[發明專利]一種基于黎曼流形坐標對齊的腦電信號域適應方法

有效

• 申請號: 202011342014.3
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112580436B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 唐賢倫;李星辰;王會明;陳霸東;朱楚洪;鄧欣;李偉
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N20/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

1.一種基于黎曼流形坐標對齊的腦電信號域適應方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取已知對象的腦電信號和新加入對象的腦電信號，已知對象的腦電信號為源域數據，新加入對象的腦電信號為目標域數據，分別對源域、目標域的原始腦電數據進行包括去均值、帶通濾波和歸一化在內的預處理；

步驟2：將經過預處理的源域和目標域的腦電數據均使用協方差矩陣進行處理，使數據形式轉化為對稱正定SPD矩陣；

步驟3：構建黎曼流形空間，將步驟2中處理好的腦電數據點一一對應到黎曼流形空間中；黎曼流形是一個對稱、正定的二階張量場的光滑流形，它是具有黎曼度量的微分流形；

步驟4：分別計算源域數據和目標域數據在黎曼流形空間中各自的黎曼均值點，兩個數據域總的黎曼均值點；

步驟5：將兩個域的腦電數據點和對應的黎曼均值點通過對數映射投射到對應的切線空間中；

步驟6：在對應的切線空間中，利用坐標變換將兩個域的腦電數據點進行平移對齊；

步驟7：將平移對齊后的兩個域的腦電數據點通過指數映射投射回原來的黎曼流形空間；

步驟8：將經過域適應對齊后的源域數據和目標域數據進行矢量化處理，并輸入分類器進行分類識別；

所述步驟4：分別計算源域數據和目標域數據在黎曼流形空間中各自的黎曼均值點和所有數據總的黎曼均值點；具體為：

根據黎曼均值計算公式

計算出源域數據的黎曼均值M_s，目標域數據的黎曼均值M_t和全部數據總的黎曼均值M_D，ν表示求解點C₁～C_N黎曼均值點的函數，C_N表示第N個數據點，N表示數據點個數，C(n)表示數據點集合，表示點C_i到切點C間距離的平方；

所述步驟6：在對應的切線空間中，利用坐標變換將兩個域的腦電數據點進行平移對齊，具體為：

通過兩點間距離公式分別計算M_s和M_t到M_D間的距離d_s、d_t，再根據對應的距離，將切線空間中的源域數據點和目標域數據進行平移對齊，即將兩個域的數據點按照對應的距離d_s、d_t，在切線空間中沿著M_s→M_D、M_t→M_D方向進行平移，使得它們內部的特征相匹配。

2.根據權利要求1所述的一種基于黎曼流形坐標對齊的腦電信號域適應方法，其特征在于，所述步驟2：將源域和目標域的腦電數據都使用協方差矩陣進行處理，使數據形式轉化為對稱正定SPD矩陣；具體為：

假設腦電數據其中m為電極數，n為采樣時間，表示實數域，i表示第i個數據，將它和它的轉置矩陣相乘構建協方差矩陣，具體表達式為：

其中X_i為預處理后的原始腦電數據，C_i為其構建的協方差矩陣，它是對稱正定的。

3.根據權利要求2所述的一種基于黎曼流形坐標對齊的腦電信號域適應方法，其特征在于，所述步驟3構建黎曼流形空間，將步驟2中處理好的腦電數據點一一對應到黎曼流形空間中，具體為：

在歐式空間中，t維對稱正定矩陣可以構成t(t+1)/2維的黎曼流形空間其中，流形空間中，C為切點，為對應的切線空間，C_i和S_i分別為流形空間和切線空間上的點。

4.根據權利要求3所述的一種基于黎曼流形坐標對齊的腦電信號域適應方法，其特征在于，所述步驟5：將步驟4中計算出的總的黎曼均值點作為切點，將源域腦電數據點、目標域腦電數據點和對應的黎曼均值點映射到對應的切線空間中；具體為：

根據對數映射公式

將上述所有數據點從流形空間映射到切線空間中，這里的C為切點對應數值。