[發明專利]一種基于機器學習實現腦控智能小車的構建方法

有效

• 申請號: 201811218785.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109144277B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 殷國棟;張德明;莊佳宇;劉帥鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

本發明涉及一種基于機器學習實現腦控智能小車的構建方法，包括以下步驟：被試佩戴EMOTIV腦電放大器，想象左手運動、右手運動、推和拉等肢體動作；將放大器采集得到的腦電信號傳輸給上位機中的Simuink模塊，再通過無線串口將信號傳輸給虛擬機中的Linux系統；運用小波包分解濾除與運動想象無關的腦電信號，利用Fisher判據選取每個通道的最佳頻率，再根據公共空間模式（CSP）的濾波系數剔除部分維度的信號分量；完成K近鄰（KNN）分類器的構建，對一對多CSP濾波器所提取的特征向量進行分類，將分類結果傳輸給單片機，實現小車實時控制；本發明所需的硬件平臺結構簡單成本低，通過各通道頻率選取及部分維度信號分量的剔除提高了腦電信號的識別率，保障了小車的駕駛安全。

技術領域

本發明涉及一種基于機器學習實現腦控智能小車的構建方法，屬于腦電信號處理及車輛控制領域。

背景技術

隨著國民經濟的不斷發展，中國的汽車保有量增長迅猛，由此引發的交通事故數量也在不斷升高，許多人在交通事故中徹底失去了自主活動的能力，此外，肌肉萎縮、高位截癱、中風和肌肉硬化癥等疾病也讓一些人失去了與外界交互的可能。腦機接口(BCI)這種直接通過大腦信號控制外周裝置的方法為存在語言及肢體障礙的人提供了另一種對外交流的方式。腦控車輛利用腦機接口成功實現了基于人腦意志的自主駕駛，極大地提高了殘障人士的生活質量，具有廣泛的應用前景。

腦電放大器價格較為昂貴，高分辨率的腦電放大器價格甚至可以達到100萬/每臺，這給腦控車輛技術的推廣設置了巨大的障礙。價格較低的商用級腦電放大器體積更小，便于攜帶，但是其采集得到的腦電信號的信噪比通常很低；如何濾除偽跡，提高腦電信號質量成為提升腦機接口性能的關鍵問題。經典的腦電濾波方法通常是根據經驗選取合適的濾波頻帶進行腦電偽跡去除，這種方法忽視了不同個體腦電信號節律的差異性，因此得到的識別結果通常較差。選取合理的濾波頻帶已經成為腦電信號處理的一大難點。大腦區域的功能劃分存在明確的規律，不同通道的腦電信號所表征信息的重要性區別明顯，如何剔除部分維度的腦電信號分量、降低信號的冗余性也是腦機接口領域的研究重點。

發明內容

本發明提供一種基于機器學習實現腦控智能小車的構建方法，選用成本較低且便攜性較好的EMOTIV放大器采集腦電信號，利用Fisher判據選取每個通道的最佳濾波頻率，結合CSP濾波系數剔除部分維度的腦電信號分量，提高腦電信號的信噪比，實現腦控小車的安全駕駛。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于機器學習實現腦控智能小車的構建方法，包括以下步驟：

第一步，被試佩戴者充分清洗頭部，吹干頭發后佩戴EMOTIV腦電采集頭套，保證各個電極與頭皮均有良好的接觸，根據車輛運動狀態想象左手運動、右手運動、推和拉等肢體動作；

第二步，將所采集的腦電信號通過藍牙傳輸給上位機中的Simulink模塊，將Simulink模塊連接到無線串口，利用無線串口把腦電信號實時傳輸給虛擬機中的Linux系統；

第三步，對原始的腦電信號進行去均值化處理，在Linux系統下利用小波包分解的方法選取并重構對應的腦電信號分量；

第四步，設計不同帶寬的巴特沃斯帶通濾波器組，利用濾波器組對訓練集腦電信號進行濾波，計算對應的通道在不同濾波頻率下的帶通能量值，得到當前通道及濾波頻率帶條件下的Fisher判據值，選取每個通道內最佳的三個Fisher判據值作為訓練集腦電信號相應通道的最終濾波頻段；

第五步，對每個通道的腦電信號進行相應通道的最終濾波頻段的濾波，利用濾波后的訓練集腦電數據設計一對多CSP濾波器，通過濾波系數大小排序剔除在設定維度范圍外的信號分量，得到新的電腦信號集合；