基于运动想象的脑电信号分类算法与脑-机接口技术研究
本文选题:脑电图 切入点:脑-机接口 出处:《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】:脑-机接口作为一种新的人机交互途径逐渐引起人们的关注,基于运动想象BCI系统作为其中的一大分支也逐渐引起大家的重视,但人的脑电信号(Electroencephalogram,EEG)复杂且具有非线性非平稳等特点,这使其难以辨识和解析,其识别效果也依赖于数据集的不同,而表现不稳定。为了提高运动想象EEG信号的识别率,提供相对有效的特征提取及分类方案,本文基于脑电信号这样的特点,介绍和研究了两种基于二分类的运动想象脑电信号的处理、特征提取及分类方法,并开发了一套原理样机。1.利用总体经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)后得到的较具影响能力的固有模态函数(Intrinsic mode functions,IMFs),利用希尔伯特变换提取边际谱(Marginal spectrum,MS)及瞬时能谱(Instantaneous energy spectrum,IES)时频特征,同时通过加窗的方法提取非线性动力学特征近似熵特征,利用线性判别分类器(Linear Discriminant Analysis,LDA)作为分类器,实验对象为来自三个不同数据集的9个不同受试者,其取得平均分类识别率为82.74%,具有良好普适性;2.利用固有时间尺度分解(Intrinsic time-scale decomposition,ITD)后得到的固有旋转分量,选择较优分量信号,进而提取四类有效特征包括能量,AR参数模型,数学形态学特征以及模糊近似熵,采用单因素方差检验作为特征选择,利用LDA作为分类器进行分类,采用互信息(MI)及最大峭度的评价标准。实验结果证明提出基于ITD的识别系统能取得较为可观的识别率,结果优于BCI竞赛成绩及近期文献成果。在03年脑-机接口大赛数据中取得0.75的互信息,05年大赛数据中取得0.3699的平均最大峭度。且对基于ITD的特征提取方案对脑电信号处理和识别进行了解释和分析,该方法对提高脑-机接口系统的分类性能及在线BCI系统的实现,能提供良好的理论基础和应用参考;3.开发的一套基于ThinkGear脑电仪意念控制手臂的在线BCI系统。通过采集受试者前额处脑电信号,获取当前受试者视觉阻断信息,使其作为控制指令,最终可以使假肢手臂完成简单的任务动作。该系统的开发可为BCI技术的将来的发展及应用提供工作基础及方向参考。
[Abstract]:As a new way of human-computer interaction, brain-computer interface (BCI) has attracted more and more attention, and BCI system based on motion imagination has attracted more and more attention. But the EEG electroencephalogramme (EGG) is complex and nonlinear and non-stationary, which makes it difficult to identify and analyze, and its recognition effect depends on the difference of data set, and its performance is unstable. In order to improve the recognition rate of motion imagination EEG signal, In this paper, based on the characteristics of EEG, two methods of processing, feature extraction and classification of motion imagination EEG based on two-classification are introduced and studied. A set of principle prototype is developed. 1. The inherent mode function of intrinsic mode function is obtained by means of total empirical mode decomposition (EMD), and the time-frequency features of marginal spectrum and instantaneous energy spectrum energy spectrum are extracted by Hilbert transform. At the same time, the approximate entropy feature of nonlinear dynamics is extracted by adding windows, and linear discriminant classifier linear Discriminant analysis is used as the classifier. Nine different subjects from three different data sets are used as experimental objects. Its average classification recognition rate is 82.74, and it has good universality. By using the inherent rotation component obtained by decomposing intrinsic time-scale decompostion (ITD), the better component signal is selected and four effective features, including the energy AR parameter model, are extracted. Mathematical morphological features and fuzzy approximate entropy are classified by single factor variance test and LDA as classifier. The experimental results show that the recognition system based on ITD can achieve considerable recognition rate. The results were superior to those of BCI competition and recent literature. Mutual information of 0.75 was obtained in the 2003 brain-computer interface contest data, and the average maximum kurtosis was 0.3699 in the 2005 contest data. The feature extraction scheme based on ITD was applied to EEG. Signal processing and recognition are interpreted and analyzed, This method can improve the classification performance of brain-computer interface system and the realization of on-line BCI system. It can provide a good theoretical basis and application reference. 3. A set of online BCI system based on the idea control arm of ThinkGear EEG instrument is developed. By collecting the EEG signals in the forehead of the subjects, we can obtain the visual blocking information of the current subjects. The development of the system can provide the working basis and direction reference for the future development and application of BCI technology.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318;TN911.7
【相似文献】
相关期刊论文 前3条
1 刘铁军;徐鹏;余茜;尧德中;;运动想象的脑机制及其在运动功能康复中应用的研究进展[J];生物化学与生物物理进展;2011年04期
2 阳宏;夏斌;谢宏;王聪;肖殿云;;一种用于实现多命令输出的运动想象分组策略[J];广西师范大学学报(自然科学版);2011年03期
3 刘燕;穆振东;;运动想象机制研究[J];科技广场;2011年01期
相关会议论文 前10条
1 杨远滨;王芗斌;;浅谈中医意念与运动想象的比较[A];中国医师协会第二届康复医学论坛、中国康复医学会第四届青年学术会议、北京康复医学会第三届会员代表大会论文集[C];2005年
2 贾子善;;运动想像的理论与应用[A];2008年浙江省物理医学与康复学术年会暨中枢神经功能损伤康复新进展学习班论文汇编[C];2008年
3 张爽;周鹏;熊屹;王明时;;运动想象脑电模式的动态分类[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
4 诸强;谢琳;;基于小波分析的运动想象脑电模式特征提取与分类[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
5 孔万增;张艳娜;胡三清;戴国骏;张建海;魏大名;;基于运动想象的中风患者肢体康复实时控制系统[A];第一届全国神经动力学学术会议程序手册 & 论文摘要集[C];2012年
6 徐海鹰;;运动想象疗法结合运动再学习方案在脑卒中早期患者上肢功能的应用[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
7 李泽云;王昭君;林金生;卢攀;;运动想象联合强制性运动疗法治疗脑卒中偏瘫60例临床观察[A];中国康复医学会脑血管病专业委员会换届暨第十五次全国脑血管病康复学术年会、湖南省康复医学会神经康复专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
8 王艳;唐强;白震民;李娟;;头穴丛刺与被动运动和运动想象结合对早期脑卒中患者运动功能的影响[A];中国康复医学会第五届全国康复治疗学术会议论文集[C];2006年
9 刘佳;邓景贵;陶希;宋红;;运动想象疗法对老年卒中偏瘫患者肢体功能恢复的影响研究[A];中国康复医学会脑血管病专业委员会换届暨第十五次全国脑血管病康复学术年会、湖南省康复医学会神经康复专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
10 吴华;顾旭东;时美芳;吴彩虹;朱美红;金妹;杨京辉;;虚拟现实技术结合运动想象疗法对脑卒中患者上肢功能恢复的影响[A];2013浙江省物理医学与康复学学术年会暨第八届浙江省康复医学发展论坛论文集[C];2013年
相关博士学位论文 前9条
1 张锐;运动想象脑—机接口的神经机制与识别算法研究[D];电子科技大学;2015年
2 单海军;基于运动想象的脑机接口通道选择算法研究[D];浙江大学;2015年
3 王莉;应用脑功能成像技术研究脑卒中运动想象疗法神经康复机制[D];重庆大学;2015年
4 魏庆国;基于运动想象的脑—机接口分类算法的研究[D];清华大学;2006年
5 徐舫舟;基于运动想象的脑机接口相关算法研究[D];山东大学;2014年
6 闫静;基于脑电的脑卒中患者运动想象认知过程的研究[D];上海交通大学;2012年
7 方永慧;基于运动想象脑电信号非线性特性分析的脑—机接口研究[D];重庆大学;2014年
8 周鹏;基于运动想象的脑机接口的研究[D];天津大学;2007年
9 孙莉敏;运动想象训练促进脑卒中患者功能恢复的功能磁共振(fMRI)研究[D];复旦大学;2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 牛小辰;康复运动中的脑肌电特征分析[D];燕山大学;2015年
2 谢立娟;针灸合并运动想象疗法在脑卒中偏瘫患者康复护理中的应用[D];河北医科大学;2015年
3 孙会文;基于运动想象脑电的脑机交互模式识别方法研究[D];昆明理工大学;2015年
4 戴若梦;基于深度学习的运动想象脑电分类[D];北京理工大学;2015年
5 郭兰锦;基于结构MRI的运动想象BCI机制研究[D];电子科技大学;2014年
6 翟红利;基于运动想象的脑机接口的数学模型与算法研究[D];长沙理工大学;2014年
7 丛壮;运动想象结合音乐疗法在卒中偏瘫患者上肢康复中的应用[D];辽宁医学院;2015年
8 康莎莎;多类运动想象脑电信号的识别及其在BCI中的应用[D];安徽大学;2016年
9 何青松;基于想象左右手运动思维脑电识别分类研究[D];北京交通大学;2016年
10 刘传伟;运动想象脑电的特征提取和模式分类算法研究及在线验证[D];昆明理工大学;2016年
,本文编号:1672938
本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/1672938.html