智能科学与技术学报 ›› 2020, Vol. 2 ›› Issue (3): 240-250.doi: 10.11959/j.issn.2096-6652.202026

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基于噪声辅助快速多维经验模式分解的运动想象脑电信号分类方法

郑潜1,乔丹1,郎恂2,谢磊1(),李东流3,王琪冰3,苏宏业1   

  1. 1 浙江大学智能系统与控制研究所,浙江 杭州 310027
    2 云南大学信息学院电子工程系,云南 昆明 650091
    3 森赫电梯股份有限公司,浙江 湖州 313000
  • 修回日期:2020-08-20 出版日期:2020-09-20 发布日期:2020-10-20
  • 作者简介:郑潜(1995- ),男,浙江大学智能系统与控制研究所博士生,主要研究方向为生物医疗信号处理、时频分析、机器学习等|乔丹(1995- ),女,浙江大学智能系统与控制研究所硕士生,主要研究方向为生物医疗信号处理、时频分析、因果分析等|郎恂(1994- ),男,云南大学信息学院电子工程系博士后,主要研究方向为工业过程性能评估、信号处理、时频分析等|谢磊(1979- ),男,浙江大学智能系统与控制研究所教授、博士生导师,主要研究方向为先进控制理论与应用、工业数据挖掘与人工智能、工业控制系统性能评估等|李东流(1966- ),男,高级工程师,森赫电梯股份有限公司董事长,浙江省电梯行业协会会长|王琪冰(1978- ),男,博士,正高级工程师,IET Fellow,森赫电梯股份有限公司研究院院长,英国英中智能机电装备与机器人联合研究中心首席科学家|苏宏业(1969- ),男,浙江大学智能系统与控制研究所教授、博士生导师,主要研究方向为工业智能与优化控制、机器人与智能无人系统等
  • 基金资助:
    国家重点基础研究发展计划基金资助项目(2018YFB1701102);中央高校基本科研基金资助项目

Classification of motor imagery signals using noise-assisted fast multivariate empirical mode decomposition

Qian ZHENG1,Dan QIAO1,Xun LANG2,Lei XIE1(),Dongliu Li3,Qibing Wang3,Hongye SU1   

  1. 1 State Key Laboratory of Industrial Control Technology,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China
    2 Department of Electronic Engineering,Information School,Yunnan University,Kunming 650091,China
    3 Sicher Elevator Co.,Ltd.,Huzhou 313000,China
  • Revised:2020-08-20 Online:2020-09-20 Published:2020-10-20
  • Supported by:
    The National Key Basic Research and Development Program of China(2018YFB1701102);The Fundamental Research Funds for the Central Universities

摘要:

脑机接口是一项新兴的技术,它可以处理分析采集到的运动想象脑电信号,从而实现对外部辅助设备的控制。针对目前运动想象脑电信号处理方法计算效率低、分类准确率不高等问题,提出了一种新的基于噪声辅助快速多维经验模式分解(NA-FMEMD)的运动想象脑电信号分类方法。该方法首先利用 NA-FMEMD 得到全部的多维本征模式函数和趋势项;接着,根据平均频率选取特定的信号层,构建出新的多维信号;然后,通过共空间模式提取出脑电信号的特征向量;最后,将特征向量输入支持向量机分类器中进行分类。分别采用仿真数据和BCI Competition IV数据进行测试,并与基于噪声辅助多维经验模式分解(NA-MEMD)的方法进行比较,验证了所提方法的有效性和优势。

关键词: 脑电信号, 运动想象, 噪声辅助快速多维经验模式分解, 共空间模式

Abstract:

The brain-computer interface is an emerging technology,which can analyze the collected motor imagery signals to control the external auxiliary equipment.A new method based on the noise-assisted fast multivariate empirical mode decomposition (NA-FMEMD) algorithm was proposed for electroencephalogram signal feature extraction and classification.The method outperformed state-of-the-art methods based on noise-assisted multivariate empirical mode decomposition in not only computational efficiency but also classification accuracy.Firstly,all multivariate intrinsic mode functions and trend signals were obtained by the NA-FMEMD.Secondly,the multivariate signals with specific frequency bands were selected by computing their average frequencies.Thirdly,the common spatial pattern was applied to extract features.Finally,the feature vectors were classified using a support vector machine.Simulation data and BCI Competition IV data are used to verify the effectiveness and advantage of the new method,and the method is compared with noise-assisted multivariate empirical mode decomposition.

Key words: electroencephalogram signals, motor imagery, noise-assisted fast multivariate empirical mode decomposition, common spatial pattern

中图分类号: 

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