采用样本熵自适应噪声完备经验模态分解的脑电信号眼电伪迹去除算法

针对脑电(EEG)信号容易被眼电(EOG)伪迹污染,而常规伪迹去除算法会导致EEG有用信息大量丢失的问题,提出一种采用样本熵完备经验模态分解的EOG伪迹去除算法。首先,利用独立成分分析(ICA)算法将EEG分解为独立分量;然后,对各独立分量进行样本熵分析,接着引入阈值对伪迹分量进行自动识别,识别后的伪迹分量经过自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)算法分解后采用小波阈值降噪;最后采用逆CEEMDAN和逆ICA算法重构信号,达到伪迹去除的目的。采用公开的BCI2000运动想象数据集中60组数据进行实验,结果表明,所提算法的EOG伪迹自动识别正确率达80%,比基于峰度的伪迹识别算法提高约26.7%;采用公开的Klados EEG数据集中15组数据进行实验,结果表明,重构后的EEG信号与纯净的EEG信号的相关系数为0.841,均方根误差较受污染信号降低约56.82%。实验结果证明了所提算法在提高伪迹去除能力的同时能够有效保留有用脑电信息。     

离散小波变换结合二阶盲辨识的眼电伪迹自动去除方法

针对传统去除眼电伪迹的方法极易丢失潜在脑电信号的问题,提出一种离散小波变换(DWT)与二阶盲辨识(SOBI)结合的眼电伪迹自动去除方法(DSOBI)。首先将多通道脑电和眼电信号进行多层DWT得到多尺度下的小波系数,在小波域利用SOBI消除小波系数统计上的相关性,有效分离脑电和眼电伪迹,根据相关系数识别出眼电伪迹源分量并置零,再依次重构得到干净的脑电信号(electroencephalography,EEG)。方法对构造的数据进行去伪迹处理,均方误差为1.93,信噪比为14.32,与传统方法相比具有显著优势;对10位被试的真实脑电数据进行处理,利用相关系数验证本方法去除眼电伪迹的有效性,同时保留更多脑电信息。     

多通道脑电信号眼电伪迹自适应去除方法

针对现有方法在眼电伪迹自动去除中存在有用信息丢失,伪迹分量识别困难的问题,提出了一种结合粒子群优化算法、独立成分分析和小波变换的伪迹自适应去除算法。首先,采用均方根误差和Pearson相关系数设计了粒子群优化算法的适应度函数,利用优化算法实现了两个样本熵阈值的自适应设置;然后利用快速独立成分分析算法将脑电信号分解为统计独立分量,根据第一个样本熵阈值自动识别含伪迹分量,含伪迹分量经过四层小波分解得到五个小波分量,根据第二个样本熵阈值自动识别伪迹分量,将识别的伪迹分量置零;最后经过小波重构和逆变换,获得去除眼电伪迹的脑电信号。采用Graz data set A数据集进行实验验证,结果表明提出的方法能够实现多通道脑电信号伪迹的自动去除;采用Klados数据集进行实验验证,结果表明,与SE-CEEMDAN方法相比,采用提出方法实验获得的均方根误差降低了4.816,约38.2%,Pearson相关系数提高了0.025,约2.97%。     

去除癫痫脑电信号运动伪迹的变分模态分解-自适应熵阈值方法

针对癫痫发作前期脑电信号中含有运动伪迹影响癫痫预测的问题,提出一种变分模态分解-自适应熵阈值(VMD-AET)的运动伪迹去除方法。设计了实验室环境下8种模拟运动状态,分析不同运动状态下脑电信号的变化规律;利用VMD方法获得脑电信号各频带的变分模态分量,对分量进行能量熵求解和排序;采用不同的熵阈值进行运动状态下伪迹分量的去除,比较得到能量熵的最优阈值,得到不含运动伪迹的脑电信号;采用Matlab软件使用VMD-AET方法实现了脑电信号中运动伪迹的有效去除。实验结果表明:每种运动状态均能达到去伪迹效果,在跑步时伪迹去除率和信噪比提升最高;对癫痫病人发作前期脑电信号的伪迹去除率为5.54%,信噪比提升达到10.35 dB;与常用的独立成分分析和经验模式分解的阈值法进行对比,所提VMD-AET方法的伪迹去除率和信噪比提升了1.47%和3.36 dB,可满足对移动脑电运动干扰的预处理要求。     

脑-机接口中空域滤波技术现状与进展

作为一种特殊的人-机交互模式,脑-机接口(brain-computer interface,简称BCI)技术已成为当前脑科学和智能信息处理领域的研究热点.其中,基于头皮脑电(electroencephalography,简称EEG)的BCI(EEGBCI)技术因具有良好的安全性和可操作性,吸引了研究者的广泛关注.但头皮EEG非常有限的空间分辨率和易受干扰等特性,很大程度上限制了EEG-BCI技术的实用化进程.因此,EEG信号处理和模式识别新方法研究已成为BCI领域的一个关键问题.在现有的信号处理方法中,空域滤波技术在EEG伪迹消除和任务相关神经活动获取方面表现出了较明显的优势,近年来在EEG-BCI系统实现研究中得到了广泛应用.论文以运动想象BCI(motor imagery BCI,简称MIBCI)为应用背景,对独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)和共同空间模式(common spatial pattern,简称CSP)两种代表性空域滤波方法的原理及其性能进行介绍、分析和比较,总结出两种方法各自的优势和不足,并给出了改进思路.同时指出,ICA空域滤波方法在运动想象脑-机接口系统实现中更具应用潜力.     

小波变换模极大值重建方法消除胃电检测中的运动伪迹

在体表测得的胃电信号受到被试身体移动的影响会产生运动伪迹;这些高幅值的运动伪迹给胃电信号的提取带来了不稳定性。该文引入小波变换模极大值重建方法去除信号中的运动伪迹。采用多孔算法对信号进行小波变换,根据筛选准则去除运动伪迹对应的小波变换模极大值点,再根据标架理论,采用共轭梯度算法由模极大值重建信号,就达到了去除运动伪迹的目的。实验表明,此方法可以有效去除胃电信号中的运动伪迹。结果也说明在胃电信号的提取中,该方法可以作为一种有效的预处理方法,促进胃电在研究和临床中的应用。     

小波变换模极大值重建方法消除胃电检测中的运动伪迹

在体表测得的胃电信号受到被试身体移动的影响会产生运动伪迹;这些高幅值的运动伪迹给胃电信号的提取带来了不稳定性。该文引入小波变换模极大值重建方法去除信号中的运动伪迹。采用多孔算法对信号进行小波变换,根据筛选准则去除运动伪迹对应的小波变换模极大值点,再根据标架理论,采用共轭梯度算法由模极大值重建信号,就达到了去除运动伪迹的目的。实验表明,此方法可以有效去除胃电信号中的运动伪迹。结果也说明在胃电信号的提取中,该方法可以作为一种有效的预处理方法,促进胃电在研究和临床中的应用。     

基于约束独立分量分析的脑电特征提取

针对脑机接口(brain computerinterface,BCI)系统特征提取较慢的现状,提出基于约束独立分量分析(constrainedindependentcomponentanalysis,cICA)的P300特征提取方法.首先,针对各位P300实验被试,通过EEG图像研究其特有P300时域特性;然后,根据P300特性构建参考信号,并将参考信号与独立分量分析(independentcomponentanalysis,ICA)方法结合,基于64导联EEG,提取出与P300相关度最大的独立分量;最后,依据提取出的独立分量构造3维特征向量进行分类.实验采用线性分类器,针对BCICompetitionIIdatasetIIb和BCICompetitionIIIdatasetII两组公共数据集进行了验证.结果表明,提出方法在3次叠加平均下识别正确率达671%,15次达952%,在相同实验条件下,分类时间也较其他方法缩短.     

应用经验模式分解去除近红外光的运动伪迹

针对近红外光谱(NIRS)技术对运动十分敏感和运动伪迹会严重影响后续分析处理结果这一问题,提出了一种利用经验模式分解去除运动伪迹的方法(EMD-MAR)。首先计算NIRS信号的移动标准偏差,根据其概率分布特性自动选取阈值和确定运动伪迹范围,然后利用经验模式分解(EMD)将信号分解成多个固有模式,对在运动伪迹范围具有明显异常的固有模式置0来消除运动伪迹,最后将处理后的固有模式加和得到校正后的信号。仿真与实测结果表明,EMD-MAR方法可有效检测和消除NIRS测量中常见的基线漂移、瞬时脉冲以及短暂低频振荡3种运动伪迹,并且极大提高了运动伪迹的自动检测程度,利用经验模式分解可以在去除运动伪迹的同时有效保留NIRS信号中的生理信息,为NIRS信号预处理提供了一种有效手段。     

基于EEMD-ICA-CWT的装载机室内噪声盲源分离和识别

为了分离装载机的噪声源,采用集合经验模态分解(EEMD)、独立分量分析(ICA)和连续小波变换(CWT)技术相结合的方法,对装载机司机位置处噪声信号进行了盲源分离和声源识别研究.针对单一通道噪声信号进行盲源分离,将其分解成一系列独立分量.在削弱了传统经验模态分解(EMD)算法处理噪声信号时产生的模态混叠现象的同时,克服了独立分量分析方法要求传感器数目必须大于等于分离出分量数目的限制;借助连续小波变换良好的时频定位特性,对ICA分离结果进行时频分析.结合时频分析结果和各噪声源信号的频谱结构,确定了各独立分量与装载机不同噪声源的对应关系.结果表明,这些独立分量分别对应着装载机的燃烧噪声、冷却风扇辐射噪声及排气噪声等噪声源.