基于二阶盲辨识结合小波包的脑电信号预处理

针对脑机接口(BCI)中脑电信号(EEG)含有的伪迹,提出一种基于二阶盲辨识结合小波包分解(SOBI-WPD)的去除伪迹方法.首先将多个导联EEG采用SOBI分解成若干独立分量.然后根据眼电和工频干扰直观特征,将对应的独立分量置零.进而将剩余独立分量分别用‘haar’小波基进行6层WPD分解,取每个独立分量分解后与任务相关的子带进行逆变换,形成对应的新的独立分量.最后将这些新分量投影重构,得到去伪迹的EEG.对3组实验数据,使用SOBI-WPD、独立成分分析和SOBI 3种预处理方法,单个样本处理时间分别为61,239和47ms;相同的特征提取和分类方法下,识别正确率分别为86.7%,73.0%和79.8%.SOBI-WPD能快速有效地去除伪迹信号,为BCI中EEG的预处理奠定了基础.     

用FastICA和Fisher准则提取脑电信号特征

脑-机接口(BCI)利用脑电信号实现人脑与计算机或其它电子设备的通讯和控制,P300拼写范式是一种常用的脑-机通信方法.它介绍了一种基于P300视觉诱发电位的脑电信号特征提取方法,选取三名实验者的数据用于实验分析.采用独立分量分析的固定点算法(FastICA)和Fisher准则进行特征提取,用支持向量机对提取的特征数据分类,并与主分量分析和Fisher准则相结合的特征提取方法作了比较,FastICA有很好的特征提取能力.     

基于P300和机器学习的测谎方法研究

为了克服传统测谎方法没有考虑到相同刺激下受试者思维状态变化的缺点,提出了基于P300和机器学习的测谎方法.该方法使用典型的3刺激测谎范式,首先记录30名随机划分的撒谎者和无辜者的12导脑电(EEG)信号,使用独立成分分析方法(ICA)分解由探针刺激产生的脑电信号,利用在Pz电极上分布强度大的独立分量重建Pz波形,将每名受试者的的若干个Pz波形进行平均,提取两步降噪后的每个Pz波形的时域和小波特征.最后,使用分类器区分P300和非P300波形,进一步计算出个体测谎诊断率.实验结果表明,支持向量机(SVM)适合于说谎意识状态的分类,提出的方法可以有效地改进单次刺激记录上的信噪比,提高P300成分的识别率,进而提高测谎诊断率.     

基于FastICA的P300电位快速提取方法

从两个方面研究了快速独立分量分析(Fast Independent Component Analysis,Fast ICA)方法在诱发脑电P300少次提取中的应用,并给出了针对健康和残疾被试的实验结果.首先,利用FastICA对观测信号进行去噪,然后对去噪后的P300分量进行较少次叠加平均,并对提取出的健康和残疾被试的P300特征进行了详细的比较分析;然后,从模式识别的角度出发,逐渐减少叠加次数,分别考察了根据提取出的P300特征进行靶刺激和非靶刺激识别的难易程度.实验结果表明了FastICA方法用于P300较少次提取的有效性.     

基于独立成分分析和流形学习的眼电伪差去除

针对眼电伪差严重干扰脑电(EEG)信号的理解和分析的问题,提出了一种新的方法用于实时地去除脑电中的眼电伪差.该方法使用独立成分分析(ICA)分解EEG信号,提取独立成分的地形图和功率谱作为特征,并采用基于模板的Isomap算法降低特征的维数.将新的特征样本送到分类器中以识别眼电伪差独立分量,几个典型分类器的分类结果显示,基于模板的Isomap算法结合使用最近邻算法进行分类时,识别伪差的正确率最高.实验结果表明,提出的方法在有效去除眼电伪差的同时,很好地保留了大脑神经信号,也证明了新的Isomap算法用于眼电伪差特征的降维的有效性.     

采用Fisher线性判别分析进行MEG信号的分类

脑磁图(MEG)具有比脑电(EEG)信号更高的时空分辨率,可以作为输入信号建立脑-机接口系统.提出一种脑磁图的特征提取和分类方法,首先对MEG信号进行预处理,然后提取时域特征,最后采用Fisher线性判别分析进行分类.将该算法用于2008年脑-机接口数据竞赛的数据集Ⅲ,该数据集为一个典型的采用MEG信号的脑-机接口系统.离线分析结果表明,该算法取得了很好的分类准确率,对两个测试者(S1和S2)的分类正确率分别为5946%和4324%.与其他方法相比,该方法简单有效,运算速度快,具有较高的参考价值.     

基于脑电图的新型情绪识别特征提取方法

基于脑电图(EEG)信号对情感识别计算进行研究.针对脑电图的特征提取难和模型计算难的问题, 提出了一种从EEG信号中获得可靠区别特征的创新方法.该方法将微分熵与线性判别分析(LDA)相结合,可被应用于情绪EEG信号的特征提取.采用3类情绪EEG数据集进行实验,结果表明该方法能够有效提高EEG分类的性能:与原始数据集的结果相比,平均准确度提高了68%,比单独使用微分熵进行特征提取时的准确度高7%.总执行时间结果证明提出的方法具有较低的时间复杂度.研究结果在3类情感脑电图识别领域具有重要的实用价值,可被应用于实际的工程领域.     

基于AR模型和SVM的脑电信号分类

 基于P300事件相关电位的脑机接口（BCI）系统中,有效的P300特征提取及分类是系统开展后续工作的关键。应用时间序列自回归（AR）模型及支持向量机（SVM）算法对脑电信号进行P300分类;对10导联脑电数据分别分段,并对每段建立AR模型;采用最小二乘法进行AR模型系数估计,由估计出的系数序列构成特征向量,送入SVM进行模式分类。实验针对BCI Competition Ⅲ dataset Ⅱ数据集进行了方法验证,提出的方法在15试次情况下识别正确率达93.5%。实验及数据分析结果表明,应用SVM分类器对AR模型提取出的系数序列特征向量进行分类,具有较好的系统识别正确率,可为实现基于P300的BCI系统实际应用奠定理论和实验基础。     

基于脑电的立体视频加速度的特征识别

构建一种能够自适应提取脑电特征的PMEMD-2JSD-CSP模型,明确了立体视频的两类匀加速深度运动的可分性.利用部分噪声辅助多变量经验模态分解(PNA-MEMD)对脑电(EEG)信号进行分解得到本征模态函数(IMF),应用基于詹森-香农散度(JSD)的有效因子对IMF进行两次不同范围的自适应筛选,筛选结果按照权重叠加构成重构信号.利用共空间模式(CSP)对重构信号进行空域特征提取,支持向量机(SVM)对特征进行分类,分类正确率最高为73.16%,证明了该模型对两类EEG信号特征提取的有效性.     

基于CSP-PSO-SVM的运动想象EEG信号特征提取与分类算法

为了解决EEG信号特征提取困难及识别率低等问题,提出一种基于CSP-PSO-SVM的脑电(EEG)信号特征提取与分类算法。该算法首先通过小波包变换实现EEG信号的预处理,提取出EEG信号中的特定频段信号,然后通过构建"一对一"共空间滤波器对EEG信号进行特征提取,最后通过粒子群优化的支持向量机算法实现EEG信号分类识别,并选用2008BCI竞赛2A数据集进行算法分类效果校验。研究结果表明:改进型CSP-PSO-SVM算法的分类准确率最高可达到93.07%,且其平均准确率比其他算法的高。其特征能很好地反映EEG信号的特点,可明显提高分类识别的准确率,可为脑机接口的发展与应用提供参考。     

基于小波方差的运动想象脑电信号特征提取

针对区分两种不同运动想象(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口任务,提出了以小波方差作为分类特征的方法.首先深入研究了小波变换以及小波方差的计算方法,结合验证脑电图(EEG)存在的ERD/ERS现象,然后利用小波分解系数方差对C3,C4导联脑电信号进行特征提取,最后采用最简线性分类器进行分类,采用分类正确率作为主要评价标准.结果表明,最大分类正确率为85%,最佳分类时间段为4~6.5 s.与BCI竞赛和其他方法相比,在保证分类正确率的前提下,所使用的特征提取和分类方法更加简单,具有较高的参考价值.     

基于感觉运动BCI系统的EEG手部运动分类

对于残疾人或者运动不便的健全人,感觉运动相关的BCI（Brain Computer Interface）系统是十分必要的.BCI系统的关键部分是对EEG（Eletroencepalograph）信号的采集、提取和分类.本文研究的是手部三种动作在运动执行的情况下,人脑产生的EEG信号的不同.利用EEG信号在运动时发生于大脑感觉运动皮层区域的ERS（Event-Related Synchronization）和ERD（Event-Related Desynchronization）现象,运用EMD（Empirical Mode Decomposition）等算法进行信号的特征提取,然后进行分类,得出了平均准确率为78.75％的良好结果.此次研究提供了一种基于EMD新的有效的运动相关BCI系统研发中的EEG信号的特征提取算法.     

组稀疏贝叶斯逻辑回归的P300信号通道自动选择算法

为了提高脑机接口中P300脑电信号的分类准确率和计算速度,提出一种组稀疏贝叶斯逻辑回归的P300脑电信号通道自动选择算法.该算法首先在贝叶斯框架下建立P300脑电信号的解码模型,其次提出先验的组自动相关确定(GARD)方法构建组稀疏约束下的P300脑电通道权重系数,最后通过最大似然估计来求解超参数并选出P300脑电通道最优子集,避免了大量的交叉验证过程.所提方法在BCI竞赛数据和自采集数据上进行了验证分析.实验结果表明,所提的方法能够自动选择P300脑电通道子集,提高了P300特征分类准确率.     

基于AAR模型和累积频带能量的特征提取方法

提出了一种自适应自回归（AAR）模型参数和累积频带能量相结合的特征提取方法,该特征应用于基于运动想象脑．机接口（BCI）之中,实现左右手运动想象分类,改善BCI系统的性能．首先,对头皮EEG数据进行小波分解和重构,去除EEG中的噪声,得到不同频带的EEG数据．然后,提取EEG数据的AAR模型参数特征和不同频带的频带能量特征,提出了累积频带能量特征和AAR与累积频带能量相结合的特征提取方法,分别以AAR模型参数、频带能量、累积频带能量和AAR＋累积频带能量为特征,利用线性判别分析（LDA）分类器对左右手运动想象任务进行特征分类．最后,对不同特征的分类结果进行比较,得出以AAR＋累积频带能量作为特征在BCI系统中的优越性能．     

基于视觉双特征的并行联合脑-机接口范式的研究

基于多特征的并行联合脑-机接口与单一特征脑-机接口相比,能利用更多信息和并行方式提高特征提取和系统执行效率。提出了一种基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)和运动起始视觉诱发电位(MVEP)的双特征并行联合脑-机接口范式,通过设计3×3字符拼写范式,矩阵中纵列白色竖条按设定频率闪烁诱发SSVEP,横行中白色竖条随机运动诱发MVEP。实验表明,被试者关注目标字符时,两种特征脑电信号被同时诱发出来,并且对两种脑电信号进行特征识别能够检测出被试者选取的目标字符。联合范式并行的刺激编码方式有效节约了刺激诱发时间,为构建更为实用的联合脑-机接口提供了一种实现方法。     

基于时延空时滤波的P300波形提取及目标分类算法

提出一种基于时延空时滤波的P300波形提取及目标分类算法.将多通道脑电信号进行时延,利用最小二乘法思想构造代价函数,通过交替优化的方式估计空时滤波器和源信号,使代价函数收敛并得到空时滤波器,实现空域的源分离和时域的波形提取.经过仿真P300数据对算法性能进行验证,结果表明,该算法对P300波形恢复效果优于同类型的相关算法.对真实脑电数据进行处理,用算法得到的空时滤波器提取P300源成分作为分类特征,利用训练集得到的P300源成分训练Fisher分类器进行目标分类.结果表明,算法的P300波形提取效果、目标分类准确率及AUC值均优于同类型的相关算法.因此,该算法可有效提取P300波形并进行目标分类.      

基于ICA与PSD的ERD／ERS信号检测

介绍一种基于独立分量分析（ICA）空间滤波结合功率谱密度（PSD）曲线分析法用于提取大脑在想象动作时产生事件相关去同步／同步（ERD／ERS）信号的方法．其检测流程为：先对想象动作诱发的脑电（EEG）信号进行ICA分解得到独立分量与相应的解混矩阵,再按特征频段取其主要分量得到滤波后数据,然后采用短时傅里叶变换计算相关导联EEG信号在特征时段与频段的PSD曲线,引入ERD／ERS系数作为量化指标以进行想象动作的识别．计算结果表明,上述方法能够显著增强运动想象脑电信号的ERD／ERS特征信息,且通过实际分类验证,采用该方法可以获得更高的识别正确率,较传统信息检测方法平均提高8％以上．