基于WPD和CSP的四类运动想象脑电信号分类方法

针对多通道四类运动想象脑电信号分类问题,引入小波包分解(WPD)与共空间模式(CSP)融合的脑电信号特征提取方法.首先利用小波包对训练集的多路脑电信号进行分解,然后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,最后设计了基于支持向量机(SVM)的分类方法.应用提出的方法对四类运动想象脑电信号进行了特征提取和分类,分类正确率达到71.5%;相对于单纯的CSP特征提取,正确率提高了5.8%,说明了该特征提取及分类方法对该数据集的有效性.     

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.     

基于集合经验模式分解和公共空间模式的脑电信号特征提取

公共空间模式(common spatial pattern,CSP)能够较好地提取运动想象任务时脑电信号的判别特性,但是其性能与大脑进行想象任务的频带相关。为了确定这样一组频带实现精确的分类,基于集合经验模式分解、FIR滤波器组以及公共空间模式算法提出了一种脑电特征提取方法。预处理去除伪迹后的信号首先经过集合经验模式算法获得多个模函数,然后选择出包含μ节律和β节律范围的分量实现信号重构,重构后的脑电信号作为带通滤波器组的输入得到若干子带信号集合,从每个子带信号中提取CSP特征,最后将提取的特征经过支持向量机(support vector machine,SVM)进行分类。运用该方法对脑-计算机接口(brain-computer interface,BCI)竞赛数据集进行分类,实验表明该方法能够自适应地提取、筛选和判别每个受试者的空间CSP特征,分类准确率达96. 53%。     

一种重复二分CSP4类运动想象脑电信号特征提取算法

针对脑机接口（BCI）系统中4类运动想象的脑电信号ERD/ERS现象进行研究,提出了一种重复二分共同空间模式（RB-CSP）算法用于4类运动想象脑电信号的特征提取,并运用SVM进行分类研究. 实验结果表明,该方法与传统的4分类CSP扩展算法OVR-CSP相比,减小了算法复杂程度,缩短了信号处理时间,提高了准确率,为在线脑机应用提供了一种新的解决方法.      

基于CSP-BPSO的脑-机接口电极选择

在与运动相关的脑–机接口(BCI)中,安置不必要的电极可能会引入伪迹,不利于特征提取和分类.为此,文中提出一种基于共空间模式(CSP)和二进制粒子群优化(BPSO)的电极选择方法.该方法在提取高区分度特征的同时限制电极数量,并依据CSP滤波器的权值调整初始电极组合的生成概率,以提高BPSO的收敛速度.实验结果表明:采用文中方法,选择少数电极即可获得令人满意的分类精度.     

基于CSP与卷积神经网络算法的多类运动想象脑电信号分类

针对直接利用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)算法对多类运动想象脑电信号分类识别时,因样本量比较少,难以充分训练权值,导致分类效果较差的问题,结合一对多CSP算法与CNN算法对多类运动想象脑电信号进行特征提取与分类。首先,利用CSP算法对多类运动想象脑电信号进行特征提取,形成一维特征数据,作为CNN的输入样本;其次,对传统二维输入样本的CNN结构进行改造,使其适应一维数据的输入样本,对输入样本进行再次特征提取并分类;最后,使用BCI2005desc—Ⅲa的K3b数据进行算法验证;并对不同参数值的确定进行了讨论。算法验证结果表明,单独利用一对多CSP算法得到的分类正确率73%,单独使用CNN算法得到正确率为75%,新算法取得了91.46%的正确率,相比两种原始方法有较大提升。     

采用改进共空间模式算法的四类表情辅助脑电信号识别方法

针对采用传统共空间模式(CSP)算法处理脑电信号时存在的特征提取困难、计算复杂度高及信号识别率低等问题,提出了一种基于重复二分滤波器组共空间模式(RB-FBCSP)算法和支持向量机(SVM)算法的4类(左撇嘴、右撇嘴、皱眉、扬眉)表情辅助脑电信号识别方法。利用滤波器组筛选出表情辅助脑电信号中包含α波和θ波的信号;将4类表情看作上面部表情(皱眉、扬眉)和下面部表情(左撇嘴、右撇嘴)两大类进行CSP特征提取,并结合SVM分类器进行分类;将识别出的上面部和下面部表情脑电信号均重复进行一次CSP特征提取和SVM二分类,实现表情辅助脑电信号的四分类。实验结果表明：所提识别方法的计算复杂度与采用传统CSP扩展算法的脑电信号识别方法相比有明显降低,且运算耗时少、平均分类准确率高,可达89.61%;相比于传统OVO-CSP、OVR-CSP和小波包变换算法结合SVM分类,所提识别方法的平均识别率分别提高了9.23%、9.82%和8.04%。     

基于最优化少量电极的思维任务脑机接口

为减少脑机接口的电极数量,采用基于最优化少量电极的共空间模式(CSP)算法提取不同思维任务下的脑电信号(EEG)特征值.首先,根据事件相关(去)同步化现象观察时频特性;然后,运用熵准则对单个电极进行可分性度量;最后,根据可分性排序,利用基于最优化少量电极的CSP算法和支持向量机算法对不同电极组合的特征值进行提取和分类,得出最优化的电极组合.结果表明,进行心算和想像空间旋转2种思维任务时被试的EEG信号在顶叶和枕叶区域存在明显的能量差异,6个被试可分性最高的电极均位于这2个区域;与传统的EEG信号处理算法相比,基于最优化少量电极的算法可以使系统使用的电极数减少至3.3个,并且分类正确率提高5.4%.因此,采用基于最优化少量电极的算法可以减少电极数目,改善思维任务脑机接口的性能.     

基于共空间模式和功率谱密度的脑电信号分类

由于单一域缺少其他相关信息而导致运动想象分类准确率不高和泛用性差,本文研究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。     

基于回溯搜索优化算法的运动想象 脑机接口频带选择

在基于运动想象的脑机接口(BCI)中,特征提取是影响整个系统性能的一个关键部分。共空域模式(CSP)是一种有效的特征提取算法,它能很好地提取与事件相关去同步/同步(ERD/ERS)生理特征相关的节律信息,因而在BCI系统中得到广泛应用。然而,CSP算法的分类性能极大地依赖于EEG信号的滤波频带。一般情况下,大都采用8~30 Hz的带通滤波器滤波,因为这个宽带包含了产生ERD/ERS想象的mu(8~12 Hz)和beta(18~26 Hz)节律。为了更加精准的定位最佳频带,将8~30 Hz的宽带滤波细分为大小不等的子带滤波,利用回溯搜索优化算法(BSA)与CSP相结合来选择最优频带,并以分类错误率作为BSA的适应度值(即频带选择标准)。使用该算法对5个受试者的实验数据进行了交叉验证分类实验。实验结果表明,最优频带的平均分类正确率比宽带(8~30 Hz)可高出7.91%。