运动想象脑电辨识方法研究及脑控车辆BCI系统构建
发布时间：2021-03-04 09:22
作为一种新型的可拓展式人机交互方法,脑机接口（BCI）构建了人脑到外围设备的通路,可将人脑神经活动直接转化为外围设备的控制指令。基于BCI系统的设备操控无需外周神经和肌肉的参与,突破了肢体束缚,在助残、军事、娱乐等领域有着重要的研究意义。脑电信号处理是实现BCI系统的核心步骤,提升脑电信号的辨识率对提高脑控设备的控制精度至关重要。本文分别以少通道两分类运动想象脑电、多通道两分类运动想象脑电和多任务运动想象脑电为研究对象,围绕脑电辨识过程中所存在的关键问题展开研究,并在此基础上构建脑控车辆BCI系统,实现最终的脑控驾驶。论文的主要研究内容如下:（1）采用时频特征混合提取的方法解决少通道两分类运动想象脑电特征提取质量差的问题。通过小波包滤波提高原始脑电信号的时频域信噪比,利用welch功率谱提取脑电的频域特征,结合脑电的时域能量特征,构建时频混合特征向量,采用基于K-means初始化的高斯混合模型分类器完成脑电的最终辨识。结果表明,所提取的特征向量包含了更多的运动想象信息,利用时频特征混合提取可有效提升运动想象脑电的辨识率。（2）为提高正则化公共空间模式（RCSP）对多通道两分类运动想象脑...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
部分医疗级和商业级脑电放大器
第一章绪论5战任务，提高士兵的作战效率和战场生存能力；运用到娱乐领域，拓展目前的娱乐赛车市常除此之外，脑控驾驶的研究还可以帮助探索驾驶时脑电信号的产生机理，从而协助优化脑电信号的采集范式和处理方法，提升BCI系统的普适性和有效性。作为脑控驾驶的相关领域，脑控轮椅的研究已较为深入。Tanaka设计了基于运动方向想象的脑控轮椅，成功实现了轮椅的左转和右转[34]。Choi等研究了反馈对运动想象BCI系统的重要性，并由此实现了脑控轮椅的直行、左转和右转[35]。为降低被试的心理负担，Zhang等完成了基于BCI技术与自动导航技术的脑控轮椅设计[36]。该轮椅可根据环境信息自主规划行驶路线，被试在行驶过程中可利用P300电位或运动想象电位对轮椅的行进方式进行干涉，实现一定程度上的人机共享控制。(a)Tanaka团队(b)Choi团队(c)Zhang团队图1-5脑控轮椅无人驾驶技术的快速发展为残疾人的自主活动带来了希望。由于肢体活动受限，选择出行目的地成为一个难以解决的问题。Bi等利用P300电位和稳态视觉诱发电位完成了车辆行驶目的地的脑控选择，实现了99%的平均选择精度[37]。此后，Bi团队将脑电信号与车辆周围信息进行融合，设计了紧急情况检测方法，取得了94.89%的准确率[38]。(a)目的地选择(b)紧急情况检测图1-6车辆行驶目的地选择和紧急情况检测在娱乐领域，Martinez团队设计了一款基于稳态视觉诱发电位的脑控小车虚拟游戏，该游戏通过利用小车周围不同频率的视觉刺激控制小车执行不同方向上的运动[39]。Shih-Ching团队开发了一款基于BCI和VR的赛车游戏，该游戏的玩家可以通过完成不同难
第一章绪论5战任务，提高士兵的作战效率和战场生存能力；运用到娱乐领域，拓展目前的娱乐赛车市常除此之外，脑控驾驶的研究还可以帮助探索驾驶时脑电信号的产生机理，从而协助优化脑电信号的采集范式和处理方法，提升BCI系统的普适性和有效性。作为脑控驾驶的相关领域，脑控轮椅的研究已较为深入。Tanaka设计了基于运动方向想象的脑控轮椅，成功实现了轮椅的左转和右转[34]。Choi等研究了反馈对运动想象BCI系统的重要性，并由此实现了脑控轮椅的直行、左转和右转[35]。为降低被试的心理负担，Zhang等完成了基于BCI技术与自动导航技术的脑控轮椅设计[36]。该轮椅可根据环境信息自主规划行驶路线，被试在行驶过程中可利用P300电位或运动想象电位对轮椅的行进方式进行干涉，实现一定程度上的人机共享控制。(a)Tanaka团队(b)Choi团队(c)Zhang团队图1-5脑控轮椅无人驾驶技术的快速发展为残疾人的自主活动带来了希望。由于肢体活动受限，选择出行目的地成为一个难以解决的问题。Bi等利用P300电位和稳态视觉诱发电位完成了车辆行驶目的地的脑控选择，实现了99%的平均选择精度[37]。此后，Bi团队将脑电信号与车辆周围信息进行融合，设计了紧急情况检测方法，取得了94.89%的准确率[38]。(a)目的地选择(b)紧急情况检测图1-6车辆行驶目的地选择和紧急情况检测在娱乐领域，Martinez团队设计了一款基于稳态视觉诱发电位的脑控小车虚拟游戏，该游戏通过利用小车周围不同频率的视觉刺激控制小车执行不同方向上的运动[39]。Shih-Ching团队开发了一款基于BCI和VR的赛车游戏，该游戏的玩家可以通过完成不同难
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CSP和SFFS-SFBS的两级双向脑电导联特征选取方法[J]. 张德明,殷国栋,金贤建,庄伟超. 东南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]邻近移动窗消除高密度椒盐噪声的中值滤波[J]. 张皓,陈明亮. 电子测量与仪器学报. 2018(09)
[3]人工蜂群算法优化的SVM遥感影像分类[J]. 李楠,朱秀芳,潘耀忠,詹培. 遥感学报. 2018(04)
[4]基于脑电信号的疲劳驾驶状态研究[J]. 陈骥驰,王宏,王翘秀,化成城,刘冲. 汽车工程. 2018(05)
[5]Bagging RCSP脑电特征提取算法[J]. 张毅,尹春林,蔡军,罗久飞. 自动化学报. 2017(11)
[6]脑-机接口中空域滤波技术现状与进展[J]. 吴小培,周蚌艳,张磊,宋杰. 安徽大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]一种重复二分CSP 4类运动想象脑电信号特征提取算法[J]. 郑戍华,闫琛,王向周. 北京理工大学学报. 2016(08)
[8]基于共空间模式方法的多类运动想象脑电的导联选择[J]. 周蚌艳,吴小培,吕钊,张磊,郭晓静,张超. 生物医学工程学杂志. 2015(03)
[9]脑机技术发展及其对军事领域的影响[J]. 杨建,刘进,吴明曦,陶化成. 国防科技. 2013(06)
[10]基于希尔伯特-黄变换和BP神经网络的运动想象脑电研究[J]. 金海龙,张志慧. 生物医学工程学杂志. 2013(02)
博士论文
[1]控脑技术发展及军事应用预测研究[D]. 罗旭.第三军医大学 2016
[2]面向重度残疾人的脑机接口功能辅助研究[D]. 张瑞.华南理工大学 2016
[3]基于运动想象的脑机接口通道选择算法研究[D]. 单海军.浙江大学 2015
[4]基于半监督学习的运动想象脑-机接口研究[D]. 谭学敏.重庆大学 2015
[5]基于汉字的多模态脑机交互技术研究[D]. 王力.东南大学 2015
[6]脑—控车辆的人车交互及控制研究[D]. 范新安.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于现代谱估计的抑郁症脑电研究[D]. 孙名厚.兰州大学 2016
本文编号：3062966
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
部分医疗级和商业级脑电放大器
第一章绪论5战任务，提高士兵的作战效率和战场生存能力；运用到娱乐领域，拓展目前的娱乐赛车市常除此之外，脑控驾驶的研究还可以帮助探索驾驶时脑电信号的产生机理，从而协助优化脑电信号的采集范式和处理方法，提升BCI系统的普适性和有效性。作为脑控驾驶的相关领域，脑控轮椅的研究已较为深入。Tanaka设计了基于运动方向想象的脑控轮椅，成功实现了轮椅的左转和右转[34]。Choi等研究了反馈对运动想象BCI系统的重要性，并由此实现了脑控轮椅的直行、左转和右转[35]。为降低被试的心理负担，Zhang等完成了基于BCI技术与自动导航技术的脑控轮椅设计[36]。该轮椅可根据环境信息自主规划行驶路线，被试在行驶过程中可利用P300电位或运动想象电位对轮椅的行进方式进行干涉，实现一定程度上的人机共享控制。(a)Tanaka团队(b)Choi团队(c)Zhang团队图1-5脑控轮椅无人驾驶技术的快速发展为残疾人的自主活动带来了希望。由于肢体活动受限，选择出行目的地成为一个难以解决的问题。Bi等利用P300电位和稳态视觉诱发电位完成了车辆行驶目的地的脑控选择，实现了99%的平均选择精度[37]。此后，Bi团队将脑电信号与车辆周围信息进行融合，设计了紧急情况检测方法，取得了94.89%的准确率[38]。(a)目的地选择(b)紧急情况检测图1-6车辆行驶目的地选择和紧急情况检测在娱乐领域，Martinez团队设计了一款基于稳态视觉诱发电位的脑控小车虚拟游戏，该游戏通过利用小车周围不同频率的视觉刺激控制小车执行不同方向上的运动[39]。Shih-Ching团队开发了一款基于BCI和VR的赛车游戏，该游戏的玩家可以通过完成不同难
第一章绪论5战任务，提高士兵的作战效率和战场生存能力；运用到娱乐领域，拓展目前的娱乐赛车市常除此之外，脑控驾驶的研究还可以帮助探索驾驶时脑电信号的产生机理，从而协助优化脑电信号的采集范式和处理方法，提升BCI系统的普适性和有效性。作为脑控驾驶的相关领域，脑控轮椅的研究已较为深入。Tanaka设计了基于运动方向想象的脑控轮椅，成功实现了轮椅的左转和右转[34]。Choi等研究了反馈对运动想象BCI系统的重要性，并由此实现了脑控轮椅的直行、左转和右转[35]。为降低被试的心理负担，Zhang等完成了基于BCI技术与自动导航技术的脑控轮椅设计[36]。该轮椅可根据环境信息自主规划行驶路线，被试在行驶过程中可利用P300电位或运动想象电位对轮椅的行进方式进行干涉，实现一定程度上的人机共享控制。(a)Tanaka团队(b)Choi团队(c)Zhang团队图1-5脑控轮椅无人驾驶技术的快速发展为残疾人的自主活动带来了希望。由于肢体活动受限，选择出行目的地成为一个难以解决的问题。Bi等利用P300电位和稳态视觉诱发电位完成了车辆行驶目的地的脑控选择，实现了99%的平均选择精度[37]。此后，Bi团队将脑电信号与车辆周围信息进行融合，设计了紧急情况检测方法，取得了94.89%的准确率[38]。(a)目的地选择(b)紧急情况检测图1-6车辆行驶目的地选择和紧急情况检测在娱乐领域，Martinez团队设计了一款基于稳态视觉诱发电位的脑控小车虚拟游戏，该游戏通过利用小车周围不同频率的视觉刺激控制小车执行不同方向上的运动[39]。Shih-Ching团队开发了一款基于BCI和VR的赛车游戏，该游戏的玩家可以通过完成不同难
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CSP和SFFS-SFBS的两级双向脑电导联特征选取方法[J]. 张德明,殷国栋,金贤建,庄伟超. 东南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]邻近移动窗消除高密度椒盐噪声的中值滤波[J]. 张皓,陈明亮. 电子测量与仪器学报. 2018(09)
[3]人工蜂群算法优化的SVM遥感影像分类[J]. 李楠,朱秀芳,潘耀忠,詹培. 遥感学报. 2018(04)
[4]基于脑电信号的疲劳驾驶状态研究[J]. 陈骥驰,王宏,王翘秀,化成城,刘冲. 汽车工程. 2018(05)
[5]Bagging RCSP脑电特征提取算法[J]. 张毅,尹春林,蔡军,罗久飞. 自动化学报. 2017(11)
[6]脑-机接口中空域滤波技术现状与进展[J]. 吴小培,周蚌艳,张磊,宋杰. 安徽大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]一种重复二分CSP 4类运动想象脑电信号特征提取算法[J]. 郑戍华,闫琛,王向周. 北京理工大学学报. 2016(08)
[8]基于共空间模式方法的多类运动想象脑电的导联选择[J]. 周蚌艳,吴小培,吕钊,张磊,郭晓静,张超. 生物医学工程学杂志. 2015(03)
[9]脑机技术发展及其对军事领域的影响[J]. 杨建,刘进,吴明曦,陶化成. 国防科技. 2013(06)
[10]基于希尔伯特-黄变换和BP神经网络的运动想象脑电研究[J]. 金海龙,张志慧. 生物医学工程学杂志. 2013(02)
博士论文
[1]控脑技术发展及军事应用预测研究[D]. 罗旭.第三军医大学 2016
[2]面向重度残疾人的脑机接口功能辅助研究[D]. 张瑞.华南理工大学 2016
[3]基于运动想象的脑机接口通道选择算法研究[D]. 单海军.浙江大学 2015
[4]基于半监督学习的运动想象脑-机接口研究[D]. 谭学敏.重庆大学 2015
[5]基于汉字的多模态脑机交互技术研究[D]. 王力.东南大学 2015
[6]脑—控车辆的人车交互及控制研究[D]. 范新安.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于现代谱估计的抑郁症脑电研究[D]. 孙名厚.兰州大学 2016
本文编号：3062966
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