基于运动想象脑电信号的机器人控制研究

【摘要】脑-机接口(Brain-ComputerInterface，BCI)是一种新颖的交互方式，受到国内外学者的广泛关注和研究。脑-机接口不依赖外周神经和肌肉进行信息传输，是在人脑和外设之间建立的一种通讯系统。因而，可以通过脑电信号控制辅助装置，为行动不便的残疾人提供服务，为患有焦虑症的人调节情绪，协助偏瘫患者进行康复训练，也可以为人们提供新的娱乐方式等。本文以运动想象脑电信号为载体研究了脑电信号的预处理、特征提取和模式分类等问题，并设计了利用脑电信号控制机器人运动的方法。本文做了以下工作：(1)利用一种改进了的小波阈值方法对脑电信号进行消噪处理，该方法通过处理小波系数模的幂次和阈值的幂次来估计小波系数，它不仅改善了传统小波阈值处理方法的不足，而且保留了它们的优势。(2)由于人在想象单侧肢体动作时，运动想象脑电信号中的ERD/ERS现象在特定频段较为显著，可以获得有效的表征运动想象任务的特征信息。针对这一特性，以及脑电信号的非线性特性，提出了双树复小波样本熵的特征提取方法，该方法通过双树复小波变换，把脑电信号进行多层分解，抽取出对应于运动想象脑电信号中ERD/ERS现象的节律波信号，并用样本熵方法提取该节律波的特征。(3)在脑电信号模式分类中，针对隐马尔科夫模型的独立性假设与脑电信号间相关性的不一致问题，提出一种基于Choquet模糊积分隐马尔科夫模型的脑电信号分类方法。该模型应用模糊积分的单调性取代了概率测度的可加性，放宽了隐马尔科夫模型的独立性假设，可以有效提高隐马尔科夫模型方法对运动想象脑电信号分类的性能。(4)设计了一套运动想象脑电信号控制移动机器人的BCI系统实验方案，用右脚踢球、左手捡球、左脚单脚跳左手扔球、右脚单脚向前跳后并右手捡球四种运动想象任务控制机器人的前进、刹车、左转、右转四种基本运动。(5)分别采用2008年BCICompetitionIVDatasets1数据和实验采集的多类运动想象脑电信号数据进行实验，实验结果表明双树复小波样本熵特征提取方法可以有效提高不同类别运动想象脑电信号的可分性，针对多类复杂运动想象脑电信号的分类，CI-HMM分类器的识别率优于SVM分类器。
【作者】满海涛；
【导师】孟明；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，模式识别与智能系统，2014，硕士
【关键词】脑电信号；小波阈值；双树复小波变换样本熵；CI-HMM分类器；支持向量机；

【参考文献】
[1]向宗继.三重冗余式压缩机综合控制系统研究[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[2]梁国茂.多种光照条件下的虹膜定位技术及其应用[D].兰州大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[3]张凤国.山东省精神分裂症易感基因定位研究[D].济南大学,免疫学,2012,硕士.
[4]裴晋,于晓华,姚宏,王辉,马岚茜娅.PAM对制药污泥脱水性能改善及毒性削减[J].环境工程学报,2014,09:3939-3945.
[5]胡连影.解读《意义（？）文本》模式[D].首都师范大学,2011.
[6]钟晶.碳纳米管增强形状记忆聚合物/超级电容器的制备及研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
[7]刘媛媛.喜泊分联合放疗对小鼠H_(22)移植瘤的作用及其放射增敏的研究[D].河北医科大学,肿瘤学,2014,硕士.
[8]孟超.聚合物光学纳米线的功能化及微纳光子器件研究[D].浙江大学,2013.
[9]赵玉广.华北地区沙尘暴天气形成机制的分析研究[D].南京气象学院,气象学,2003,硕士.
[10]韩文正.醋酸格拉替雷诱导的CD8~+调节性T细胞通过靶向致病性CD4~+T细胞来治疗小鼠炎症性肠病[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[11]李庆春,许炳如.塔里木盆地居里等温面特征及其地质意义[J].石油地球物理勘探,1999,05:590-594+606.
[12]战立强,刘大昕.一种Web事务识别的新模型及其频繁路径挖掘[J].哈尔滨工程大学学报,2005,06:758-762.
[13]季亮.钢管塔架式水平轴风力发电机组抗震研究[D].北京建筑大学,结构工程,2013,硕士.
[14]本报记者薛斐.不仅是尿布与啤酒[N].计算机世界,2002-09-02B22.
[15]李建.现代企业人力资源招聘系统研究[D].沈阳工业大学,工商管理,2003,硕士.
[16]刘传慧.基于STEP中性文件的产品数据信息提取的研究[D].苏州大学,机械设计及理论,2003,硕士.
[17]陆钢锋.印刷体维吾尔文识别系统识别技术相关研究[D].新疆大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[18]陆磊.产Monacolin K的功能性红曲固态发酵工艺优化研究[D].齐鲁工业大学,制糖工程,2014,硕士.
[19]王梦恕,张成平.城市地下工程建设的事故分析及控制对策[J].建筑科学与工程学报,2008,02:1-6.
[20]曹春燕.高师电磁学实验教学改革的探索与实践[D].东北师范大学,2005.
[21]陈业林,伍忠国,李锦鑫.计算机联锁RALI实训平台的研究与开发[J].铁路计算机应用,2014,05:11-14.
[22]聂晓李.含吸电子基8-羟基喹啉金属配合物的合成及光学性能研究[D].广东工业大学,应用化学,2014,硕士.
[23]徐颖娣.基于Lamb波主动监测技术的复合材料结构损伤定位研究[D].南京航空航天大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[24]赵宇.深圳华侨城社区热环境评估及优化策略研究[D].哈尔滨工业大学,建筑学,2013,硕士.
[25]陈丽娜.WLAN位置指纹室内定位关键技术研究[D].华东师范大学,通信与信息系统,2014,博士.
[26]张小平.潮流和最优潮流分析中FACTS控制器的建模(英文)[J].电力系统自动化,2005,16:22-29+65.
[27]单春霞.景德镇陶瓷文化创意产业财税政策研究[D].景德镇陶瓷学院,会计学,2014,硕士.
[28]杨阳.试论卡夫卡小说的悖谬思想[D].安徽大学,比较文学与世界文学,2014,硕士.
[29]郑恩辉,李平,宋执环.代价敏感支持向量机[J].控制与决策,2006,04:473-476.
[30]李强.最小能耗轧制规程数学模型研制成功[J].冶金自动化,1985,05:61.
[31]徐浩淳.基于平衡计分卡的战略执行力评价模型研究[D].内蒙古财经大学,企业管理,2012,硕士.
[32]晏峻峰,季梁,施诚.基于图像分析技术的开放式舌象研究平台的构建[J].医学信息,2004,01:2-3.
[33]吴真琦.基于LED光源的微型投影仪照明系统研究[D].南昌大学,光学工程,2014,硕士.
[34]周昭伟,蔡宏彬,江崇华.9%Ni钢焊接熔合区的氢致裂纹与马氏体带的关系[J].焊接学报.1990(04)
[35]沈敏华.基于Cortex-A9平台的VC-1视频解码优化[D].华中科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[36]郝宇.基于光栅结构的高效太阳能电池设计研究[D].郑州大学,光学,2013,硕士.
[37]兰肖.多义动词的认知语义研究及教学应用以动词“GO”为例[D].江苏科技大学,外国语言学与应用语言学,2013,硕士.
[38]谷筱玉.红外光谱法中药成分检测研究[D].天津大学,生物医学工程,2004,硕士.
[39]李姗姗.基于GIS的地下管线查询与应急管理系统的研究[D].南京农业大学,地图学与地理信息系统,2012,硕士.
[40]方敏.巴迪欧事件本体论视域中的主体之思[D].北京师范大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[41]程作仁.基于平台的SoC系统综合技术研究[D].合肥工业大学,2006.
[42]黄立章.壳聚糖包膜尿素的研制及其特性与肥效研究[D].浙江大学,植物营养学,2004,硕士.
[43]王井丰.基于百度百科的查询意图分类[D].吉林大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[44]刘佩.语文学科积极情感的探讨[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[45]吴惠,彭焘,寇宗魁,张建,程坤,何大平,潘牧,木士春.应用于氧还原反应的石墨烯-无定形碳核壳结构复合材料载铂催化剂(英文)[J].催化学报,2015,04:490-495.
[46]王婧文.在校大学生兼职的权利和义务问题研究[D].华中师范大学,教育学原理,2013,硕士.
[47]李阳.军事医学伦理的文化维度[D].第二军医大学,思想政治教育,2013,硕士.
[48]史继彪.海口市地热水开采潜力及矿业权设置优化研究[D].中国矿业大学,地质工程,2014,硕士.
[49]蒋愿望.王夫之《唐诗评选》研究[D].兰州大学,中国古代文学,2013,硕士.
[50]胡晓燕,姚春冀,潘再法,高一川,王丽丽.裂解气相色谱法鉴别并测定涤纶纤维与天然纤维[J].理化检验(化学分册),2014,08:1013-1017.