本文關(guān)鍵詞：基于深度學(xué)習(xí)的腦電識(shí)別方法研究與應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 腦機(jī)接口 深度學(xué)習(xí) 小波包變換 個(gè)性化腦電采集 手臂康復(fù)

【摘要】：近年來(lái),全球老齡化日趨嚴(yán)重,老年人又是腦卒中的高發(fā)人群。腦卒中造成的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙給患者帶來(lái)極大不便和精神壓力,同時(shí)也給家庭和社會(huì)帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。如何幫助患者進(jìn)行有效康復(fù)治療,重新獲得一定的獨(dú)立生活能力,是當(dāng)今社會(huì)急需解決的問(wèn)題,也是康復(fù)工程、人工智能等交叉學(xué)科研究的熱點(diǎn)。腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface,BCI)的出現(xiàn)為該問(wèn)題提供了一個(gè)較好的解決思路。醫(yī)學(xué)理論和實(shí)踐證明,大腦具有可塑性,患者主動(dòng)參與康復(fù)訓(xùn)練有利于患者的康復(fù)�；谶\(yùn)動(dòng)想象BCI(Motor Imagery BCI,MI-BCI)是一種全新的主動(dòng)式康復(fù)手段,對(duì)患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文圍繞手臂運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)問(wèn)題,對(duì)腦電信號(hào)(electroencephalography,EEG)特征提取,分類器設(shè)計(jì)、個(gè)性化腦電信號(hào)采集方案以及在線手臂運(yùn)動(dòng)康復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行深入研究,取得的主要研究成果如下:(1)小波包變換(Wavelet Packet Transform,WPT)與深度信念網(wǎng)絡(luò)(Deep Belief Network,DBN)相結(jié)合的腦電特征提取方法針對(duì)EEG十分微弱、識(shí)別率低、自適應(yīng)能力不足等問(wèn)題,提出一種WPT與DBN相結(jié)合的EEG特征提取方法(WPTDBN)。首先,利用平均功率譜方法對(duì)EEG進(jìn)行時(shí)域分析,并選取有效的時(shí)序段。其次,使用WPT對(duì)有效時(shí)域段的EEG進(jìn)行頻域分解,并選擇有用的時(shí)頻段進(jìn)行重構(gòu);然后,將重構(gòu)EEG的瞬時(shí)功率利用DBN進(jìn)行特征提取,在DBN的訓(xùn)練中通過(guò)增加Dropout訓(xùn)練技巧來(lái)解決因訓(xùn)練數(shù)據(jù)少等引起的過(guò)擬合問(wèn)題。最后,采用Softmax分類器對(duì)EEG進(jìn)行分類。利用BCI標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)賽數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,5-折交叉驗(yàn)證結(jié)果表明,WPTDBN方法不僅能自動(dòng)提取特征而且還可以利用EEG時(shí)頻域信息,有利于提高識(shí)別率。(2)基于最優(yōu)小波包和長(zhǎng)短型記憶(Long-Short Term Memory,LSTM)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Recurrent neural Network,RNN)的EEG識(shí)別方法為了準(zhǔn)確提取與想象任務(wù)相關(guān)的時(shí)頻特征以及充分利用腦電特征的時(shí)序信息,提出一種最優(yōu)小波包和LSTM型RNN相結(jié)合的EEG識(shí)別方法,記為WLR。該方法首先在平均功率譜法分析的基礎(chǔ)上,選取有用的EEG時(shí)域范圍。其次,先利用WPT對(duì)EEG進(jìn)行分解,然后采用改進(jìn)的距離準(zhǔn)則求出小波包最優(yōu)子空間,并選取小波包最優(yōu)子空間的小波包系數(shù)作為腦電特征。最終,利用LSTM型RNN作為分類器對(duì)EEG進(jìn)行識(shí)別分類。在BCI標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集上,5-折交叉驗(yàn)證結(jié)果顯示,該方法能夠充分利用腦電信號(hào)和腦電特征的時(shí)序信息,從而提高了EEG的分類準(zhǔn)確率,為EEG的識(shí)別提供了一種思路。(3)基于人臉識(shí)別技術(shù)的EEG采集實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為了推進(jìn)MI-BCI康復(fù)研究走向?qū)嶋H的應(yīng)用,針對(duì)目前EEG采集模式單一,沒(méi)有考慮到患者的性別、年齡以及情緒等個(gè)性化特征。本文設(shè)計(jì)了一套基于人臉識(shí)別的EEG采集實(shí)驗(yàn)。采集軟件使用了MFC框架,OpenCV圖像處理庫(kù),Matlab與C++混合編程技術(shù),Face++人臉識(shí)別技術(shù),Curl網(wǎng)絡(luò)庫(kù),Json數(shù)據(jù)解析庫(kù)及g.MOBIlab+腦電儀的API接口等技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本實(shí)驗(yàn)可以采集到測(cè)試者人臉圖像并在線識(shí)別年齡、性別以及微笑程度等個(gè)性化特征,然后,根據(jù)這些個(gè)性化特征設(shè)置個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)采集方式,最后,采集多次想象手臂伸/屈運(yùn)動(dòng)的EEG數(shù)據(jù),并使用WPTDBN+Softmax和WLR的識(shí)別分析方法對(duì)采集EEG進(jìn)行離線分析,驗(yàn)證了本文提出兩種識(shí)別方法的有效性。(4)基于MI-BCI技術(shù)的在線手臂康復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在上述研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于MI-BCI的在線手臂康復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在人臉識(shí)別EEG采集軟件的基礎(chǔ)上,通過(guò)MFC和多線程技術(shù),使用g.MOBIlab+腦電采集儀實(shí)時(shí)采集EEG;然后,使用C++與Matlab的混合編程,實(shí)現(xiàn)EEG的在線自動(dòng)識(shí)別。最后,通過(guò)Win32 API的串口通信將分類結(jié)果發(fā)送到51單片機(jī)作為控制芯片的機(jī)械手臂中,實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械手臂的伸/屈運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性以及可靠性,為MI-BCI技術(shù)應(yīng)用于手臂康復(fù)領(lǐng)域,激發(fā)患者的主動(dòng)康復(fù)意愿以及增強(qiáng)患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能具有一定的積極作用。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R496;TN911.7

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 周建;;怎樣識(shí)別最易被商家摻毒的食物[J];健康向?qū)?2010年03期

2 阿麥;;八種食物警惕中毒[J];農(nóng)家參謀;2011年09期

3 易彥伶;;如何識(shí)別非法期刊[J];醫(yī)學(xué)信息;2009年12期

4 姚玉紅;阮鵬;姚玉石;;醫(yī)學(xué)科技期刊性質(zhì)界定[J];現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué);2007年11期

5 賈丹丹;李宏;;基于小波包和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的血細(xì)胞識(shí)別方法的研究[J];中國(guó)醫(yī)療器械雜志;2008年04期

6 劉濤;;最易摻“毒”的11種食品[J];烹調(diào)知識(shí);2010年01期

7 蔡曉剛;;15種最易摻“毒”的食品[J];抗癌之窗;2010年03期

8 孫麗娜,原培新;基于雙能量X射線透射技術(shù)的物質(zhì)分類識(shí)別方法研究[J];CT理論與應(yīng)用研究;2005年02期

9 美麗心情;;慎食太鮮亮的食物[J];時(shí)代青年(悅讀);2012年01期

10 培宗;米、蛋鑒別法[J];康樂(lè)園;1994年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 鄭凱;;建立多維數(shù)據(jù)異常點(diǎn)識(shí)別方法的嘗試[A];第八屆全國(guó)體育科學(xué)大會(huì)論文摘要匯編（一）[C];2007年

2 張朋柱;韓崇昭;萬(wàn)百五;;智能決策支持系統(tǒng)中的問(wèn)題識(shí)別方法與實(shí)現(xiàn)[A];全國(guó)青年管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)論文集（第2卷）[C];1993年

3 劉麗蘭;劉宏昭;;時(shí)間序列模型的識(shí)別方法[A];制造技術(shù)自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

4 苗振偉;許勇;楊軍;;超聲波人臉識(shí)別方法研究[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2007年青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2007年

5 羅智勇;宋柔;荀恩東;;一種基于可信度的人名識(shí)別方法[A];第二屆全國(guó)學(xué)生計(jì)算語(yǔ)言學(xué)研討會(huì)論文集[C];2004年

6 張茜;鄭崢;亢一瀾;王娟;仇巍;;基于海量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的反演識(shí)別方法與盾構(gòu)裝備載荷的力學(xué)建模[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

7 趙銳;陳光發(fā);;軍事口令識(shí)別的Fuzzy方法探討[A];第二屆全國(guó)人機(jī)語(yǔ)音通訊學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1992年

8 駱玉榮;劉建麗;史曉濤;;一種自動(dòng)車窗識(shí)別方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展·2007——全國(guó)第18屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用（CACIS）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

9 崔凱華;王國(guó)慶;方劍青;李紅軍;賈俊波;馬超;趙燁;張東輝;;基于聲模態(tài)分析的材料識(shí)別方法研究[A];現(xiàn)代振動(dòng)與噪聲技術(shù)（第九卷）[C];2011年

10 李洪東;梁逸曾;張志敏;;酵母蛋白組中原生肽識(shí)別方法的探索研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)化學(xué)信息學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 陳春道;甲魚(yú)優(yōu)劣及雌雄的識(shí)別方法[N];北京科技報(bào);2003年

2 龐席堂;假幣的識(shí)別方法[N];中華合作時(shí)報(bào);2003年

3 王修增;手機(jī)被盜號(hào)的6種識(shí)別方法[N];中國(guó)保險(xiǎn)報(bào);2003年

4 張侃;正品手機(jī)電池識(shí)別方法[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2000年

5 潘 治;德國(guó)開(kāi)發(fā)出癌癥早期識(shí)別方法[N];中國(guó)中醫(yī)藥報(bào);2003年

6 新華社記者 段世文;產(chǎn)權(quán)證識(shí)別方法[N];新華每日電訊;2001年

7 金亮;機(jī)器人的情感[N];中國(guó)醫(yī)藥報(bào);2001年

8 黃璐;識(shí)別假火車票有絕招[N];山西經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2004年

9 宗紹純;如何識(shí)別是純奶還是奶飲料？[N];國(guó)際商報(bào);2003年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙國(guó)騰;跨座式單軌交通軌道梁表面裂紋識(shí)別方法研究[D];重慶大學(xué);2015年

2 徐訓(xùn);線性與非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力荷載識(shí)別方法及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 付文亮;基于FPGA的高性能應(yīng)用層協(xié)議識(shí)別方法研究[D];北京理工大學(xué);2015年

4 陳飛飛;基于特征表示的行為識(shí)別方法研究[D];華中科技大學(xué);2015年

5 黃仕建;視頻序列中人體行為的低秩表達(dá)與識(shí)別方法研究[D];重慶大學(xué);2015年

6 張航;基于高光譜成像技術(shù)的皮棉中地膜識(shí)別方法研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

7 吳翔;基于機(jī)器視覺(jué)的害蟲(chóng)識(shí)別方法研究[D];浙江大學(xué);2016年

8 張莉莉;競(jìng)優(yōu)特征的群識(shí)別方法及其應(yīng)用[D];東北大學(xué);2010年

9 陳綿書(shū);計(jì)算機(jī)人臉識(shí)別方法研究[D];吉林大學(xué);2004年

10 葉俊勇;人臉檢測(cè)與識(shí)別方法研究[D];重慶大學(xué);2002年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 徐珂瓊;基于視頻的人臉識(shí)別方法研究[D];天津理工大學(xué);2015年

2 彭姣麗;針對(duì)多表情的人臉識(shí)別方法研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 代秀麗;基于半監(jiān)督判別分析的人臉識(shí)別方法研究[D];深圳大學(xué);2015年

4 易磊;基于兩階段的交通標(biāo)志識(shí)別方法研究[D];南京理工大學(xué);2015年

5 李彥;基于小波變換的人臉識(shí)別方法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 田曉霞;運(yùn)動(dòng)想象EEG的識(shí)別方法及在上肢康復(fù)中的應(yīng)用[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

7 楊俊濤;基于分?jǐn)?shù)譜時(shí)頻特征的SAR目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別方法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

8 宋洪偉;基于模糊集合的漢語(yǔ)主觀句識(shí)別方法研究與實(shí)現(xiàn)[D];黑龍江大學(xué);2015年

9 賈博軒;基于手機(jī)傳感器的人類復(fù)雜行為識(shí)別方法的研究[D];黑龍江大學(xué);2015年

10 范玲;Link-11數(shù)據(jù)鏈信號(hào)的識(shí)別方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：1199557