基于小波包能量的脑电信号特征提取方法

在脑机接口研究中,针对运动想象脑电信号的特征抽取,提出了一种基于小波包变换和AR模型的特征提取方法.该方法首先利用小波包变换对大脑C3和C4处采集的2路运动想象脑电信号进行3层分解,抽取小波系数的能量特征;然后,利用Burg算法提取脑电信号的5阶AR模型系数;最后,将这2类特征组合,使用基于马氏距离的线性判别分类器对左右手运动想象脑电模式进行分类,正确率达到91.43%.该方法提取的特征向量较好地反应了运动想象脑电信号的事件相关去同步和事件相关同步的变化时程,为BCI研究中脑电信号的模式识别提供了新的思路.此外,该方法的识别率高,复杂性低,适合应用于在线脑机接口中.     

基于最小二乘支持向量机的脑电信号分类

研究了基于运动想象脑电信号对大脑的想象运动状态进行分类识别的问题.根据事件相关同步和事件相关去同步现象识别出被试的想象运动状态,通过频带能量特征提取方法获得了想象左右手运动时的脑电信号特征,使用最小二乘支持向量机对提取到的频带能量特征进行分类.结果表明,使用最小二乘支持向量机可以对运动想象脑电信号的频带能量特征进行有效分类,分类正确率达到92%,其分类效果与使用标准支持向量机相当,但在计算速度上更有优势.     

基于共空间模式和功率谱密度的脑电信号分类

由于单一域缺少其它相关信息而导致运动想象分类准确率不高和泛用性差，本文设计了基于空间域和频域的运动想象分类方法。根据运动想象执行时的对侧映射机制以及事件相关同步和事件相关去同步的现象，对C3和C4通道数据进行共空间模式和功率谱密度特征提取和融合，然后使用网格搜索参数优化的支持向量机对运动想象的脑电信号进行分类。结果表明共空间模式和功率谱密度的融合特征，解决了共空间模式对噪声敏感以及缺少频率特征信息的缺点,实现了更高的分类结果和泛化性，分类准确率达91.3%，验证了该方法的有效性。     

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.     

基于共空间模式和K近邻分类器的脑-机接口信号分类方法

脑-机接口是指在人脑和计算机之间建立的直接的交流和控制通道,它以脑电信号的形式反映人的意识,并转换成控制信号.针对两类运动想象脑电信号的分类问题,提出共空间模式和小波包分解相结合的脑电信号特征提取方法.利用不同小波包对训练集的多路脑电信号进行分解,再用共空间模式算法对不同分解层子带的脑电信号进行特征提取,并采用K近邻分类器对提取到的不同特征进行分类,得到最优小波包函数和小波包子带参数.将结果应用于测试集数据的分类.仿真实验结果表明,选择db4小波包函数和4层小波包分解层,对8个特征点进行分类,可以得到高达96%的正确率.     

基于傅里叶变换的脑机接口系统实现方法

脑机接口系统要求实时的处理速度和较高的准确识别率.在对脑电信号进行幅频分析和相同步分析的基础上,提出一种意识任务识别在线脑机接口系统实现方法.提取谱峰和相同步相干性指数作为反映大脑运动意识任务状态的特征参量,设计基于信息积累的时变线性分类器,对左右手想象意识任务进行识别,获得了满意的结果,最大分类正确率达到90.72%.研究结果表明,谱峰特征是事件相关去同步/同步的一个敏感的量化参数,结合相同步相干性指数能够提供更多反映大脑意识任务状态的信息.该方法采用快速傅里叶变换和线性判别式分析,特征提取和分类算法简单,计算速度快.为在线脑机接口系统的实现提供了新的思路和途径.     

一种运动想象异步BCI的空闲状态检测方法

提出一种利用特殊运动想象训练样本与有限的空闲状态训练样本进行训练的方法,采用公共空间频率模式算法与功率谱密度算法分别提取样本的空域与频域上的特征.利用贝叶斯线性判别方法进行分类,设计出一种适用于异步脑-机接口(BCI)的具有两级分类结构的分类器.实验结果表明:该方法对包含空闲状态的脑电信号具有较好的分类效果;在利用较少电极的情况下,测试集样本的分类结果的正确率和均方误差分别为77.62%和0.495.     

基于CSP与SVM算法的运动想象脑电信号分类

针对基于两种不同意识任务(想象左手运动和想象右手运动)的脑机接口,使用共空间模式(common spatial pattern,CSP)算法对BCI 2003竞赛数据进行特征提取;基于滑动时间窗,利用CSP方法对C3,Cz和C4位置的脑电信号进行处理.利用支持向量机对特征进行分类,获得最大分类正确率82.86%,最佳时间点4.09 s,最大互信息0.47 bit,最大互信息陡度0.431 bit/s.与BCI 2003竞赛结果相比,最大互信息陡度有了显著提高,证明该方法更适合BCI实时系统的要求.     

采用相对小波能量法的脑-机接口设计

针对基于两种不同意识任务(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口,提出采用相对小波能量的特征提取方法.首先深入研究了相对小波能量的计算方法,然后利用相对小波能量对脑电信号进行特征提取,最后采用支持向量机进行分类,并采用分类准确率和互信息作为该脑-机接口的评价标准.离线分析结果表明:分类准确率最高为85.7%,最大互信息为0.41比特.与较常用的自适应自回归(AAR)模型系数作为特征的方法相比,所提方法具有更高的识别准确率和互信息.     

自适应单次运动想像最优特征提取研究

为得到区分左右手运动想像脑电信号的最优特征,提出了一种自适应单次脑电特征提取方法.该算法先按运动想像电位生理学原理对不同被试寻找事件相关去同步/同步(ERD/ERS)现象最明显的频段与时间段,再按照这些参数提取C3,C4导脑电信号的能量,最后取其能量比值作为左右手想像分类的特征.采用公共标准数据集做测试,运用支持向量机(SVM)进行分类,并与AR特征提取法对照.结果表明,该法可有效提高分类正确率(平均90.7%,最佳98.7%),优于使用固定频段与时间段的AR特征提取法(平均77.4%,最佳92.8%),且算法复杂度低于AR特征提取法,适应性稍强于AR特征提取法,适合在线应用.     

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．     

基于序贯似然比检验的运动想象脑电信号分类方法研究

快速准确地对脑电信号进行特征分类是脑-机接口研究的关键问题之一．从人脑决策模型出发,结合自适应小波基特征提取方法,提出了一种基于序贯似然比检验的运动想象脑电信号动态分类方法．该方法在分类中无须预先固定样本量,〖JP2〗而是逐次取样,累积分类信息,有利于解决脑-机接口的实时控制问题．为了更好地衡量该方法的有效性,进行了10次10折交叉验证,实验结果表明3个运动想象数据集共8位受试者的平均正确率达到87%以上,〖JP〗互信息和分类时间等指标也表明该方法能够有效提高脑-机接口系统的性能,具有较好的实用性．     

Feature combination for classifying single-trial ECoG during motor imagery of different sessions

The input signals of brain-computer interfaces(BCIs)may be either scalp electroencephalogram(EEG)or electrocor- ticogram(ECoG)recorded from subdural electrodes.To make BCIs practical,the classifiers for discriminating different brain states must have the ability of session-to-session transfer.This paper proposes an algorithm for classifying single-trial ECoG during motor imagery of different sessions.Three features,derived from two physiological phenomena,movement-related potentials(MRP)and event-related desynchronization(ERD),and extracted by common spatial subspace decomposition(CSSD)and waveform mean,are combined to per- form classification tasks.The specific signal processing methods utilized are described in detail.The algorithm was successfully applied to Data SetⅠof BCI CompetitionⅢ,and achieved a classification accuracy of 91% on test set.     

Feature combination for classifying single-trial ECoG during motor imagery of different sessions

The input signals of brain-computer interfaces (BCIs) may be either scalp electroencephalogram (EEG) or electrocorticogram (ECoG) recorded from subdural electrodes. To make BCIs practical, the classifiers for discriminating different brain states must have the ability of session-to-session transfer. This paper proposes an algorithm for classifying single-trial ECoG during motor imagery of different sessions. Three features, derived from two physiological phenomena, movement-related potentials (MRP) and event-related desynchronization (ERD), and extracted by common spatial subspace decomposition (CSSD) and waveform mean, are combined to perform classification tasks. The specific signal processing methods utilized are described in detail. The algorithm was successfully applied to Data Set I of BCI Competition III, and achieved a classification accuracy of 91% on test set.     

基于脑电信号的手指动作识别

分类识别技术在脑-机接口的研究中占有重要地位,本文基于在事件相关脑电图中,存在的运动感觉皮层脑电位下降和事件相关非同步现象,运用了一种基于共空域子空间分解的算法,对左右手指动作时的多通道脑电信号进行了特征提取。最后,根据提取的特征进行了手指动作的识别,在对三个人的脑电数据识别中,平均识别率达到了75.6%。     

基于降维Householder变换的多任务运动想象脑电信号特征提取研究

近年来,针对传统的左右手运动想象BCI系统信息传输速率低这一现状,众多脑-机接口(BCI)研究团队开始着眼于对多任务运动想象脑电信号的研究,相比于两类模式识别,多类模式识别能够有效提高BCI系统的信息传输速率。如何准确提取出多任务脑电信号的特征,是实现多任务BCI系统的关键。采用了基于初等反射变换(又称Householder变换)的矩阵近似联合对角化算法,将CSP算法应用于多任务运动想象脑电信号的特征提取,对EEG信号采集效果较好的受试者,四任务运动想象脑电信号的分类准确率提升至80%以上,为在线BCI系统的实现奠定了坚实的基础。     

基于运动想象脑电的在线脑机接口实验

针对脑机接口技术的研究和应用设计了基于运动想象脑电信号的在线机器人控制系统,包括USB脑电放大器、开放接口的采集和实验平台、基于小波变换和AR模型系数的特征提取算法、机器人控制电路、机器人.20位受试者在该系统上分别进行了80次在线试验,比较分析了3种不同手部运动想象脑电信号的区分度,运动想象脑电对机械手控制的平均准确度分别达到了85%,88%和90%.该控制系统为基于脑电信号的在线机器人控制系统的实现和识别率的提高提供了新思路,同时也为在线脑机接口技术的实验研究以及实际应用带来了方便.     

基于脑机接口竞赛脑电数据集的运动想象识别影响因素分析

针对两个常用的脑机接口(brain computer interfacing,BCI)竞赛运动想象任务脑电数据集——2003Ⅲ和2005Ⅲa,分类识别率差异较大的问题,结合运动想象脑电信号的生理基础,从信号噪声、受试者反应程度和C3、C4通道信号能量差异三个方面对两个数据集的数据进行了分析比较。结果表明:与2005Ⅲa数据集相比,2003Ⅲ数据集信噪比较高,受试者对运动想象任务的反应更明显,并且C3C4通道的信号能量差异趋势更标准,解释了对2003Ⅲ数据集的识别率普遍高于2005Ⅲa数据集这一现象,说明这三个因素是影响识别率的主要因素。研究为运动想象脑电数据有效性分析以及提高基于脑电的运动想象识别率提供了新的思路。     

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.