基于经验模态－小波包分解和卷积神经网络的 Ｐ３００ 脑电信号分类研究

针对P300脑电信号信噪比低、随机性强及个体差异性大等问题,本文提出了一种将经验模态分解（EMD）和小波包分解（WP）相结合的滤波方法,并使用改进的卷积神经网络（CNN）对脑电信号进行分类识别。首先利用经验模态分解算法将原始脑电信号分解成若干个本征模函数（IMF）分量,并对每个分量进行频谱分析以去除主频段在0~30Hz以外的分量;然后,对保留的IMF分量进行小波包分解,根据P300电位的有效时频信息,选择合适的频段进行重构,再将重构后的各个本征模函数叠加,得到经过滤波后的脑电信号;最后,设计合适的卷积神经网络结构,对P300信号进行分类识别。本文使用国际BCI竞赛数据集对提出的方法进行验证。实验结果表明,两名被试的分类准确率分别为97.78%、95.56%,说明该方法能够有效的改善P300信号的识别效果（相比其他方法至少提升了2.78%,1.39%）,为进一步提高基于P300信号的脑机接口系统的性能提供了一种新的有效的途径。     

基于小波包分解的虹膜识别算法

特征提取是虹膜识别的关键技术;由于虹膜图像具有丰富的纹理,提出了基于小波包分解的虹膜识别算法。小波包分解不仅包含了图像的低频部分而且还保留了高频部分,它能够有效地提取虹膜纹理特征,并按hamming距离对虹膜进行匹配。实验结果表明,该算法具有良好的鲁棒性。     

融合小波包变换的一维ＭｏｂｉｌｅＮｅｔ癫痫脑电信号识别

针对目前传统神经网络内存需求大,运算量大,在移动端或嵌入式设备上运行困难等问题,提出了一种融合了小波包变换的轻量级卷积神经网络模型,用于癫痫脑电信号识别的研究。根据癫痫脑电信号的特性,首先采用小波包变换将脑电信号分成三个频段,然后运用改进的一维MobileNet训练、分类。同时引入超参数宽度因子α,通过改变宽度因子的大小以调整模型的深度。实验结果表明,当一维MobileNet模型的宽度因子α选取为0.75时,最终准确率达到100%,其模型的计算量和参数量分别为56.1M和1.24M。与现有的癫痫EEG信号识别方法比较,此模型在准确率、参数量、计算量方面均有不错的表现。     

基于三层小波包分解的陀螺仪故障诊断

通过三层小波包分解将陀螺仪的输出信号进行分解,对分解得到的八个不同频段上的节点进行特征提取,提取后的8维特征向量作为神经网络的输入.对RBF神经网络进行训练,训练后的神经网络进行故障诊断.对神经网络进行测试,经测试当系统输入向量存在故障时,系统可以准确的诊断出故障类型.     

基于小波包和神经网络的瓦斯传感器故障诊断

针对瓦斯传感器常见的故障,提出了基于小波包和神经网络的故障诊断方法.通过对瓦斯传感器的输出信号进行三层小波包分解,得到8个不同频段的分解信号,再对其进行特征提取得到一个八维的特征向量,作为故障样本对三层神经网络进行训练,建立故障类型分类器,对瓦斯传感器故障进行诊断.仿真结果表明:该方法可以准确地诊断出故障类型.     

基于小波包分解的时变脑电节律提取

研究从时变非平稳脑电信号中提取脑电动态节律的新方法。首先用小波包分解构造不同频率特性的时变滤波器以提取各种时变的脑电节律,研究临床脑电信号瞬时变化。在此基础上测试并分析两种不同功能状态下的脑电信号,并由此构造各种节律的时变脑电地形图。实验结果表明,小波包分解可以有效提取脑电不同节律的动态特性,此方法也适用于分析其他生物医学信号。     

小波包分解与神经网络风机齿轮箱故障诊断

齿轮箱作为风机传动系统重要的机械部件长期工作在恶劣环境中易于发生故障。针对风机齿轮箱产生的振动信号具有非平稳、瞬态、不确定性、以及外界干扰因素等特点,提出了小波包与改进的BP神经网络相结合方法。首先提取原始振动信号的时域波形,利用小波包对于时域特征值进行分解,将小波包分解后的子频带能量进行归一化计算,并作为BP网络的输入特征向量,其次创建BP故障模型,通过改进的优化算法对神经网络的权值和阈值进行全局寻优,最终使得对故障类型进行精确的判断,提高了故障诊断效率。仿真结果比较了两种优化算法的性能指标,得出改进的蚁群算法(MMA)优化算法识别精度更高,误差相对较小,收敛速度更快,验证了方法的有效性和可靠性。     

基于遗传小波神经网络的白酒识别电子鼻

为研究不同品质白酒快速识别的电子鼻技术,利用自制的电子鼻采集四种白酒样品的气味数据,建立了BP神经网络分类模型。针对BP算法普遍存在的收敛速度慢、易陷入局部极小且网络参数需要人工设定的缺陷,提出一种将遗传算法的自适应全局优化搜索能力、小波分析的非线性逼近能力和BP算法自学习能力结合在一起的遗传小波神经网络白酒识别模型。仿真结果表明,与BP神经网络和小波神经网络相比,GA-WNN分类模型的收敛速度和分类准确率都得到了较大提高,可应用于白酒识别电子鼻。     

小波包熵和BP神经网络在意识任务识别中的应用

探索了小波包熵和BP神经网络在识别左右手想象运动中的作用.采用脑-机接口2003竞赛中Graz科技大学提供的脑电数据,计算C3、C4电极8～16Hz频带脑电信号的小波包熵,将其作为反应想象左右手运动的特征量,用BP神经网络对大脑想象左右手运动任务进行分类,最大分类正确率可达88.57%,与使用线性判别式算法分类结果相比,效果更好.脑电信号小波包熵随时间的变化与事件相关去同步和事件相关同步现象相一致,可在线识别左右手想象运动,为大脑运动意识任务的特征提取及肢残患者的临床康复提供了新思路.     

基于小波包分解的图像同态增强

提出了一种基于小波包分解的图像同态滤波增强算法,它克服了传统二维同态滤波的方向对称性,可以形成任意形状的滤波器,进而可以充分利用图像本身的细节特征,对不同方向的图像细节特征进行合理的处理,达到更好的图像增强效果。     

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。     

共空间模式结合小波包分解的脑电情感分类

为了有效缓解不同受试者跨天试验间脑电信号差异对分类性能的影响,结合共空间模式和小波包分解算法,对12个受试者连续5天的脑电波数据进行空间滤波处理和时频域上小波包能量特征提取。采用Bagging tree、SVM、LDA和BLDA模型进行情感分类实验。实验结果表明,使用SVM和BLDA分类器对该算法提取的脑电特征进行两类情感分类的精度比目前最优的结果分别提高了4.4%和3.5%,有效地提高了跨天脑电情感分类的准确率和稳定性,对于开发鲁棒的情感脑-机接口应用具有一定价值。     

基于CBLSTM算法的脑电信号特征分类

由于传统的脑电信号分类方法识别率较低,且识别率随着脑电信号类别的增加逐渐下降,针对脑电信号时空特征结合的特点,设计了一个多层的卷积双向LSTM型递归神经网络（CBLSTM）分类模型。此分类模型利用多层的卷积神经网络有效提取脑电序列的频域特征,采用双向LSTM提取脑电信号的时域特征,并将脑电信号序列逐帧输入到此分类模型中进行标记,最后输出分类结果。对比研究验证了所提出方法的可行性,实验表明此分类模型平均分类识别率得到了提高,且鲁棒性较好。     

基于计算智能算法的铣刀状态监测

本文提出了基于智能融合技术进行铣刀磨损量监测和预测方法。利用多传感器对切削力和振动信号进行监测,通过频率变换提取切削力特征量,采用小波包分解技术提取振动信号特征量。通过信号特征值的组合,分别探讨了几种计算智能数据融合技术-小波神经网络、遗传神经网络、遗传小波神经网络对刀具磨损量的预测效果。实验分析表明,本文提出的几种计算智能数据融合技术均能够有效地完成刀具磨损量预测。     

基于小波神经网络的木材干燥窑内传感器建模研究

针对木材干燥系统具有非线性、强耦合的特性,难以建立准确的数学模型,提出一种基于小波神经网络的建模方法。通过木材干燥窑内木材含水率传感器、温度传感器和湿度传感器采集的数据建立小波神经网络模型,并通过模型预测木材含水率传感器的测量值。小波神经网络将BP神经网络在非线性问题上自学习的能力与小波表征信号局部信息的能力相结合,具有很强的自适应分辨性和容错能力。利用实际木材干燥过程中采集的数据作为训练样本进行仿真实验。结果表明：小波神经网络方法建立的模型能够预测木材含水率传感器的测量值,模型泛化能力强,预测精度高于BP神经网络建立的模型,验证了小波神经网络对木材干燥窑内传感器建模的可行性和有效性。     

脑电信号在情感识别中的应用

针对如何在情感识别中有效处理脑电信号和提取有用信息的问题,对实验采集的脑电信号进行小波包分解,通过对相关频段信号的重构,提取出脑电信号中能用于情感状态识别的β波节律,对其在不同情感状态下进行谱分析。仿真实验结果表明,将脑电信号中的β波节律用于情感状态识别是可行的。     

一种新阈值函数的小波包语音增强算法

针对传统软、硬阈值函数去噪方法增强的语音存在失真的问题,提出一种新阈值函数的小波包语音增强算法,同时给出了新阈值函数和新的Bark尺度小波包分解结构。新阈值函数在小波包系数绝对值大于给定阈值的区间内,灵活地结合了软、硬阈值函数;在小波包系数绝对值小于给定阈值的区间内,用一种非线性函数代替传统阈值函数中的简单置零,实现了阈值函数的平缓过渡;新的60个频带Bark尺度小波包分解结构能更好地模拟人耳的听觉感知特性。仿真实验结果表明,在高斯白噪声和有色噪声背景下,与传统软、硬阈值函数去噪方法相比,新算法有效提高了增强语音信噪比和分段信噪比,减少了语音失真,具有更好的去噪效果。     

基于支持向量机的思维脑电信号特征分类研究

探索一种实用的基于想象运动思维脑电的脑-机接口(BCI)方式,为实现BCI应用奠定比较坚实的理论和实验基础。对6名受试者进行三种不同时段(箭头出现2s、1s和0s后提示按键)情况下想象左右手运动思维作业的信号采集实验,利用小波变换和支持向量机对实验数据进行离线处理。对三种情况下的延缓时间△t0、△t1和△t2分析发现:△t0与△t1和△t2之间都有显著性差别(p<0.05),而△t1与△t2之间没有显著差别(p>0.05);平均分类正确率分别达到68.00%、80.00%和56.67%(p<0.05);实际按键前0.5~1s左右,想象左右手运动的思维脑电特征信号都发生了明显改变。通过合理的实验设计获取的信号有助于识别正确率的提高,为BCI系统中思维任务的特征提取与识别分类提供了新思路和方法。     

基于遗传算法的BP神经网络优化策略研究

人工神经网络（ANN）可用作机器人控制器,完成多机器人协作搬运作业。针对这种方法收敛速度较慢,误差较大的不足,本文提出基于遗传算法优化的方法。该方法利用遗传算法优化人工神经网络,通过改变ANN结构和遗传算法操作参数,找到最优网络,提高网络收敛速度。仿真结果证明,该方法的可行性与有效性。     

能量熵与峰值窗口结合去除眼电伪迹研究

为改进传统独立分量分析自动去除眼电伪迹算法中存在识别眼电分量速度慢、需采集同步参考眼电信号、丢失脑电信号问题,提出一种不需要参考眼电信号的眼电伪迹自动识别去除方法。利用FastICA分解出独立分量,计算各独立分量频谱能量熵,以频谱能量熵值作为判据识别出眼电分量;然后使用峰值窗口分离出眼电分量中存在的脑电信号,与其他独立分量进行拼接;利用FastICA逆变换重构出去眼电伪迹的脑电信号。实验结果表明：该方法能准确快速自动地去除眼电伪迹,并较好地保留其他的脑电信号成分;频谱能量熵识别眼电伪迹平均用时为0.01?s,准确率为98％,适用于实时EOG去除。