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专利号: 2019111949624
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SCSP-LDA的脑电信号特征提取与分类方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:步骤1、将CSP算法转化为广义特征值的求解问题,具体步骤如下:步骤11、将CSP算法视为一种在广义瑞利商基础上的算法,其相对应的表达式J可写为:式中,w为空间滤波矩阵,T为求转置,Xi(i=1,2)表示将原始样本数据经过去均值预处理后得到的样本矩阵,Ci(i=1,2)为样本数据的协方差矩阵;

步骤12、所述步骤11中所述表达式的分子分母同乘以一非零常数k,其值不发生改变,即:J(kw)=J(w);

步骤13、利用所述步骤12得到的式子对所述步骤11中的式子进行简化,通过对常数k的调整,进而改变w的值,令wTC2w=1,将对所述表达式J求极值的问题化简为对wTC1w求极值的问题;从而能够把以上问题转变为求拉格朗日算子的表达式,即:L(λ,w)=wTC1w-λ(wTC2w-1)式中,λ为拉格朗日乘子;

步骤14、对所述步骤13中的表达式中的w求偏导,同时令左边为0,故而有:通过以上步骤,CSP算法便转化为广义特征值的求解问题;其中,设 则w为M关于特征值λ的广义特征向量;

步骤2、由广义特征值的求解问题结合稀疏搜索算法寻找最佳空间滤波器,得到SCSP算法,用于所述SCSP算法对EEG的通道进行稀疏和特征提取;

步骤3、提取新特征空间:

步骤31、利用SCSP算法提取到的特征空间W,对原始数据进行滤波处理,得到滤波后的矩阵Z,即:ZN×T=WN×N·EN×T

式中,Z为滤波后的矩阵,W为利用SCSP算法求得的最优特征空间,E为原始数据中每一次测量得到的一组数据,其中N表示脑电数据的通道数,T表示每一次测量得到的数据点数;

步骤32、从滤波后的矩阵ZN×T提取特征空间矩阵fp:式中,fp为特征空间矩阵,Zp由经过滤波的数组Z的前后各取k行构成;

步骤4、利用LDA算法对所述特征空间矩阵fp进行特征降维与分类。

2.根据权利要求1所述基于SCSP-LDA的脑电信号特征提取与分类方法,其特征在于,所述步骤2包括如下具体步骤:步骤21、选择通道稀疏模式并设置稀疏度spl;

步骤22、输入两类EEG协方差矩阵A、B;

步骤23、运行选定的搜索模式;

步骤24、定义通道存储数组ix;

步骤25、以最大化两类EEG方差的差异,即以求解式A(ix,ix)X=λB(ix,ix)X中特征值的大小为评价标准,迭代搜索的方式遍历所有通道后筛选出最佳通道,并且后一次循环是在前一次得到的最优解的基础上进行,以此保证每次得到结果都是最优解,直到通道数达到设定的稀疏度,即得到最佳通道组合,输出最终选择出的通道组合ix;

步骤26、利用步骤25得到的最佳通道组合ix计算出最佳特征子空间。

3.根据权利要求2所述基于SCSP-LDA的脑电信号特征提取与分类方法,其特征在于,所述步骤21中所述选择通道稀疏模式包括:向前选择、向后消去和贪婪搜索模式。

4.根据权利要求1所述基于SCSP-LDA的脑电信号特征提取与分类方法,其特征在于,所述步骤4包括如下具体步骤:步骤41、将两类EEG数据带入到LDA算法中,求得LDA的投影矩阵A*,有如下公式:式中,A*为LDA的投影矩阵,m1、m2分别为两类数据的均值向量,Sw为两类数据的类内距离之和;

步骤42、将由SCSP算法提取到的特征空间矩阵fp向法向量A*投影,实现特征降维,即:y=(A*)T*fp

式中,fp为特征空间矩阵,A*为LDA的投影矩阵;

步骤43、根据得分y并设置阈值实现对提取到的特征的分类。