运动想象脑电模式识别算法研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TP391.4密级：公开UDC：621.3学号：159567运动想象脑电模式识别算法研究研究生姓名：苗敏敏导师姓名：王爱民教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称仪器科学与技术论文答辩日期2018年8月28日二级学科名称测试计量技术及仪器学位授予日期年月日答辩委员会主席唐慧强评阅人2018年8月28日博士学位论文运动想象脑电模式识别算法研究专业名称：仪器科学与技术研究生姓名：苗敏敏导师姓名：王爱民教授RESEARCHONMOTORIMAGERYEEGPATTERNRECOGNIT

2、IONALGORITHMSADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYMIAOMin-minSupervisedbyProf.WANGAi-minDepartmentofInstrumentScienceandEngirneeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，

3、除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内

4、容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要基于运动想象的脑机接口是一种非常重要的脑机交互策略，其特点是用户通过思维“想象”相关的脑信号来控制机器人或外部设备，由于其在运动功能康复、运动功能辅助等方面具有巨大的潜在应用价值，受到了广泛的关注。脑机接口系统为人的大脑和外部世界提供了另外一种通信途径，它本身是一系列硬件设备和软件的集合。脑机接口

5、系统的重要研究内容和关键技术在于从所检测的脑神经电活动数据中识别出使用者主观动作意图并通过适当的模式识别算法将之转换为控制外部机电设备的执行命令，因此开展对运动想象脑电特征提取、特征选择和特征分类等的研究具有十分重要的意义。基于运动想象的脑机接口系统主要使用运动感知节律信号的幅度调制信息来反应被试者的动作意图，这种调制通常会产生具有明显对侧效应的事件相关去同步和事件相关同步现象，对于不同的受试者，事件相关去同步和事件相关同步现象往往出现在不同的脑区、不同的频带范围、不同的时间段内。本文首先结合双树复小波变换和粒子群优化算法

6、提出一种频域优化及时间域全局参数优化选择算法。在该算法中，频域和时间域上的优化还是相对独立的，在此基础上，本文进一步提出一种基于人工蜂群算法的时频域参数联合优化选择算法，配合以导联（电极）选择算法，在空间域、时间域及频域上进行全面优化。共空间模式算法已被证明是最有效的运动想象脑电特征提取算法之一，但导联选择、频带滤波以及时间区间选择对该算法的效果具有决定性的影响。此外，算法中的协方差矩阵的计算极易受噪声样本或异常样本的干扰，在设计最优滤波器的时候，目前绝大多数研究都直接根据特征值进行滤波器向量的选取。针对上述问题，本文提出

7、利用稀疏回归的思想进行多重局部时频块优化选取，同时本文还分析和研究了鲁棒性空间滤波器组设计，以减少脑电非平稳特性和噪声对共空间模式算法的影响。在稀疏表示分类算法中，测试样本由所有的训练样本线性表示，这增加了算法自适应操作的灵活性，同时也对训练样本的质量提出了更高的要求。由于很多复杂的原因，例如脑电信号的非平稳特性或被试者的误操作，一些非正常样本会混入字典中。为了去除字典中存在的非正常样本，并提高稀疏表示分类算法的分类性能，本文提出一种基于k近邻算法的字典清理方案，并实际采集了右手食指运动想象脑电数据集用于本部分算法的验证，

8、实验结果证实了食指运动想象脑电的可辨识性和改进算法的有效性。在运动想象脑电特征分类阶段，线性判别分析算法较为频繁地被应用于脑机接口系统应用中。但从脑机接口系统有关的文献来看，核方法往往能取得比线性方法更好的分类效果。I摘要本文率先将多核判别分析的思想引入到运动想象脑电信号分类中，提出一种基于线性核和高斯