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专利号: 2021107123318
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
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:

1.一种基于疲劳脑电信号组合特征的通道选择方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1.使用设备采集疲劳模拟驾驶脑电信号;

步骤2.根据疲劳脑电信号在大脑皮层中的相关区域选取16个电极通道并且对信号进行预处理;

步骤3.对预处理好后的信号进行集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD),提取所获得的本征模函数(Intrinsic Mode Function,IMF)的组合特征;对得到的组合特征进行通道选择,选取理想的通道;

基于EEMD的IMF分量的组合特征的通道选择算法,具体特征如下:

3‑1.对预处理好的脑电数据分段,每10s为一个片段,总共有240个片段,每个受试者的数据现在是16x240x2000;

3‑2.采用的时频分析方法为EEMD,将每个片段的数据输入到EEMD中,得到每个片段的前3个IMF分量,共有16x3=48个IMF分量,每个受试者的数据现在是16x240x2000x3;

3‑3.计算每个IMF分量的功率谱密度函数(Power Spectral Density,PSD)以及样本熵(Sample Entropy,SE)作为特征,每个特征都有48个特征分量,对于每一个特征,每位受试者的数据为16x240x3;使用STFT计算每个IMF分量的PSD,计算SE时,m=2,r=0.25*std,std是序列的标准差;

3‑4.针对PSD和SE2种特征选择理想通道,通道满足Cstd和Carea的阈值:正常和疲劳2种状态序列的标准差的比值Cstd:

其中σwake是正常样本的特征的标准差,分别有PSD和SE 2种特征;xi是正常状态下的样本点的特征值,也分别有上述2种特征,i=1,...,N;σfati是疲劳样本的特征的标准差,分别有PSD和SE 2种特征;x′i是疲劳状态下的样本点的特征值,也分别有上述2种特征,i=

1,...,N′;Cstd是2种状态标准差的比值;

正常和疲劳2种状态特征值的累加和比值Carea:

其中Awake是正常样本的特征的累加和,分别有PSD和SE 2种特征;Afati是疲劳样本的特征的累加和,也分别有PSD和SE 2种特征;Carea是2种状态特征的累加和的比值;

通过Cstd和Carea 2个指标,进行阈值分割,从而得到最优通道;

步骤4.对理想通道的数据放入使用粒子群优化后的多层感知超限学习机(Multi‑layer perceptual Extreme learning machine,H‑ELM)进行训练,得到训练模型;

步骤5.将通道选择后的测试数据输入到训练模型中进行分类。

2.根据权利要求1所述的一种基于疲劳脑电信号组合特征的通道选择方法,其特征在于:所述的步骤2中,16个固定的电极和预处理过程具体为:疲劳脑电信号在大脑皮层中的相关区域选取C3、Cz、C4、FC1、FC2、FC3、FC4、FC5、FP1、FP2、F7、F3、F4、FZ、FT7、TP7作为处理信号,并且对信号进行200Hz的降采样,并且进行0.5~

50Hz的带通滤波,每位受试者得到的数据是:16x240000x2。

3.根据权利要求1所述的一种基于疲劳脑电信号组合特征的通道选择方法,其特征在于:使用PSO‑H‑ELM对分配好的样本进行分类测试,具体特征为:

3‑1.将理想通道的数据随机打乱,并将打乱的数据及其对应标签按照8:2的比例分为train data和test data;

3‑2.RELM1层的输入节点数为360,隐节点数目为50;

3‑3.RELM2层的输入节点数为360,隐节点数目为50;

3‑4.RELM3层的输入节点数为360,隐节点数目为500;

3‑5.计算输出节点的权值矩阵,并且得到相应的分类准确率;

3‑6.更新S和C,使用PSO算法不断找寻最优解,得到最好的分类效果。