[發(fā)明專利]一種腦電信號(hào)的識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710323803.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN107174203B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任立紅;李嘉偉;丁永生;郝礦榮;陳磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00;A61B5/0476
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 金利琴

本發(fā)明涉及一種腦電信號(hào)的識(shí)別方法，首先進(jìn)行字符實(shí)驗(yàn)提取包含P300信號(hào)的腦電信號(hào)作為訓(xùn)練集，然后利用bagging算法集成多個(gè)混合核的支持向量機(jī)作為學(xué)習(xí)器并采用訓(xùn)練集基于免疫算法自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)器的參數(shù)得到最佳參數(shù)，最后利用參數(shù)為最佳參數(shù)的學(xué)習(xí)器對(duì)腦電信號(hào)中的P300信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，其中最佳參數(shù)是使得學(xué)習(xí)器能夠準(zhǔn)確識(shí)別P300信號(hào)的參數(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別是指12次以上重復(fù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確率為96～98％。本發(fā)明的一種腦電信號(hào)的識(shí)別方法能夠根據(jù)優(yōu)化內(nèi)容智能選擇參數(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)器需要不斷調(diào)優(yōu)、交叉驗(yàn)證過(guò)程的不足，提高了集成學(xué)習(xí)器的智能性，且識(shí)別性能好、準(zhǔn)確率高、整體泛化能力強(qiáng)，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于腦電信號(hào)識(shí)別領(lǐng)域，涉及一種腦電信號(hào)的識(shí)別方法，尤其涉及一種基于免疫算法的集成支持向量機(jī)的腦電信號(hào)的識(shí)別方法。

背景技術(shù)

腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface，BCI)技術(shù)形成于20世紀(jì)70年代，是一種涉及神經(jīng)科學(xué)、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、模式識(shí)別等多領(lǐng)域的交叉技術(shù)。20多年來(lái)，隨著人們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)功能認(rèn)識(shí)的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，BCI技術(shù)的研究呈明顯的上升趨勢(shì)，特別是1999年和2002年兩次BCI國(guó)際會(huì)議的召開為BCI技術(shù)的發(fā)展指明了方向。目前，BCI技術(shù)已引起國(guó)際上眾多學(xué)科科技工作者的普遍關(guān)注，成為生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信等多領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

BCI是一種連接大腦和外部設(shè)備的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，BCI系統(tǒng)可以把大腦發(fā)出的信息直接轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的命令，并代替人的肢體或語(yǔ)言器官，實(shí)現(xiàn)人與外界的交流以及對(duì)外部環(huán)境的控制，換言之，BCI系統(tǒng)可以代替正常外圍神經(jīng)和肌肉組織，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間或人與外部環(huán)境之間的通信。BCI技術(shù)的核心是把用戶輸入的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出控制信號(hào)或命令的轉(zhuǎn)換算法，BCI研究工作中相當(dāng)重要的部分就是調(diào)整人腦和BCI系統(tǒng)之間的相互適應(yīng)關(guān)系，也就是尋找合適的信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換算法，使得神經(jīng)電信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)、快速、準(zhǔn)確地通過(guò)BCI系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成可以被計(jì)算機(jī)識(shí)別的命令或操作信號(hào)。

近年來(lái)，基于腦電(electroencephalogram，EEG)信號(hào)的腦機(jī)接口系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注。腦機(jī)接口是一種新的人機(jī)交互界面，可以通過(guò)識(shí)別人腦電信號(hào)來(lái)獲取被試者意圖，這項(xiàng)技術(shù)可以為神經(jīng)肌肉損傷的患者提供不依賴外為神經(jīng)的新的通訊工具，將來(lái)可以為人類帶來(lái)極大的便利。在腦電信號(hào)中，P300誘發(fā)電位由于它的穩(wěn)定性以及不需要訓(xùn)練等特性越來(lái)越被研究人員所接受，P300誘發(fā)電位是一種事件相關(guān)電位(event relatedpotential，ERP)，是對(duì)發(fā)生概率相對(duì)較小的外界事件或刺激的反應(yīng)，由于P300誘發(fā)電位一般出現(xiàn)在刺激發(fā)生后300ms左右，故稱為P300信號(hào)。為了準(zhǔn)確分辨出EEG信號(hào)中是否含有P300信號(hào)，以往的學(xué)者提出了很多算法，例如基于小波變換的識(shí)別算法、基于獨(dú)立分量分析的識(shí)別算法、基于支持向量機(jī)的分類算法等。由于P300分類為二分類問(wèn)題，所以適用于二分類的支持向量機(jī)分類算法被廣泛應(yīng)用，很多學(xué)者采用支持向量機(jī)對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行分類并且取得了不錯(cuò)的成果，然而單支持向量機(jī)普遍存在分類能力有限、分類準(zhǔn)確率不高、整體泛化能力差等問(wèn)題，阻礙了能夠識(shí)別P300信號(hào)的支持向量機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

因此，研究一種識(shí)別性能好、準(zhǔn)確率高、整體泛化能力強(qiáng)的利用支持向量機(jī)識(shí)別P300信號(hào)的方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種識(shí)別性能好、準(zhǔn)確率高、整體泛化能力強(qiáng)的P300信號(hào)的識(shí)別方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種腦電信號(hào)的識(shí)別方法，首先進(jìn)行字符實(shí)驗(yàn)提取包含P300信號(hào)的腦電信號(hào)作為訓(xùn)練集，然后利用bagging算法集成多個(gè)混合核的支持向量機(jī)作為學(xué)習(xí)器并采用訓(xùn)練集基于免疫算法自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)器的參數(shù)得到最佳參數(shù)，最后將腦電信號(hào)輸入到參數(shù)為最佳參數(shù)的學(xué)習(xí)器中，學(xué)習(xí)器對(duì)腦電信號(hào)中的P300信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，學(xué)習(xí)器識(shí)別腦電信號(hào)的過(guò)程與支持向量機(jī)識(shí)別腦電信號(hào)的過(guò)程相同；