本發(fā)明涉及生物電信號、腦電信號，尤其涉及一種腦電信號處理方法及腦機(jī)交互系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著腦機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，從大腦采集的反應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)的腦電信號會(huì)被傳輸?shù)浇獯a器中進(jìn)行翻譯，并使得包括控制電腦光標(biāo)、控制輪椅運(yùn)動(dòng)或控制機(jī)器手臂之類的動(dòng)作輸出成為了現(xiàn)實(shí)。
2、由于人腦是一個(gè)開放的、時(shí)變的和非線性的系統(tǒng)，攜帶有人腦特征或狀態(tài)的信息載體的腦電信號也是時(shí)變的、非線性的且比較微弱因受干擾，致使腦電數(shù)據(jù)信號在測量后會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差，影響腦機(jī)交互的可靠性及穩(wěn)定性，因此，如何能夠獲取有效地腦電數(shù)據(jù)信號是腦機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。
3、現(xiàn)有技術(shù)中，腦電信號的分析方法主要包括時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析、多尺度、時(shí)空域及非線性動(dòng)力學(xué)分析等。這些分析方法多以標(biāo)記的時(shí)間戳來截取腦電段進(jìn)行分析，由于個(gè)性化的差異性及采集時(shí)外部干擾隨機(jī)性，標(biāo)記腦電段的有效性受到很大調(diào)整，如何更智能地選擇有效的腦電信號段進(jìn)行更好地分析是影響腦機(jī)交互系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，為了至少部分地解決上述提及的技術(shù)問題中的至少之一，本發(fā)明提供了一種腦電信號處理方法及腦機(jī)交互系統(tǒng)，技術(shù)方案如下：
2、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的實(shí)施例，提供了一種腦電信號處理方法，包括：采集目標(biāo)對象不同狀態(tài)的腦電信號得到初始腦電數(shù)據(jù)；在初始腦電數(shù)據(jù)中選取一腦電數(shù)據(jù)段并進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段；基于預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行篩選得到有效信號段；根據(jù)有效信號段對所選取的腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行截取得到有效腦電信息段；提取有效信號段和有效腦電信息段的特征值，組成特征向量；以及基于特征向量，對腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析以實(shí)現(xiàn)對腦電信號的評估，得到腦電數(shù)據(jù)狀態(tài)分類結(jié)果，從而能夠基于所述腦電數(shù)據(jù)狀態(tài)分類結(jié)果控制外部設(shè)備執(zhí)行特定的任務(wù)動(dòng)作。
3、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，采集目標(biāo)對象不同狀態(tài)的腦電信號得到初始腦電數(shù)據(jù)包括采集靜息狀態(tài)腦電信號得到靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)和采集執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)的腦電信號得到任務(wù)狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)；靜息狀態(tài)為沒有執(zhí)行任務(wù)時(shí)的基礎(chǔ)狀態(tài)；執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)為目標(biāo)執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的狀態(tài)。
4、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在初始腦電數(shù)據(jù)中選取一腦電數(shù)據(jù)段并進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段包括：對腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行去噪、濾波處理去除干擾，并進(jìn)行無量綱化處理。
5、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，基于預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行篩選得到有效信號段包括：確定滑動(dòng)窗口特征；確定判斷閾值；以及基于灰色約束動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法和所確定的滑動(dòng)窗口特征和判斷閾值對腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行篩選，得到有效信號段。
6、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，確定滑動(dòng)窗口特征包括：通過腦電數(shù)據(jù)采樣頻率及任務(wù)的特征確定滑動(dòng)窗口。
7、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，確定判斷閾值包括：通過建立訓(xùn)練集，利用該訓(xùn)練集獲取有效信號段的判斷閾值。
8、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，根據(jù)預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段、靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)、以及任務(wù)狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)建立訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并根據(jù)預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段與靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，和預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段與任務(wù)狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)確定判斷閾值，并通過判斷閾值確定有效信號段。
9、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，根據(jù)有效信號段和靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新判斷閾值。
10、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，根據(jù)有效信號段對所選取的腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行截取得到有效腦電信息段包括：將有效信號段在腦電數(shù)據(jù)段中對齊以得到有效腦電信息段。
11、根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的實(shí)施例，提供了一種應(yīng)用上述的腦電信號處理方法的腦機(jī)交互系統(tǒng)，包括采集模塊，預(yù)處理模塊，篩選模塊，截取模塊，特征提取模塊，評估模塊。其中,采集模塊用于采集目標(biāo)對象不同狀態(tài)的腦電信號得到初始腦電數(shù)據(jù)；預(yù)處理模塊用于在初始腦電數(shù)據(jù)中選取一腦電數(shù)據(jù)段并進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段；篩選模塊用于基于預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行篩選得到有效信號段；截取模塊用于根據(jù)有效信號段對所選取的腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行截取得到有效腦電信息段；特征提取模塊用于提取有效信號段和有效腦電信息段的特征值，組成特征向量；評估模塊，用于基于特征向量，對腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析以實(shí)現(xiàn)對腦電信號的評估。所述腦機(jī)交互系統(tǒng)用于根據(jù)對目標(biāo)的腦電信號的評估結(jié)果輸出腦電數(shù)據(jù)狀態(tài)分類結(jié)果，并基于所述腦電數(shù)據(jù)狀態(tài)分類結(jié)果控制外部設(shè)備執(zhí)行特定的任務(wù)動(dòng)作。
1.一種腦電信號處理方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦電信號處理方法，其特征在于，所述采集目標(biāo)對象不同狀態(tài)的腦電信號得到初始腦電數(shù)據(jù)包括采集靜息狀態(tài)腦電信號得到靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)和采集執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)的腦電信號得到任務(wù)狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦電信號處理方法，其特征在于，所述在初始腦電數(shù)據(jù)中選取一腦電數(shù)據(jù)段并進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腦電信號處理方法，其特征在于，所述基于預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行篩選得到有效信號段包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腦電信號處理方法，其特征在于，所述確定滑動(dòng)窗口特征包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腦電信號處理方法，其特征在于，所述確定判斷閾值包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的腦電信號處理方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段、靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)、以及任務(wù)狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)建立訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并根據(jù)預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段與靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，和預(yù)處理腦電數(shù)據(jù)段與任務(wù)狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)確定判斷閾值，并通過所述判斷閾值確定有效信號段。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的腦電信號處理方法，其特征在于，根據(jù)所述有效信號段和靜息狀態(tài)的腦電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新判斷閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦電信號處理方法，其特征在于，所述根據(jù)所述有效信號段對所選取的腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行截取得到有效腦電信息段包括：
10.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的腦電信號處理方法的腦機(jī)交互系統(tǒng)，其特征在于，包括：