[發(fā)明專利]一種心理壓力評(píng)估中針對(duì)個(gè)體差異的分類方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310571944.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN103605721A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昕;張?jiān)迄i;孫躍家
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/30
• 分類號(hào): G06F17/30
• 代理公司: 石家莊一誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生理信號(hào)心理壓力評(píng)估方法，特別涉及一種心理壓力評(píng)估中針對(duì)個(gè)體差異的分類方法。

背景技術(shù)

研究和實(shí)踐都表明：適當(dāng)程度的心理壓力會(huì)對(duì)人們產(chǎn)生正能量，但心理壓力一旦過大，則會(huì)產(chǎn)生很多負(fù)面效應(yīng)。慢性心理壓力會(huì)帶來一系列的病理、生理風(fēng)險(xiǎn)，直接影響健康。有效的心理壓力測(cè)評(píng)方法，可以檢測(cè)與評(píng)估出心理壓力，提醒人們關(guān)注健康。

在心理學(xué)領(lǐng)域常用于心理壓力評(píng)估的方法有晤談法、心理測(cè)驗(yàn)法和問卷調(diào)查法。盡管這些方法在一定程度上能夠反映出個(gè)體的心理壓力，但是往往需要參與者的顯著響應(yīng)和積極配合。如果心理壓力評(píng)估可以在不需要自我評(píng)估的條件下進(jìn)行，其用途將更為廣泛，并且有利于心理壓力與健康的研究。

在本發(fā)明之前，美國麻省理工學(xué)院的Picard教授課題小組研究了基于語音的司機(jī)駕駛壓力評(píng)估，基于生理參數(shù)的心理壓力評(píng)估，其中又以自然狀態(tài)下司機(jī)駕駛心理壓力評(píng)估研究為主。Healey和Picard在其研究中持續(xù)記錄在通往波士頓市中心固定路段上行駛的汽車司機(jī)的心電圖、肌電圖、皮膚電導(dǎo)和呼吸信號(hào)，證明了生理信號(hào)對(duì)于預(yù)測(cè)心理壓力具有很高的精確度。德國Augsburg大學(xué)采用“俄羅斯方塊”游戲作為心理壓力源，采集了一名被試者的129組呼吸信號(hào)和肌電信號(hào)。通過LDA和Fisher判別對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析，平均識(shí)別率達(dá)80%以上。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Yuan?Shi等人采集4種不同心理壓力源下22名被試者的體溫、心電信號(hào)、皮膚電反應(yīng)電阻和呼吸信號(hào)，建立了心理壓力識(shí)別模型，并證明了該模型在心理壓力檢測(cè)中具有較高的精確度和穩(wěn)定性。Gennaro?Tartarisco等設(shè)計(jì)了一種用于評(píng)估心理壓力的簡(jiǎn)單無線裝置，可以使人們自動(dòng)而持久地檢測(cè)日常活動(dòng)中的心理壓力，通過分析心電信號(hào)及主體動(dòng)作特征來自動(dòng)識(shí)別心理壓力。Javier?Hernandez等人以話務(wù)中心工作人員作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究了解決自動(dòng)識(shí)別心理壓力/非心理壓力反應(yīng)中個(gè)體差異問題的兩種方法，他們通過1500個(gè)呼叫對(duì)此方法進(jìn)行驗(yàn)證，得到如下結(jié)果：對(duì)于同一人的多天數(shù)據(jù)，訓(xùn)練和測(cè)試得到的正確率是78.3%；而在不同參與者間進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試得到的正確率是73.41%。

在心理壓力數(shù)據(jù)的獲取方面，研究者多是采集真實(shí)環(huán)境中心理壓力下的生理信號(hào)，這對(duì)信號(hào)獲取裝置的要求較高，且成本較大。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下心理壓力的誘發(fā)也多使用游戲作為心理壓力源，如需獲取同一名被試者多天的心理壓力數(shù)據(jù)，由于“適應(yīng)性”的存在，這一方案的效果就會(huì)大大降低。目前對(duì)心理壓力數(shù)據(jù)的研究中，缺乏一套適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的完整的心理壓力誘發(fā)方案。進(jìn)行心理壓力評(píng)估時(shí)，多采用傳統(tǒng)算法，進(jìn)行特征提取與選擇，然后直接送進(jìn)分類器進(jìn)行分類，沒有針對(duì)特定問題加入相關(guān)的樣本信息進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一套有效的實(shí)驗(yàn)室誘發(fā)心理壓力的實(shí)驗(yàn)方案，并提出了解決自動(dòng)識(shí)別心理壓力/非心理壓力反應(yīng)中個(gè)體差異問題的幾種方法，對(duì)SVM分類算法進(jìn)行改進(jìn)（SVM——Support?Vector?machine向量機(jī)_），以提升分類器性能，獲得更高的分類正確率。

一種心理壓力評(píng)估中針對(duì)個(gè)體差異的分類方法，其內(nèi)容包括如下步驟：

第一步設(shè)計(jì)一套有效的實(shí)驗(yàn)室誘發(fā)心理壓力的實(shí)驗(yàn)方案，建立心理壓力素材激發(fā)素材庫；

在實(shí)驗(yàn)室條件下盡可能地模擬真實(shí)情景，加入盡可能多的心理壓力因素，如眾所周知的高強(qiáng)度噪聲以及低亮度光照心理壓力源等；

在連續(xù)的四天中分別使用不同的心理壓力源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免因采用不變的刺激源而可能使參與者產(chǎn)生的“適應(yīng)性”，從而增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果；

實(shí)驗(yàn)過程中關(guān)閉燈光，保持絕對(duì)安靜，使用PC機(jī)完成實(shí)驗(yàn)素材的播放；

數(shù)據(jù)采集前后分別使被試者填寫一份問卷，用于數(shù)據(jù)的輔助分析及實(shí)驗(yàn)效果評(píng)估；

第二步sEMG信號(hào)的心理壓力數(shù)據(jù)采集（sEMG—surface?electromyographic?signal表面肌電信號(hào)）；

第三步對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

第四步sEMG信號(hào)的心理壓力特征提取及處理；

第五步采用改進(jìn)的支持向量機(jī)分類器進(jìn)行心理壓力評(píng)估分類；

使用所述步驟所采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)SVM算法進(jìn)行改進(jìn)，得到基于SVM的改進(jìn)算法用以解決情感計(jì)算中普遍存在的個(gè)體差異問題。

基于SVM的改進(jìn)算法包括選擇訓(xùn)練樣本和加入分類權(quán)重兩個(gè)方面。

所述的選擇訓(xùn)練樣本的步驟如下：

支持向量機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式為: