[發明專利]一種基于互信息特征提取及多人融合的運動想象識別方法

有效

• 申請號: 202011541158.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112698720B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 孔萬增;楊宇;朱莉;王鑫洋;張建海
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種基于互信息特征提取及多人融合的運動想象識別方法。本發明如下：1.通過多通道腦電采集設備同時采集P個用戶進行運動想象的腦電信號。2.對采集到的P個用戶的腦電數據分別進行預處理。3.對每次采集的腦電數據分別提取一個或多個互信息向量。4.多人運動想象識別。本發明利用提取多人腦電互信息，并通過三種不同層次的融合策略，最終由K近鄰算法進行分類，能夠快速、準確地實現基于多人腦電數據的人腦運動想象識別。

技術領域

本發明屬于腦機接口領域中特征工程研究領域，具體涉及一種基于互信息特征提取及多人融合特征分類的方法。

背景技術

運動想象是指沒有實際的肢體行為，而是直接利用大腦意念想象肢體動作，并轉化為控制指令，由控制器來實現后續的實際操作。運動想象腦電是一種內源性自發腦電，與誘發腦電不同的是，其無需外界刺激，只需人進行想象運動，腦電波就呈現特異波形。隨著腦神經科學與信息技術的進步，運動想象可以服務一般群體和特殊群體，并且為腦科學的研究提供一種重要手段。

目前，運動想象腦機接口的研究都是單一用戶模式，存在誤判、穩定性等局限。實際中，人的決策往往受到其他個體的影響，存在交互作用。其中，超掃描技術是一種新興的用以同時記錄多人腦信號的方法。因此，本發明旨在利用超掃描技術同時記錄多人運動想象腦電數據，實現一種新型的運動想象腦機接口系統，進而重點給出其實現方法。本發明彌補了多人運動想象混合腦機接口的空白。

本發明給出了基于多人腦電互信息特征提取及其分類方法。與傳統單人系統相比，基于多人的腦電信號分類準確率更高，該模式可以改進傳統單人模式的應用局限，可以用于多人協作完成同一目標或多目標的任務。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多人腦電互信息特征提取及分類的方法，實現多人運動想象腦機接口。

本發明的具體步驟如下：

步驟1、通過多通道腦電采集設備同時采集P個用戶進行運動想象的腦電信號，P≥2；獲取各用戶在進行不同運動想象時的腦電數據。

步驟2、對采集到的P個用戶的腦電數據分別進行預處理。

步驟3、對每次采集的腦電數據分別提取一個或多個互信息向量。一次腦電數據采集中，每個用戶均提取C個通道數據；P個用戶共計采集到C·P個通道數據；對C·P個通道數據按照融合策略進行配對，得到若干個通道對；通道對可以包含兩個相同的通道數據；每個通道對均計算互信息特征之后，根據所得的各互信息特征MI(X,Y)建立一個或多個互信息向量。其中，X,Y代表該通道對的兩個通道數據；I(X，Y)代表兩個通道之間的互信息，N代表單通道采樣點數；x(N)代表通道X的瞬時位置， y(N)代表通道Y的瞬時位置；p(x(N)，y(N))代表通道X與通道Y的聯合概率分布函數， p(x(N))和p(y(N))分別是通道X和通道Y的邊緣概率分布函數。

步驟4、用全部或部分步驟3得到的各互信息向量建立訓練集；對新采集的P個被測者的腦電數據作為被測數據，并用被測數據按照步驟2和3中方法求取P個被測者腦電數據的互信息特征向量。用所得的被測者的互信息特征向量與訓練集中各互信息特征向量進行歐式距離計算，并根據各歐氏距離的大小預測出P個被測者在腦電采集時的運動想象類別。

作為優選，用戶采集的腦電數據通道數C為21，該21個通道分別為Neuroscan設備中的FCz,FC1,FC2,FC3,FC4,FC5,FC6,Cz,C1,C2,C3,C4,C5,C6,CPz,CP1,CP2,CP3,CP4,CP5,CP6電極。

作為優選，步驟1中，P個用戶均采集進行腦電信號多次，同一次采集時兩個用戶的運動想象任務相同；不同次的采集時用戶的運動想象任務可以相同也可以不同。

作為優選，所述的運動想象分為三種，分別為想象左手、想象右手和空閑態。

作為優選，步驟2中，預處理包括帶通濾波和共平均參考。