基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法技术

技术编号:13391984 阅读:86 留言:0更新日期:2016-07-22 16:57
本发明专利技术公开了一种基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,包括步骤:一、脑电测谎判断阈值设定:采用参数设置单元对脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值进行设定;脑电信号提取装置包括Pz电极;二、脑电信号采集:采用Pz电极对被测试者头部顶点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备按照预先设定的采样频率f对所述Pz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器;三、脑电信号分析处理,过程如下:脑电信号接收与同步存储、脑电信号特征提取、说谎与否判断和说谎与否判断结果输出。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好,能简单、快速对说谎状态进行准确检测。

【技术实现步骤摘要】
基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法
本专利技术属于脑电信号处理
,尤其是涉及一种基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法。
技术介绍
测谎技术作为司法审讯的一种辅助手段,对刑事案件事实的侦查和证明发挥着重要的作用,现已得到广泛应用。如何准确有效地识别谎言,对于司法机关工作人员来说就显得尤为重要,研究谎言的检测方法具有重大的现实意义。1912年,美国研制的多导测谎仪主要通过呼吸、脉搏、血压、皮肤电压等生理变化指标来判别谎言,由于上述参数易受主观因素的影响,使得检测结果难以保证准确无误,误报和漏报率高。1989年,Rosenfeld提出事件相关电位(ERP)的测谎改进方法,其原理是利用受试者接受与案情相关的刺激时产生的P300诱发电位的脑电波变化来判定谎情。事件相关电位(ERP,event-relatedpotential)是一种特殊的脑诱发电位,通过有意地赋予刺激以特殊的心理意义,利用多个或多样的刺激所引起的脑电位,它反映了认知过程中大脑的神经电生理的变化,也被称为认知电位,也就是指当人们对某课题进行认知加工时,从头颅表面记录到的脑电位,也称为ERP脑电位,对应的脑电信号为ERP脑电信号。事件相关电位(ERP)测谎研究中主要涉及的诱发电位是P300和N400,其中P300诱发电位的脑电波信号为250ms~700ms的正向波,N400诱发电位的脑电波信号为潜伏期为200ms~500ms的负向波。P300诱发电位的脑电波信号的典型特征是潜伏期、波幅和波面积。由于P300诱发电位是大脑在“无意识”过程中产生的,不会出现“把无当有”的情况,较科学有效地帮助警方侦破案件。随后,众多研究者对ERP测谎技术提出多种改进,如幅值差(即BAD方法)、线性相关系数(即BCD方法)、频谱估计值(即功率谱估计)、小波系数、脑网络结构等,上述处理方法主要以脑电信号的时域、频域特征参数为评价标准展开研究,如BAD方法和BCD方法这两种经典的信号分析处理方法,都利用单通道的P300诱发电位的脑电波信号幅值信息区分诚实和欺骗性反应。赵敏等提出的多通道幅值和受试者的反应时间相结合的方法以及DeyS提出的小波特征提取同样能有效地反映出欺骗和诚实之间的显著差异,并与BAD方法和BCD方法对比得到了较好的结果。但上述处理方法虽然提高了单次响应下诱发脑电信号的信噪比,并且直观地反映出了诚实和欺骗行为之间的差异,但是没有考虑到脑电信号的非线性和混沌特性,造成部分信息损失。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好,能简单、快速对说谎状态进行准确检测。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、脑电测谎判断阈值设定:采用与处理器连接的参数设置单元对脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值进行设定;所述脑电信号提取装置包括Pz电极,所述Pz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部顶点的脑电电极;所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值包括所述Pz电极的脑电测谎判断阈值,所述Pz电极的脑电测谎判断阈值包括Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz,其中LPz=0.0015~0.0165,DPz=0.6125~0.6775;步骤二、脑电信号采集:测谎过程中,在对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Pz电极对被测试者头部顶点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备按照预先设定的采样频率f对所述Pz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器;所述Pz电极提取的脑电信号记作Pz脑电信号,所述Pz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;本步骤中,采样时间为T且T=t1+t2;其中,t1=400ms~600ms;t2=1200ms~1800ms;步骤三、脑电信号分析处理,过程如下:步骤301、脑电信号接收与同步存储:所述处理器将所接收到的脑电信号xPz(i)同步存储至存储器内;所述存储器与处理器连接;所述脑电信号xPz(i)包括N个采样周期内采集的Pz脑电信号,其中i为正整数且i=1、2、3、…、N,f的单位为Hz,T的单位为ms;步骤302、脑电信号特征提取:所述处理器调用最大Lyapunov指数计算模块计算得出脑电信号xPz(i)的最大Lyapunov指数LPz’,并且所述处理器调用时间序列关联维数计算模块计算得出脑电信号xPz(i)的关联维数DPz’;步骤303、说谎与否判断:根据步骤302中得出的最大Lyapunov指数LPz’和关联维数DPz’,并结合步骤一中设定的Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz,所述处理器调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当LPz’<LPz且DPz’<DPz时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;步骤304、说谎与否判断结果输出:所述处理器将步骤303中作出的说谎与否判断结果输出。上述基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:302中进行脑电信号特征提取之前,还需对脑电信号xPz(i)进行预处理;对脑电信号xPz(i)进行预处理时,先对脑电信号xPz(i)进行去除眼电伪迹处理,再对去除眼电伪迹处理后的脑电信号xPz(i)进行滤波处理。上述基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征是:步骤一中进行脑电测谎判断阈值设定时,过程如下:步骤101、按照常规的ERP实验方法,对被测试者随机赋予三种刺激,三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激;三种刺激的测试次数均为多次,无关刺激出现的概率为70%,探测刺激和靶刺激出现的概率均为15%;对被测试者赋予任一种刺激时,均按照步骤二中所述的方法进行脑电信号采集;步骤102、将赋予多次探测刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均,得到探测刺激下的脑电信号XPz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号XPz(i)的最大Lyapunov指数LPzM和关联维数DPzM;同时,将赋予多次无关刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均,得到无关刺激下的脑电信号X’Pz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号X’Pz(i)的最大Lyapunov指数LPzm和关联维数DPzm;步骤103、根据公式和公式计算得出Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz。上述基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征是:步骤二中所述的t1=500ms,t2=1500ms。上述基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征是:步骤一中所述脑电信号检测装置还包括Cz电极;所述Cz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部中央点的脑电电极;所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断本文档来自技高网
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基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法

【技术保护点】
一种基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、脑电测谎判断阈值设定:采用与处理器(1)连接的参数设置单元(2)对脑电信号提取装置(8)的脑电测谎判断阈值进行设定;所述脑电信号提取装置(8)包括Pz电极,所述Pz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部顶点的脑电电极;所述脑电信号提取装置(8)的脑电测谎判断阈值包括所述Pz电极的脑电测谎判断阈值,所述Pz电极的脑电测谎判断阈值包括Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz,其中LPz=0.0015~0.0165,DPz=0.6125~0.6775;步骤二、脑电信号采集:测谎过程中,在对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Pz电极对被测试者头部顶点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Pz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);所述Pz电极提取的脑电信号记作Pz脑电信号,所述Pz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;本步骤中,采样时间为T且T=t1+t2;其中,t1=400ms~600ms;t2=1200ms~1800ms;步骤三、脑电信号分析处理,过程如下:步骤301、脑电信号接收与同步存储:所述处理器(1)将所接收到的脑电信号xPz(i)同步存储至存储器(4)内;所述存储器(4)与处理器(1)连接;所述脑电信号xPz(i)包括N个采样周期内采集的Pz脑电信号,其中i为正整数且i=1、2、3、…、N,f的单位为Hz,T的单位为ms;步骤302、脑电信号特征提取:所述处理器(1)调用最大Lyapunov指数计算模块计算得出脑电信号xPz(i)的最大Lyapunov指数LPz’,并且所述处理器(1)调用时间序列关联维数计算模块计算得出脑电信号xPz(i)的关联维数DPz’;步骤303、说谎与否判断:根据步骤302中得出的最大Lyapunov指数LPz’和关联维数DPz’,并结合步骤一中设定的Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz,所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当LPz’<LPz且DPz’<DPz时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;步骤304、说谎与否判断结果输出:所述处理器(1)将步骤303中作出的说谎与否判断结果输出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、脑电测谎判断阈值设定:采用与处理器(1)连接的参数设置单元(2)对脑电信号提取装置(8)的脑电测谎判断阈值进行设定;所述脑电信号提取装置(8)包括Pz电极,所述Pz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部顶点的脑电电极;所述脑电信号提取装置(8)的脑电测谎判断阈值包括所述Pz电极的脑电测谎判断阈值,所述Pz电极的脑电测谎判断阈值包括Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz,其中LPz=0.0015~0.0165,DPz=0.6125~0.6775;步骤二、脑电信号采集:测谎过程中,在对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Pz电极对被测试者头部顶点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Pz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);所述Pz电极提取的脑电信号记作Pz脑电信号,所述Pz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;本步骤中,采样时间为T且T=t1+t2;其中,t1=400ms~600ms;t2=1200ms~1800ms;步骤三、脑电信号分析处理,过程如下:步骤301、脑电信号接收与同步存储:所述处理器(1)将所接收到的脑电信号xPz(i)同步存储至存储器(4)内;所述存储器(4)与处理器(1)连接;所述脑电信号xPz(i)包括N个采样周期内采集的Pz脑电信号,其中i为正整数且i=1、2、3、…、N,f的单位为Hz,T的单位为ms;步骤302、脑电信号特征提取:所述处理器(1)调用最大Lyapunov指数计算模块计算得出脑电信号xPz(i)的最大Lyapunov指数LPz’,并且所述处理器(1)调用时间序列关联维数计算模块计算得出脑电信号xPz(i)的关联维数DPz’;步骤303、说谎与否判断:根据步骤302中得出的最大Lyapunov指数LPz’和关联维数DPz’,并结合步骤一中设定的Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz,所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当LPz’<LPz且DPz’<DPz时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;步骤304、说谎与否判断结果输出:所述处理器(1)将步骤303中作出的说谎与否判断结果输出。2.按照权利要求1所述的基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:步骤302中进行脑电信号特征提取之前,还需对脑电信号xPz(i)进行预处理;对脑电信号xPz(i)进行预处理时,先对脑电信号xPz(i)进行去除眼电伪迹处理,再对去除眼电伪迹处理后的脑电信号xPz(i)进行滤波处理。3.按照权利要求1或2所述的基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中进行脑电测谎判断阈值设定时,过程如下:步骤101、按照常规的ERP实验方法,对被测试者随机赋予三种刺激,三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激;三种刺激的测试次数均为多次,其中无关刺激出现的概率为70%,探测刺激和靶刺激出现的概率均为15%;对被测试者赋予任一种刺激时,均按照步骤二中所述的方法进行脑电信号采集;步骤102、将赋予多次探测刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均,得到探测刺激下的脑电信号XPz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号XPz(i)的最大Lyapunov指数LPzM和关联维数DPzM;同时,将赋予多次无关刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均,得到无关刺激下的脑电信号X’Pz(i),再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号X’Pz(i)的最大Lyapunov指数LPzm和关联维数DPzm;步骤103、根据公式和公式计算得出Lyapunov指数判断阈值LPz和关联维数判断阈值DPz。4.按照权利要求1或2所述的基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:步骤二中所述的t1=500ms,t2=1500ms。5.按照权利要求1或2所述的基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中所述脑电信号提取装置(8)还包括Cz电极;所述Cz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部中央点的脑电电极;所述脑电信号提取装置(8)的脑电测谎判断阈值还包括所述Cz电极的脑电测谎判断阈值,所述Cz电极的脑电测谎判断阈值包括Lyapunov指数判断阈值LCz和关联维数判断阈值DCz,其中LCz=0.0072~0.0177,DCz=0.5175~0.5725;步骤二中进行脑电信号采集时,对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Cz电极对被测试者头部中央点的脑电信号进行实时提取,并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Cz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1);所述Cz电极提取的脑电信号记作Cz脑电信号,所述Cz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位,所述事件相关电位为P300;步骤三中进行脑电信号分析处理,过程如下:步骤301中进行脑电信号接收与同步存储时,所述处理器(1)还需将所接收到的脑电信号xCz(i)同步存储至存储器(4)内;所述脑电信号xCz(i)包括N个采样周期内采集的Cz脑电信号;步骤302中进行脑电信号特征提取时,所述处理器(1)还需调用最大Lyapunov指数计算模块计算得出脑电信号xCz(i)的最大Lyapunov指数LCz’,并且所述处理器(1)还需调用时间序列关联维数计算模块计算得出脑电信号xCz(i)的关联维数DCz’;步骤303中得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果;步骤303中完成说谎与否判断后,还需根据步骤302中得出的最大Lyapunov指数LCz’和关联维数DCz’,并结合步骤一中设定的Lyapunov指数判断阈值LCz和关联维数判断阈值DCz,所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断:当LCz’<LCz且DCz’<DCz时,判断为此时被测试者没有说谎;否则,判断为此时被测试者说谎;此时,所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xCz(i)判断得出的说谎与否判断结果;步骤304中进行说谎与否判断结果输出之前,还需判断根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xCz(i)判断得出的说谎与否判断结果是否一致:当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xCz(i)判断得出的说谎与否判断结果一致时,进入步骤304;否则,所述处理器(1)输出本次测谎无效。6.按照权利要求5所述的基于Lyapunov指数和关联维数的脑电测谎方法,其特征在于:步骤一中对所述Cz电极的脑电测谎判断阈值进行设定时,过程如下:步骤A1、按照常规的ERP实验方法,对被测试者随机赋予三种刺激,三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激;三种刺激的测试次数均为多次,其中无关刺激出现的概率为70%,探测刺激和靶刺激出现的概率均为15%;对被测试者赋予任一种刺激时,在对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内,均采用所述Cz电极对被测...

【专利技术属性】
技术研发人员:艾玲梅陈慧君
申请(专利权)人:陕西师范大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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