[發(fā)明專利]一種用于嗅覺腦電識別的頻段注意力方法

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• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN115005844A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 門洪;夏秀鑫;石巖;鄭文博;李鵬威;英宇翔
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: A61B5/374
• 分類號: A61B5/374;A61B5/381;A61B5/00
• 代理公司: 西安合創(chuàng)非凡知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 高志永

本發(fā)明公開了一種用于嗅覺腦電識別的頻段注意力方法，包括如下步驟：利用腦電信號采集系統(tǒng)分別獲取受試者在多種氣味刺激下所誘發(fā)的嗅覺腦電數(shù)據(jù)，在利用其數(shù)據(jù)建立腦電樣本后，依次經(jīng)低通、帶通濾波方法降噪，采用降采樣減小數(shù)據(jù)量，然后依據(jù)腦電節(jié)律對數(shù)據(jù)進行頻段劃分，利用時間窗實現(xiàn)對樣本的每個頻段的數(shù)據(jù)按時間進行剪切分段，對剪切前和剪切后不同時段下各頻段的腦電數(shù)據(jù)進行重構，基于殘差模塊和卷積塊注意模塊構建具有頻段注意力機制的模型，將重構后的不同時段的腦電數(shù)據(jù)并行輸入到帶有頻段注意力機制的模型用于氣味辨識。本發(fā)明可以基于嗅覺腦電實現(xiàn)對氣味的快速識別，且識別效果好，其準確率和F1得分都在97%以上。

技術領域

本發(fā)明涉及腦電分析和深度學習技術，具體涉及一種用于嗅覺腦電識別的頻段注意力方法。

背景技術

人類可以通過聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺來感知外部環(huán)境。當前，伴隨著光學、聲學和軀體感覺系統(tǒng)的發(fā)展，視覺、聽覺和觸覺的研究已經(jīng)相對成熟。然而，關于嗅覺和味覺的研究相對較少。一方面，氣味和味道是基于復雜的化學反應和神經(jīng)傳遞機制。另一方面，聲音、光等感官刺激是通過響度和強度來量化的，但氣味不能用相應的物理變量來表達和量化。目前，食品結構、香氣和風味的感官分析主要依賴于人類的感官和機器感知。然而，這兩種手段都有其局限性。在人工感官評價方面，存在描述性差異、缺乏單位和難以形成統(tǒng)一的評價指標等問題。在機器感知方面，存在傳感器數(shù)量和類型的限制以及消費者心理因素受忽視等問題。因此，在嗅覺感官分析中迫切需要一種將人類感知與定量測量相結合的方法。氣味誘發(fā)腦電（嗅覺腦電）在嗅覺感官分析中有著獨特的優(yōu)勢，它實現(xiàn)了人類感知與定量測量間的結合，很好地解決了上述技術問題。但是，在利用嗅覺腦電辨識氣味物質時，往往面臨眾多的影響因素和參數(shù)選取的不確定性，如形成氣味的樣本用量的確定（如液體量、固體量、容量瓶大小等）、靜置時間的確定、氣味誘發(fā)參數(shù)的設定（如氣路壓強、氣味刺激的時間和間隔等）、嗅覺腦電信號的選擇（如時間長度、窗口寬度、信號時段、信號頻段等）、識別算法中多參數(shù)的確定等諸多問題，這些關鍵參數(shù)的排列組合具有無數(shù)種可能性，參數(shù)選取不佳，會嚴重影響嗅覺腦電的辨識結果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于嗅覺腦電識別的頻段注意力方法，確定了影響嗅覺腦電辨識的一系列關鍵參數(shù)，并構建了有效的識別算法。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種用于嗅覺腦電識別的頻段注意力方法，包括：

S1、將用于嗅覺腦電誘發(fā)的若干種類的樣本靜置于密封的取樣瓶中用于產(chǎn)生刺激氣味，利用腦電信號采集系統(tǒng)分別獲取受試者在多種氣味刺激下所誘發(fā)的嗅覺腦電數(shù)據(jù)；

S2、在利用采集到的腦電數(shù)據(jù)建立腦電樣本后，依次經(jīng)低通、帶通濾波方法降噪，采用降采樣減小數(shù)據(jù)量，然后依據(jù)腦電節(jié)律對數(shù)據(jù)進行頻段劃分，利用時間窗實現(xiàn)對樣本的每個頻段的數(shù)據(jù)按時間進行剪切分段，對剪切前和剪切后不同時段下各頻段的腦電數(shù)據(jù)進行重構；

S3、基于殘差模塊和卷積塊注意模塊構建帶有頻段注意力機制的模型；

S4、將重構后的不同時段的腦電數(shù)據(jù)并行輸入到具有頻段注意力機制的模型用于氣味辨識。

進一步地，所述步驟S1中，刺激氣味有8種，其氣味在產(chǎn)生時，取液體類樣本各50ml，固體類樣本各25g分別密封于250ml的取樣瓶中，靜置十分鐘，使氣味完全揮發(fā)。

更進一步地，所述步驟S1中，利用采樣頻率為256Hz的腦電信號采集系統(tǒng),并根據(jù)國際10-20系統(tǒng)分別獲取15名受試者21通道的嗅覺腦電數(shù)據(jù)；在對每位受試者進行實驗時，確保整個內(nèi)徑為6mm的氣體輸送管內(nèi)的壓強保持在0.3±0.05Mpa，8種氣味刺激為隨機排序，每種氣味刺激包含20個平行實驗，其中每個平行實驗的刺激持續(xù)10秒，兩次平行實驗之間的間隔為5秒；實驗后提取每個平行實驗所獲取腦電數(shù)據(jù)中的2-9秒。