所提出方法具有较好的预测敏感度和较低的误检率.     

基于改进的单通道对称正交化FastICA的间谐波检测方法

针对电力系统中间谐波检测的问题,提出一种基于改进的单通道对称正交化FastICA的间谐波估算算法.该算法首先对单通道电力系统混合信号进行循环平移,构造出多道观测信号,通过主成分分析法对其进行降维处理;其次利用改进的对称正交化FastICA算法对多个独立成分并行估计,分离出基波、谐波和间谐波信号频率;最后应用最小二乘法对谐波和间谐波幅值和相位进行估计.仿真结果表明,该方法可以较准确地检测出各次谐波和间谐波的频率、幅值和相位,较之FastICA算法,该算法不需任何先验知识,收敛速度快,检测精度高.     

多通道连续卷积神经网络脑电信号情绪识别

针对不同个体的脑电信号差异大且易受到环境因素影响的问题, 结合去基线干扰及脑电通道选择方法, 提出一种基于连续卷积神经网络的情绪分类识别算法. 首先进行基线信号的微分熵(differential entropy, DE)特征的选取研究, 将数据处理为多通道输入后使用连续卷积神经网络进行分类实验, 然后选择最佳电极个数. 实验结果表明, 将实验脑电信号微分熵与被试者实验脑电前一秒的基线信号微分熵的差值映射为二维矩阵后, 在频率维度组合为多通道的形式作为连续卷积神经网络的输入, 在22通道上唤醒度和效价的分类平均准确率为95.63%和95.13%, 接近32通道的平均准确率.