基于排列组合熵的脑电意识任务识别方法的研究

研究基于脑电信号排列组合熵的运动意识任务自动分类方法.求出时变脑电信号所对应的排列组合熵时间序列.它能很好的反映出事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)现象,因此能有效地提取人脑想象左右手运动任务时的特征,最终利用K-近邻法模式分类方法对想象左右手运动任务进行分类决策.对国际脑机接口竞赛相关数据进行测试,最高准确率达到88.57%,最大互信息达到0.42.基于排列组合熵的脑电信号特征,可以作为脑电意识任务的有效分类依据.     

基于奇异谱熵的脑电意识任务识别方法的研究

奇异谱分析是脑电信号研究的一种新方法。脑电信号的奇异谱熵可以反映脑电的特征,它有助于研究大脑的动力学行为。时变脑电信号所对应的奇异谱熵时间序列能很好地反映出事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)现象,因此可以提取人脑想象左右手运动任务时的特征,最终利用K-近邻模式分类方法对想象左右手运动任务进行有效的分类决策。最后对国际脑机接口竞赛2003相关数据进行了测试,最高准确率达到85.16%,最大互信息达到0.48。测试结果说明,基于奇异谱熵的脑电信号特征,可以作为脑电意识任务的有效分类依据。     

基于DTCWT的运动想象脑电特征提取

针对脑电信号采用单一特征识别存在自适应性差和识别率低等问题，提出一种基于双树复小波(DTCWT)的多特征融合的左右手运动想象脑电特征提取方法。对原始脑电信号进行DTCWT变换提取最佳时频段；对所提取的信号频段进行希尔伯特变换与Lempel-Ziv复杂度计算，将得到的时-频域特征与非线性特征组合为特征向量；采用线性判别分析(LDA)完成运动想象任务的分类。实验采用BCI CompetitionⅢ竞赛数据对该方法进行验证，仿真结果表明其识别准确率明显提高，最高可达89.84%。     

想象左右手运动的脑电特征提取

针对脑机接口中脑电信号特征提取的传统方法特征数量多、计算量大及分类正确率低等不足,提出了一种基于时域、频域、空域结合的方法用于提取大脑在想象左右手运动时所产生的事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)信号.分别用独立分量分析(Independent Component Analysis, ICA)和小波变换提取原始脑电信号的空域特征及时频域特征,并用BP(Back Propagation )神经网络对提取的特征进行分类.分类实验结果表明,运用提出的方法提取的想象左右手运动脑电的特征,有效克服了传统的仅基于时频域特征提取方法在描述脑电信号本质特征方面的不足,具有较好的分类正确率.     

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.     

基于局部均值分解与样本熵的脑电信号特征提取与分类

针对运动想象脑电信号的识别问题,提出一种改进的脑电信号特征提取与分类方法。利用局部均值分解算法将原始信号分解为一系列乘积函数(PF)分量,根据μ节律和β节律范围内的脑电信号剔除无意义的PF分量。通过特征时间选择原则,选取4 s~6 s运动想象脑电信号作为分类数据,分别计算C_3,C_4导联信号二阶和三阶PF分量样本熵的和,并将其均值MSampEn(C_3,C_4)作为输入元素构造脑电特征向量,利用支持向量机进行分类预测以识别左右手想象运动。实验结果表明,与经验模态分解以及总体经验模态分解方法相比,该特征提取方法具有更高的分类准确率。     

基于样本熵的运动想象分类研究

提出了基于脑电的样本熵特征进行运动想象分类的思想,分析了左右手运动想象时感觉运动皮层的脑电信号样本熵及其动态变化规律．结果表明,样本熵能够较好地反映左右手运动想象时脑电特征的变化,具有明确的生理意义．在此基础上,利用Fisher线性分类器对基于样本熵的左右手运动想象进行了动态分类,得到的平均最大分类正确率达到87.8%．最后,提出了一种样本熵的快速算法,其计算量小、速度快,满足BCI实时系统要求．     

基于峰值算法的手动想象脑电信号的识别

本文主要研究人在想象左右手运动时,脑电信号发生的变化。提出了一种新颖的想象运动脑电数据分类方法,即基于同步去同步的手动想象脑电数据频度分布的峰度分析。有30名受试者参加了本项实验。经过研究受试者按照实验指示进行想象所产生的脑电数据后发现几乎所有脑电数据都出现了同步去同步现象。本研究利用受试者在想象左右手运动时,脑电信号所体现出的同步去同步特征,结合频度分布算法针对脑电数据进行分析,该方法可解决短时间分析时计算PSD数据size小问题。特别在C3和C4电极的效果较明显且针对实验群体的综合判定正确率最高可达80%左右。     

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.     

基于改进EMD的运动想象脑电信号识别算法研究

针对现有的单一特征提取算法对运动想象脑电信号识别率不高的问题,提出一种以相关系数改进的经验模态分解(EMD)的特征提取算法。对已有的BCI竞赛数据中C3、C4两个通道脑电数据进行预处理,之后通过EMD对脑电信号进行分解,得到IMF分量。通过计算原始信号与各阶IMF分量之间的相关系数,选择具有较大相关系数的IMF作为特征,由这些IMF分量的能量特征和平均幅值差来组成脑电信号的特征。使用支撑矢量机分类器(SVM)对左右手运动想象脑电信号进行分类。实验结果表明,基于相关系数改进的EMD脑电信号的处理方法明显优于只用EMD的脑电处理方法,得到的最高正确识别率为88.57%。从而证明了该方法的有效性。     

基于双树复小波变换和GBDT的运动想象脑电识别

针对脑机接口研究中的脑电信号特征提取与分类问题,提出了一种基于双树复小波变换结合GBDT的想象左右手运动脑电识别的方法。该方法首先深入研究了双树复小波变换相比于小波包变换在脑电信号特征提取方面的优势并验证了ERD/ERS现象;实验数据采用了2003年国际脑机接口竞赛的标准数据集DataSetⅢ,然后,选取了4个典型的时间段进行实验对比,利用双树复小波变换分解与重构提取运动感知节律相关信号分量的能量均值作为特征进行GBDT分类。最后,实验取得了较好的分类准确度,验证了双树复小波变换结合GBDT的方法在脑电信号识别应用中的有效性。     

基于模糊化符号复杂度的脑电运动想象识别算法

提出一种基于模糊化符号复杂度的运动想象脑电信号特征提取与识别方法。在脑电信号的复杂度细粒化多符号度量中引入模糊算法,用sigmoid函数模糊化处理,逻辑判断得到模糊化符号复杂度。取细粒化指数n为2,提取模糊化符号复杂度作为特征值,最后利用支持向量机对脑电运动想象任务进行分类识别。实验结果表明,以模糊化符号复杂度为特征的分类方法,对左右手运动想象脑电信号的分类识别率最高达88.67%,优于二值化Lempel-Ziv复杂度算法。     

基于卷积注意力机制的运动想象脑电信号识别

针对多类别运动想象脑电信号识别精度不高的问题,提出了一种融合注意力模块的卷积神经网络模型。该模型利用注意力模块充分挖掘脑电信号的通道和空间特征,建立其与识别任务之间的重要程度关系,从而提高运动想象脑电信号的识别准确率。信号经过共空间模式提高信噪比,利用小波变换将信号转换成二维时频图,通过注意力模块中通道和空间两个维度进行特征的调整,以强化有用特征弱化无用特征,使卷积网络充分提取更高层次的抽象特征,并最终执行运动想象任务的识别。分别在BCI竞赛IV Datasets 2a和BCI竞赛III-IIIa数据集上进行了有效性评价,并与卷积神经网络以及其他算法进行了比较。实验结果表明,提出的方法可达到良好的准确率,能够有效提高脑电信号运动想象任务的识别准确率。     

基于运动想象的脑电信号特征提取研究

基于运动想象脑电信号的脑-机接口系统在医疗领域具有广阔的应用前景,被应用于运动障碍人士的辅助控制以及脑卒的预后康复。由于运动想象的脑电信号信噪比低、不平稳以及差异性显著,对脑电信号识别带来负面影响。一个有效的特征提取算法能够提高脑-机系统的脑电信号识别率。提出一种多通道的脑电信号特征提取方法,将数据矩阵分解为基矩阵与系数矩阵的乘积,以类间离散度做为性能判据对系数矩阵进行特征提取,提取可分性更高、维数更少的特征。结合脑电信号识别领域常见的分类器在2008年BCI竞赛数据集上进行验证,证明所提方法是有效的。     

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。     

一种新的BP学习算法及在运动想象脑电信号分类识别中的应用

对运动想象(MI)脑电信号的正确分类是决定基于运动想象脑电的脑－机接口(BCI)性能的关键因素。为有效地提取MI脑电信号特征、提高分类正确率,提出一种基于单形进化的BP神经网络优化算法(BPSSSE)并运用于MI脑电信号的识别,提取自相关(AR)模型参数和希尔伯特边际谱作为特征输入,通过单形进化算法优化BP神经网络学习性能,实现对MI脑电信号的分类。测试实验中,对BCI竞赛数据进行左右手分类。结果表明在4s~ 8s时间段内平均分类正确率为80.17%,最高分类正确率为87.14%,证明了本文算法在基于MI脑电的脑机交互控制系统中应用研究的有效性和可行性。     

运动想象脑电信号的跨域特征学习方法

运动想象脑电信号采集成本高且个体差异大,跨个体域构建脑电信号模式识别模型属于典型的小样本跨域学习任务。针对该任务,提出了一种运动想象脑电信号的跨域特征学习方法。该方法首先选择最优度量方法对齐协方差并提取共同空间模式特征;其次,在该特征基础上采用领域自适应方法学习目标域的最优跨域特征。为验证所提方法的可行性与有效性,采用经典模型识别跨域特征,在两个公开的数据集上进行对比实验。实验结果表明,通过所提方法学习到的跨域特征,在运动想象模式识别中,明显优于现有方法学习到的特征。此外,还详细对比了跨域特征学习方法的各项参数设置、性能及效率。     

基于时频域的卷积神经网络运动想象脑电信号识别方法

针对目前运动想象脑电（EEG）信号识别率较低的问题，考虑到脑电信号蕴含着丰富的时频信息，提出一种基于时频域的卷积神经网络（CNN）运动想象脑电信号识别方法。首先，利用短时傅里叶变换（STFT）对脑电信号的相关频带进行预处理，并将多个电极的时频图组合构造出一种二维时频图；然后，针对二维时频图的时频特性，通过一维卷积的方法设计了一种新颖的CNN结构；最后，通过支持向量机（SVM）对CNN提取的特征进行分类。基于BCI数据集的实验结果表明，所提方法的平均识别率为86.5%，优于其他传统运动想象脑电信号识别方法；同时将该方法应用在智能轮椅上，验证了其有效性。     

基于Mahalanobis距离的运动意识分类研究

提出基于Mahalanobis距离判别式算法的意识任务分类方法.对被测试者想象左右手运动时脑电信号的mu节律能量变化进行在线动态分析,提取EEG(C3,C4)两个通道的mu节律能量作为特征向量,用Mahalanobis距离判别式算法对左右手运动想象脑电模式进行分类,实验结果表明,正确识别率可达87.86%.     

基于功率谱熵和频带能量的运动意识任务分类研究

提出以信号功率谱熵和频带能量作为组合脑电特征向量,运用时变线性分类算法对左右手运动意识任务分类的方法.C3、C4电极脑电信号8～24Hz功率谱熵和频带能量随时间变化的规律很好地反映了ERD/ERS现象,将两种特征组合用于分类,得到了满意的结果.由于功率谱峰熵和频带能量计算比较简单,稳定性好,识别率高,可在线识别左右手想象运动.