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基于脑电信号的情绪监测系统设计与实现文献综述

 2020-04-23 19:37:50  

1.目的及意义


情绪识别包括情绪的诱发、脑电信号的采集、脑电信号的预处理、特征提取、特征选择、情绪模式的学习和分类六个步骤,本次是在研究情绪脑电信号的特征提取和分类算法的基础上,设计一个情绪监测系统,实现基于效价-唤醒度两个维度上四类情绪的监测,实时反馈受试者的情绪状态。

目前最常见的分类方法就是兰格的二维情感分类模型,他用纵坐标来表示人们心情的愉悦程度(又称唤醒度),用横坐标来表示状态的兴奋程度(又称效价),程度都是由低到高,这样不同的情感就可以分解成两个维度映射到坐标系中,如图1。

图1 Lange情绪分类模型[a1]

而采集是通过脑电图仪是放大百万倍的微伏级精密电子设备,由于导联数较多,而且为了观察脑电场分布的对称情况和瞬时变化,一般要求进行同步记录,因此必须有多通道的放大器和记录器同时工作,在认知研究中一般使用32、64、96、128导程的等脑电图机。EEG 信号的采集主要有两种方法:介入式采集和非介入式采集. 介入式采集须将电极植入脑皮层 下,非介入式 EEG 信号的采集通过将电极贴附在头皮上直接获得。

采集到的脑电信号非常微弱,容易受到外部影响,所以掺杂了许多非脑电信号的成分,常见干扰分为:眼动( EOG) 干扰、心电( ECG) 干扰、肌电( EMG) 干扰、工频 ( Line) 干扰、高频噪声干扰等,称为伪迹。预处理就是去除这些严重干扰成分。一般预处理的方法有线性滤波法,主分量分析,独立分量分析,小波变化和线性组合与回归方法。

接下来是进行脑电信号的特征提取,常见的脑电特征主要分为3 类: 时域 特征、频域特征和时-频特征。时域特征直观易获取,典型应用有事件相关电位分析法。频域包括功率谱,功率谱密度,能量等特征。提取时-频特征的常见方法,主要有短时傅里叶变换和小波变换等,除了常用特征的还有熵,分形维数和自定义特征。常见的分类器有支持向量机、神经网络、决策树、贝叶斯网络、 K 近邻以及隐马尔科夫模型等。其中支持向量机(SVM)是目前发展最完善和应用最广泛的分类技术了,它的核心思想是将在低维上不可分的数据集映射到高维空间上,找出不同类别间使边缘最大化的超平面,从而反过来实现对低维空间上样本的分类;关键在于选择核函数,采用不同的核函数将导致不同的SVM算法。 而蒋小梅等研究所使用的J48决策树分类器是一种基于信息论的监督学习方法,以信息增益率为分类衡量标准,在对多类进行分类时具有分类规则简单、分类速度快、准确率高等优点。大量资料显示支持向量机(SVM)监督学习方法以其有效性和高准确度比其他算法更为优选。


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2. 研究的基本内容与方案

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设计的基本内容是利用标准情感数据库,实现情绪脑电信号的特征提取和分类算法,并设计一个情绪监测系统,实现基于效价-唤醒度两个维度上四类情绪的监测,实时反馈受试者的情绪状态。DEAP数据集是一个基于主要基于脑电信号的可用于做情绪分析的标准情感数据集,首先我向该机构申请获取EEG信号数据集。python和Matlab是要用得提取特征和实现算法的工具软件,基于效价—唤醒度的模型将情感分为高效价高唤醒度HAHV,HALV,LAHV,LALV四类。

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