[發明專利]基于相關系數的MRP腦電信號特征提取方法及其裝置

有效

• 申請號: 201710108888.4
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN107066940B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 歐澤良;王沛濤;張浩川;余榮
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F3/01
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發明公開了一種基于相關系數的MRP(movement?related potential)腦電信號特征提取方法和裝置，方法包括對訓練集中的各個MRP腦電信號樣本和標簽分別進行零均值化處理；依據零均值化的腦電信號樣本和標簽，最大化基于相關系數的目標函數，得到一組空間濾波器；依據每一個空間濾波器，計算零均值化的MRP腦電信號空間濾波后的輸出向量，并取該輸出向量全部元素之和作為該腦電信號特征向量中的一個特征值；在腦?機接口工作過程中，當接收到采集的腦電信號時，依據訓練階段學習到的空間濾波器組提取各個腦電信號的特征向量。本發明提出的方法魯棒性強，在訓練集樣本不足時亦能得到較為滿意的結果。

技術領域

本發明涉及神經工程技術領域，特別是涉及一種基于相關系數的MRP腦電信號特征提取方法及其裝置。本發明還涉及一種腦-機接口系統。

背景技術

神經工程作為一個新興學科，核心是用工程技術研究中樞和周圍神經系統功能并操作其行為。腦-機接口(Brain-Computer Interface,BCI)技術便是神經工程最熱門的研究方向之一。腦-機接口技術在人體運動功能恢復、特殊環境控制外界設備、殘疾人無人駕駛汽車等領域有重要意義。

腦電信號(electroencephalogram，EEG)，又稱腦電波，是在腦的各相應區域(如頭皮、硬膜下等)，借助金屬電極和導電膠記錄到的皮層自發電位圖形。腦-機接口是一種人機交互系統，無需依賴大腦常規的神經-肌肉通道，以腦電信號(EEG)為信息載體，通過處理腦電信號即把人的思維活動轉換為數據和控制命令，發送到計算機來控制相關設備。

根據用戶意識任務的執行方式可分為三種BCI：基于集中注意力的BCI、基于運動想象的BCI以及基于用戶調節的BCI。其中基于運動想象的BCI是指用戶通過想象運動動作來改變指定節律的EEG信號，來實現對外設的控制。人在運動想象時，一個想象動作會在想象、準備和執行三個階段產生不同的EEG信號。此過程會產生兩種生理現象：MRP(movement-related potentials)和ERD(event-related desynchronization)/ERS(event-relatedsynchronization)。利用這兩種生理現象帶來的EEG信號變化，可以對運動進行分類。當人在實際執行或想象肢體運動時，大腦運動皮層特定區域的電位就是運動相關電位，即MRP腦電信號。

BCI的信號處理過程包括：信號預處理、特征提取、特征選擇和分類等過程，如圖1所示。其中，特征提取是從EEG中提取有用的信息，并選擇壓縮或者選擇生成特征矩陣或者向量。目前采用的特征提取方法有判決空間模式法(Discriminative Spatial Patterns，DSP)，DSP是設計空間濾波器的一種方法，一個信號通過空間濾波器后，它的特征信息被提取，這個信息會作為之后分類的依據；但是DSP中需要將MRP腦電信號樣本進行分類，然后分別估計各類腦電信號樣本的中心。

但是在BCI研究中，考慮到被試者的精神負荷，訓練樣本的數量往往不多，將訓練樣本分類后個數就更少，難以準確地估計其中心，從而使空間濾波器的優化受到影響，造成特征提取的準確性低。

因此，如何提供一種魯棒性強的基于相關系數的MRP腦電信號特征提取方法及其裝置及腦-機接口系統是本領域技術人員目前需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于相關系數的MRP腦電信號特征提取方法及其裝置，不需要計算腦電信號各類的類中心，而是依據全部的MRP腦電信號樣本來估計中心，魯棒性強；本發明的另一目的是提供一種包括上述裝置的腦-機接口系統。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于相關系數的MRP腦電信號特征提取方法，包括：

對采集的各個MRP腦電信號樣本進行零均值化處理，得到零均值化的腦電信號樣本；

對預先獲得的各個所述MRP腦電信號樣本的標簽進行零均值化處理，得到零均值標簽；