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专利号: 2020110934770
申请人: 陕西师范大学
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R-LSTM模型的脑电信号情绪识别方法,其特征在于由下述步骤组成:(1)选取6个通道的脑电信号

在DEAP数据集中,按照国际10-20系统电极位置,分别选取FT7、FT8、T7、T8、TP7、TP8电极点的脑电信号;

(2)对脑电信号进行预处理

将数据集中脑电信号和标签进行预处理,去除前3秒基线信号,通过巴特沃斯带通滤波器获取θ、α、β、γ脑电频段信号,分别为4~7Hz、8~13Hz、14~30Hz、31~50Hz,以2秒为长度

1秒作为重叠的窗口,对脑电信号进行等长度分段;

对数据集中脑电信号的标签进行预处理,得高为1、低为0类别的数据标签;

(3)划分训练集与测试集

将预处理后的脑电信号和对应标签随机打乱,按照训练集与测试集的比为7∶3划分,训练集与测试集无交叉;

(4)构建R-LSTM情绪分类模型

R-LSTM情绪分类模型由输入层、储蓄池层R、储蓄池动态特征层、2个LSTM层、输出层构成,输入层的输出与储蓄池层R相连,储蓄池层R的输出与储蓄池动态特征层相连,储蓄池动态特征层的输出与第一个LSTM层相连,第一个LSTM层的输出与第二个LSTM层相连,第二个LSTM层的输出与输出层相连;

(5)训练R-LSTM情绪分类模型

将训练集中脑电信号作为输入,训练R-LSTM情绪分类模型;

(6)测试集分类

用优化后的R-LSTM情绪分类模型对测试集数据进行分类,输出其对应的情绪类别。

2.根据权利要求1所述的基于R-LSTM模型的脑电信号情绪识别方法,其特征在于在对脑电信号进行预处理步骤(2)中,所述的对数据集中脑电信号的标签进行预处理的方法为:按照Arousal-Valence情感模型,被试对当前情绪在唤醒度和效价两个维度的评分范围均为1-9,对DEAP数据集所给出的数据标签进行预处理,以得到模型所需样本标签格式,评分大于5.5对应标签为1,评分小于4.5对应标签为0。

3.根据权利要求1所述的基于R-LSTM模型的脑电信号情绪识别方法,其特征在于在构建R-LSTM模型步骤(4)中,所述的输入层、储蓄池层R、储蓄池动态特征层、2个LSTM层、输出层的构建方法如下:

1)设定输入层和储蓄池层R的参数

设定输入层神经元数K、储蓄池层R神经元数N、输入尺度IS、谱半径SR、稀疏度D、学习率η,K为6,N为20,IS∈[0.01,0.99],SR∈[0.01,0.99],D∈[0.1,0.5],η∈[0.7,1];

2)随机初始化为输入连接权重Win,维度为N×K,储蓄池层R神经元连接权重Wr,维度为N×N,按式(1)更新储蓄池层R:h(t)=(1-η)h(t-1)+ηf(Winu(t)+Wrh(t-1))      (1)u(t)=(u1(t),u2(t),…,uK(t))T其中h(t)为t时刻储蓄池状态,u(t)是t时刻输入的多通道脑电信号,t取值为1,2,...,S,S为有限的正整数;

3)更新储蓄池动态特征层

按下式更新储蓄池动态特征层Ah:

Ah=(h(t)-bn)h(t-1)-1

其中bh为偏置,采用岭回归线性预测,以t-1时刻储蓄池的状态h(t-1)作为输入,预测t时刻储蓄池状态h(t);

对脑电信号的储蓄池动态特征层Ah按照Ah列的顺序转换为一个列向量后,按下式进行标准化处理:yi=(xi-xmean)/σ

其中yi为标准化处理后的第i个特征,xi为第i个特征,1≤i≤z,z为特征的总个数,xmean为特征均值,σ为方差,将原始数据变换到均值xmean为0,方差σ为1的范围内,得到归一化后的储蓄池动态特征An′,作为脑电信号的高维动态特征;

4)构建R-LSTM模型LSTM层

以Python的深度学习库Keras为基础,构建R-LSTM模型LSTM层,构建方法为:用深度学习库Keras搭建第1层LSTM层,神经元数为50,正则化dropout为0.4;第2层LSTM层,神经元数为50,正则化dropout为0.4,采用深度学习库Keras内置序列模块连接储蓄池动态特征层和第一个LSTM层,第一个LSTM层的输出作为第二个LSTM层的输入,构建成R-LSTM模型LSTM层;

5)构建输出层

输出层神经元数为1,激活函数为sigmoid,以第二个LSTM层的输出作为输出层的输入,得到脑电信号情绪类别,构建成输出层。

4.根据权利要求1所述的基于R-LSTM模型的脑电信号情绪识别方法,其特征在于在训练R-LSTM模型步骤(5)中,所述的训练R-LSTM情绪分类模型为:对LSTM层网络进行优化,优化器为深度学习库keras内置的随机梯度下降优化器,损失函数为MSE如下:其中,n为输入数据的总个数,n取值为有限正整数, 为第i个数据的预测标签,Yi为第i个数据的真实标签,在R-LSTM情绪分类模型训练过程中,单次训练样本数为2m,m为4~7的整数,所有样本迭代100~200次。