脑机接口中脑电信号特征提取与分类方法的研究

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脑机接口是指一种不依赖于人脑的正常输出通路的脑-机通讯系统,是一种新的人机接口方式。它的实质为通过脑电信号推断人的想法或目的,从而实现人机交流。本文主要工作是对脑电信号进行特征提取和分类。   本文特征提取主要应用三种方法,奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)、功率谱分析(Power Spectrum Density,PSD)和小波包分解(WaveletPacke,WP):这三种特征提取方法各有特点,奇异谱利用脑电的非线性特征,通过相空间重构,提取出脑电的空间特性。功率谱分析把脑电信号看成是随机信号,提取其频域特征;小波包分解将脑电信号做高低频分解,然后对高频和低频部分再做高低频分解,一直到频段与脑电自发节律相对应为止,提取了脑电节律特征。   本文特征分类中应用三种方法。K近邻分类器(K-Nearest Neighbors,KNN),人工神经元网络(Artificial Neural Network,ANN),支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类。K近邻分类器,由周围K个点中类别较多的点所决定,具有分类判别简单,算法复杂度低,分类迅速等特点。人工神经元网络分类,具有通过学习逼近任意非线性映射的能力,便于给出工程上易于实现的学习算法。支持向量机分类,把输入空间的样本通过非线性变换映射到高维特征空间,然后在特征空间中把样本线性分开的最优分类面。   本文最后针对BCI大赛给出的标准数据,将不同的特征提取算法与不同的分类器组合。对比不同的特征提取算法和分类算法组合,给出最佳分类结果。2003Ⅲ的数据使用SSA特征提取算法,KNN分类器,取得最高的分类正确率85%,2003Ia的数据使用PSD特征提取算法,ANN分类器,取得最高分类正确率86.7647%。
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