收藏本站
《东北大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

脑—机接口的特征提取和分类方法研究

赵海滨  
【摘要】:脑-机接口(brain computer interface, BCI)是指在人脑和计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道,它不依赖于脑的正常生理输出通路(外周神经系统及肌肉组织)。脑-机接口是一种全新的人机接口方式,是近年来脑功能研究的热点课题。脑-机接口技术可以恢复有严重运动障碍患者的正常运动功能,提高其生活质量。脑-机接口是一门多学科交叉的新兴技术,正成为脑科学、康复工程、生物医学工程及人机交互领域的前沿研究热点。 脑电(EEG)的特征提取和分类是脑-机接口技术的关键。本文对脑-机接口中脑电信号的特征提取方法进行了深入的探讨,主要包括现代功率谱估计和小波分析等。进而,深入地研究了脑-机接口系统所采用的分类方法,包括Fisher线性判别分析、神经网络(学习矢量量化网络和概率神经网络)和支持向量机等。本文利用这些特征提取方法和分类方法,对一些典型的脑-机接口数据集进行了离线分析,并建立了基于Alpha波的异步脑-机接口系统。本文的主要成果有: 1)对一个典型的采用慢皮层电位的脑-机接口系统进行了离线分析,对慢皮层电位进行了特征提取,并采用线性判别分析进行分类。该方法分类速度较快,稳定性好,取得了很好的分类效果。该实验证明,一定时间的训练对实验者掌握实验技巧,提高分类准确率有很大帮助。同时,利用Simulink建立了一个仿真模型,该模型具有很强的灵活性,可广泛用于采用慢皮层电位的脑-机接口系统。 2)提出了一种采用相对小波能量的脑电信号特征提取方法,并将该方法用于采用想象左手或右手运动的脑-机接口系统。采用分类正确率和互信息作为脑-机接口系统的评价标准,并给出了互信息的详细计算方法。分类方法采用线性判别分析和支持向量机,并对两者进行了比较分析。结果表明,相对小波能量具有比自适应AR模型系数更好的可分性;互信息具有比分类准确率更高的可靠性。 3)提出了一种采用MUSIC算法功率谱估计进行脑电特征提取的方法,并采用学习矢量量化网络进行分类。该方法比AR模型功率谱估计具有更好的可分性和稳定性。结果表明,该方法为脑-机接口的研究提供了新的思路。 4)将相对小波能量用于采用皮层脑电图的脑-机接口系统的特征提取。对采用相对小波能量得到的特征矢量,采用主分量分析进行降维。分类方法采用概率神经网络,并详细地分析了径向基函数分布密度对分类结果的影响。结果表明,该方法在分类准确率上有很大地提高。 5)建立了采用Alpha波的异步脑-机接口系统开发平台,并进行了实时在线分析。该系统的基本原理是Alpha波阻断现象,主要包括:实时脑电采集、特征提取和分类。提出了一种适合脑-机接口系统的异步工作模式,实验者可以任意选择何时启动系统,并随意的选择四个命令中的一个进行输出,是一种更加自然的人机交互方式。该系统准确率高、稳定性好、具有很高的实用性。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP334.7

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 叶柠;基于脑电信号的脑—机接口的关键技术与实验研究[D];东北大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高湘萍;吴小培;沈谦;;基于脑电的意识活动特征提取与识别[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年02期
2 毛峡,孟庆宇;基于小波变换和神经网络的脑电信号分类方法[J];北京航空航天大学学报;2005年10期
3 王志宇,王宏,李一娜,王旭;脑-计算机接口系统中诱发脑电信号的小波分析[J];东北大学学报;2005年06期
4 唐艳;柳建新;龚安栋;;ICA+CSSD的脑-机接口分类[J];电子科技大学学报;2008年03期
5 杨立才,李佰敏,李光林,贾磊;脑-机接口技术综述[J];电子学报;2005年07期
6 徐琦;王永骥;周慧;王琬;;支持向量机方法在运动意识识别中的应用[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年06期
7 赵海滨;王宏;;利用相对小波能量和概率网络的脑-机接口[J];计算机工程与应用;2009年05期
8 张学工;关于统计学习理论与支持向量机[J];自动化学报;2000年01期
9 吴婷;颜国正;杨帮华;孙虹;;基于有监督学习的概率神经网络的脑电信号分类方法[J];上海交通大学学报;2008年05期
10 徐宝国;宋爱国;;基于小波变换和AR参数模型的脑电信号识别方法[J];数据采集与处理;2008年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨兴江;BP算法的程序实现与改进[J];阿坝师范高等专科学校学报;2002年02期
2 王春腾;杨厚群;符传谊;邢洁清;;基于独立成分分析的谱聚类方法[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年03期
3 付彪,吴先良,李世雄;小波变换法求电磁波动方程的高频解[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年03期
4 陈东方;基于小波变换的Radon变换反演[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年04期
5 王东霞;张楠;路晓丽;;基于育种算法的SVM参数优化[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
6 王丽华;吴先良;宋开宏;;RK-MRTD算法的稳定性及数值色散性分析[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年05期
7 陶秀凤,唐诗忠,周鸣争;基于支持向量机的软测量模型及应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
8 王素华,张伟林;斜拉桥斜索损伤分析中的小波变换研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年03期
9 潘茂贵,张伟林;桥梁结构检测中小波分析的应用研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年03期
10 张纪全,刘桂芹,胡延霞,李伟,朱树干;自制脑伤合剂治疗外伤性痴呆临床观察[J];中医药临床杂志;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王如彬;张志康;屈景怡;曹建庭;;脑信号动力学传输中的相同步运动和神经编码[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 宋海鹰;桂卫华;阳春华;;基于核偏最小二乘的简约最小二乘支持向量机及其应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 周绮凤;林成德;罗林开;彭洪;;一种基于黎曼度量的训练样本类不平衡SVM分类方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 顾小军;杨世锡;钱苏翔;;基于支持向量机的旋转机械多类故障识别研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 王亚慧;程培新;赵亚丹;张桐;;针对时滞系统的RBF神经网络滑模控制策略[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 韩露;余正涛;邓锦辉;章程;毛存礼;郭剑毅;;领域知识关系对领域文本分类的影响[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 慕香永;裴润;刘志林;王经甫;;基于小波分析的船舶舵机加载系统多余力研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 吴静珠;刘翠玲;孙晓容;;支持向量机在近红外光谱检测技术中的应用研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵洪朋;优秀散打运动员知觉预测过程认知特征与神经机制研究[D];上海体育学院;2010年
2 赵莹;半监督支持向量机学习算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 乔梁;信源定位的可观测性及跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王咏胜;复数轮廓波变换的构造、扩展及其图像处理应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
10 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘辉;基于电子鼻的鱼粉新鲜度快速检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
3 岑忠;体感诱发电位实验系统的设计、测量与分析[D];南京医科大学;2010年
4 韩颖琳;抑郁症患者识别面部动态表情的时空模式磁源性影像研究[D];南京医科大学;2010年
5 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007年
6 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
7 李旭东;煤矿通防安全信息集成与控制预警系统平台研究[D];山东科技大学;2010年
8 张鸿堃;矿山企业生产成本模块化管理与应用[D];山东科技大学;2010年
9 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
10 李洪琴;基于振动模态分析和BP网络的桥梁损伤识别研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高湘萍;吴小培;沈谦;;基于脑电的意识活动特征提取与识别[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年02期
2 程明,高上凯,张琳;基于脑电信号的脑—计算机接口[J];北京生物医学工程;2000年02期
3 杨帮华,颜国正,丁国清,于莲芝;脑机接口关键技术研究[J];北京生物医学工程;2005年04期
4 李舜酩,杨涛;盲源信号分离及其发展[J];传感器技术;2005年04期
5 徐宝国;宋爱国;;单次运动想象脑电的特征提取和分类[J];东南大学学报(自然科学版);2007年04期
6 杨立才,李佰敏,李光林,贾磊;脑-机接口技术综述[J];电子学报;2005年07期
7 王巧兰,季忠,秦树人;基于小波变换的脑电噪声消除方法[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年07期
8 万柏坤,高扬,赵丽,綦宏志;脑-机接口:大脑对外信息交流的新途径[J];国外医学.生物医学工程分册;2005年01期
9 赵捷,华玫;滤除ECG中肌电和宽频率范围工频干扰的小波算法[J];航天医学与医学工程;2004年03期
10 程明,任宇鹏,高小榕,王广志,季林红,高上凯;脑电信号控制康复机器人的关键技术[J];机器人技术与应用;2003年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张旭秀;盲源分离及其在脑电信号处理中应用的研究[D];大连理工大学;2006年
2 魏庆国;基于运动想象的脑—机接口分类算法的研究[D];清华大学;2006年
3 吴婷;自发脑电脑机接口模式识别关键技术与实验研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 武建;盲源分离研究及其在脑电信号分析中的应用[D];大连理工大学;2006年
2 吴秀玲;基于独立分量分析算法的脑电诱发电位的特征提取[D];上海交通大学;2007年
3 张新闻;脑—机系统中特征提取方法的研究[D];兰州理工大学;2007年
4 王健;基于独立分量分析的脑电信号消噪[D];河北工业大学;2006年
5 陈颖萍;基于小波和独立分量分析的脑电信号预处理研究[D];华中科技大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程明,高上凯,张琳;基于脑电信号的脑—计算机接口[J];北京生物医学工程;2000年02期
2 吴小培,冯焕清,周荷琴,王涛;独立分量分析及其在脑电信号预处理中的应用[J];北京生物医学工程;2001年01期
3 刘晓欲,蒋大宗,黄远桂;生物信号模式识别的方法及其在脑电中的应用进展[J];北京生物医学工程;1996年03期
4 杨立才,李佰敏,李光林,贾磊;脑-机接口技术综述[J];电子学报;2005年07期
5 季忠,秦树人,彭丽玲;脑电信号的现代分析方法[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年09期
6 林高翔;脑电功率谱分析和双波谱分析技术在麻醉深度监测中的研究[J];华夏医学;2001年06期
7 林相波,邱天爽;基于EEG信号分析处理的癫痫预报及研究进展[J];国外医学.生物医学工程分册;2004年01期
8 万柏坤,高扬,赵丽,綦宏志;脑-机接口:大脑对外信息交流的新途径[J];国外医学.生物医学工程分册;2005年01期
9 袁全,刘兴华,李大琛,王海荔,刘玉盛;噪声和音乐对脑电功率谱的影响[J];航天医学与医学工程;2000年06期
10 程辉;于秋则;田金文;柳健;;基于小波支持向量机分割的SAR图像桥梁目标检测[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭琨;杜培军;王小美;;特征维数对支持向量机分类器性能影响的研究——以高光谱遥感影像为例[J];测绘科学;2011年01期
2 丁海勇;卞正富;;支持向量机理论及其在遥感图像处理中的应用[J];计算机工程与设计;2008年05期
3 田昕辉;李成基;;带有短语切分的中文文本分类方法(英文)[J];计算机技术与发展;2010年01期
4 陶秋香;;植被高光谱遥感分类方法研究[J];山东科技大学学报(自然科学版);2007年05期
5 翟俊海;王熙照;张素芳;;基于小波变换和多类支持向量机的图像分类[J];计算机工程与应用;2007年16期
6 李艳玲;戴冠中;朱烨行;;基于类别空间模型的文本倾向性分类方法[J];计算机应用;2007年09期
7 杨飞;刘伟军;夏仁波;黄以君;;一种自动的轮毂识别分类方法[J];微计算机信息;2010年04期
8 孙青;刘智勇;;基于朴素贝叶斯分类模型的车型识别方法[J];五邑大学学报(自然科学版);2008年03期
9 牛强;王志晓;陈岱;夏士雄;;基于支持向量机的Web文本分类方法[J];微电子学与计算机;2006年09期
10 董立岩;苑森淼;刘光远;贾书洪;;基于贝叶斯分类器的图像分类[J];吉林大学学报(理学版);2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何新;史迎春;周献中;;一种基于独立分量分析的音频分类方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
2 安斌;严卫东;郑江玲;陈华;;两种基于光谱形状描述的二进制编码分类新方法[A];中国航空学会信号与信息处理专业全国第八届学术会议论文集[C];2004年
3 郭尊华;李少洪;;高分辨率距离(HRR)像识别方法综棕[A];中国航空学会信号与信息处理专业全国第八届学术会议论文集[C];2004年
4 牛强;王志晓;陈岱;夏士雄;;基于支持向量机的Web文本分类方法[A];2006年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集(一)[C];2006年
5 林土胜;赖声礼;;视网膜血管特征提取的拆支跟踪法[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
6 钱小聪;郑宝玉;穆明鑫;;神经网络联机手写签名验证[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
7 张羽;汪源源;王威琪;余建国;林继耕;;狭窄血管多普勒信号特征提取的实验研究[A];21世纪医学工程学术研讨会论文摘要汇编[C];2001年
8 柳林霞;陈杰;窦丽华;;不变矩理论及其在目标识别中的应用[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
9 杨日杰;施建礼;林洪文;;一种雷达视频回波特征提取方法研究[A];中国航空学会信号与信息处理专业全国第八届学术会议论文集[C];2004年
10 代克杰;张红梅;盛赛斌;;基于BP网络的故障特征提取方法研究[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 燕海霞;王忆勤;李福凤;脉象信号研究日渐深入[N];中国医药报;2005年
2 记者 陶艺音;因势利导 拓展空间[N];上海科技报;2006年
3 王跃庆;骨性关节炎需个体化治疗[N];家庭医生报;2006年
4 记者 汤璇 通讯员 廖启光 蒋明 王鹏翔;垃圾分类将有部颁标准[N];广东建设报;2004年
5 ;初步创伤评估 伤者分类方法[N];中国质量报;2001年
6 叶 建;轿车的分类方法令人困惑[N];中国汽车报;2003年
7 ;中药分类方法[N];云南科技报;2002年
8 沈占锋;遥感影像信息提取与分析[N];计算机世界;2006年
9 王停;荆鲁;高学敏;中成药分类方法中存在的问题[N];中国医药报;2004年
10 王竣;深入开发CAD系统对疾病诊断有重要意义[N];中国医药报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵海滨;脑—机接口的特征提取和分类方法研究[D];东北大学;2009年
2 冯坤;基于内积变换的机械故障特征提取原理与早期识别方法研究[D];北京化工大学;2012年
3 张旗;基于属性的图像分类研究[D];大连海事大学;2005年
4 张立福;通用光谱模式分解算法及植被指数的建立[D];武汉大学;2005年
5 苏彩红;墙地砖质量自动检测技术的研究[D];华南理工大学;2004年
6 宋余庆;医学图像数据挖掘若干技术研究[D];东南大学;2005年
7 宋晴;基于液滴分析技术和液滴指纹图的液体识别方法的研究[D];天津大学;2005年
8 吴婷;自发脑电脑机接口模式识别关键技术与实验研究[D];上海交通大学;2008年
9 蒋永华;旋转机械非平稳信号微弱特征提取方法研究[D];重庆大学;2010年
10 孙真真;基于光学区雷达目标二维像的目标散射特征提取的理论及方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾红梅;情绪图片视觉诱发EEG特征提取与分析[D];天津大学;2012年
2 王菲;面向肺部CAD的特征提取、选择及分类方法研究[D];东北大学;2009年
3 雷自力;基于Pro/E的三维零件参数化建模和特征提取研究[D];华中科技大学;2011年
4 林少波;中文文本分类特征提取方法的研究与实现[D];重庆大学;2011年
5 杨娟;转子故障信号的量化特征提取方法研究[D];兰州理工大学;2010年
6 黄健;履带式车辆微多普勒效应与特征提取[D];国防科学技术大学;2009年
7 赵蕾蕾;基于词和基本短语模式的特征提取方法[D];河北大学;2009年
8 栾岚;基于机理模型判据的图像中微弱特征提取方法研究及应用[D];东北大学;2009年
9 陈日晖;面向肺部CAD的三维ROI分割、特征提取与分类方法研究[D];东北大学;2009年
10 崔玉强;基于内容的音频分类方法研究[D];华中科技大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026