基于脑电信号的特征提取方法及其检测提取系统技术方案

本发明专利技术申请属于于脑电的辅助听觉注意领域，旨在实现人对听觉对象的正确追踪功能，公开了一种基于脑电信号的检测提取系统，包括听觉刺激模块，用于诱导用户产生脑电；脑电信号采集模块，利用接触用户头表的电极，采集用户的脑电信号，并对脑电信号进行预处理；特征提取和训练模块，对预处理后的脑电信号进行特征提取，训练出模型；听觉追踪分类模块，将脑电特征的分类结果转化为分类值，根据分类值计算正确率，用于对注意力进行打分，特征提取和训练模块采用的特征提取方法，结合节律和信息熵的特点，能有效抑制噪声，使得到的脑电信号更准确。

Feature extraction method based on EEG and its detection and extraction system

The application of the invention belongs to the field of auxiliary auditory attention in EEG. It aims at realizing the correct tracking function of the human auditory object, and exposes a detection and extraction system based on the EEG signal, including the auditory stimulation module, which is used to induce the user to generate EEG, the EEG acquisition module, and the use of the electrodes that contact the head table of the user. Set the EEG signal of the user and preprocess the EEG; feature extraction and training module to extract the pre processed EEG signals and train the model. The auditory tracking classification module is used to convert the classification results of EEG characteristics into classified values, and the accuracy rate is calculated according to the classification values to be used for attention. The feature extraction and the feature extraction method used in the feature extraction and training module, combined with the characteristics of the rhythm and information entropy, can effectively suppress the noise and make the EEG signal more accurate.

【技术实现步骤摘要】
基于脑电信号的特征提取方法及其检测提取系统
本专利技术基于脑电的辅助听觉注意领域，具体涉及一种基于脑电信号的注意力训练系统及其使用的特征提取方法。
技术介绍
众所周知，提高注意力是提高学习效率的一种有效方法，有人甚至认为，注意力就是学习力。目前，针对听觉注意力方面的训练，已经诞生了许多趣味游戏，如“你听到了什么”，“看谁听得准”等等。然而这些游戏多是针对小孩子，而且往往需要多人参与，这明显会对训练的时间和外界条件有所限制，从而导致不易开展。另外，对于有运动障碍的人来说，由于自身的运动机能的限制，这些传统训练方式并不适合他们。随着脑机接口技术产生，使上述现状有了显著的改善，有效增强了有运动障碍的患者与外部环境的交流和控制，同时也突破了注意力训练中对时间和外界条件的限制。脑机接口技术，是在人脑与电子设备之间建立连接的一种新兴技术，它直接通过脑来表达想法，减弱了语言和动作在设备操纵中的作用。而对于脑机接口技术而言，脑电信号特征的选择是一个极其重要的环节，目前在脑机接口领域中，一种较为常见技术的有基于SSVEP的脑机接口系统，中国专利CN201710237197.4公开了一种基于高速SSVEP智能轮椅的控制器系统及其控制方法，通过脑电信号的采集和处理，以达到控制电动轮椅的运动，然而该方法需要用户注视特定频率的闪烁，容易导致用户视觉疲劳，并不利于注意力的训练。而在脑机接口技术在人类的感官方面的研究，中国专利CN102541261B公开了一种基于脑电信号特征的影片剪辑筛选辅助仪及实现方法，主要包括脑电信号采集装置、脑电信号处理装置、脑电信号分析装置和输出响应装置，该专利技术可用于影片制作过程中进行影片剪辑，也可用于对影片内容分级和影片筛选；同时，该专利通过采集观看视频时人的脑电信号来评价影片内容，以克服主观经验的影响，使评价结果更客观。然而该专利虽然可以用于采集和分析观看者各个感官区域的脑电信号，但是只能反映观看者的真实感受，却不具备注意力训练以及听觉追踪分类功能，不能用于提高注意力，从而实现提供学习效率的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于脑电信号的注意力训练系统及其使用的特征提取方法，通过采集到的脑电听觉信号以进行注意力训练，实现人们对听觉对象是否正确追踪的分类功能，进而达到提高人们的注意力的目的，该系统还能有效排除用户猜对或操作错误的干扰，误差小，使得对人们注意力的测试更精确，且该专利的设计具有人性化，训练方式多样。为达到上述目的，本专利技术的基础方案如下：基于脑电信号的检测提取系统，包括：听觉刺激模块，以相同频率，同时产生多个声音，用于诱导用户产生脑电，同时用户进行按键操作；脑电信号采集模块，利用接触用户头表的电极，采集用户因听觉诱导产生的脑电信号，并对所述脑电信号进行预处理，预处理中需要根据用户的按键操作情况来确定部分脑电信号的分类，然后将预处理后的脑电信号传送到特征提取和训练模块中；特征提取模块和训练模块，对经脑电信号采集模块预处理后的脑电听觉信号进行特征提取，并根据已经确定好分类的脑电信号对应的特征来训练出能识别分类的分类模型，分类模型再识别未确定好分类的脑电信号的特征，进行自动分类；听觉追踪分类模块，将上述分类的结果对应转化为分类值，根据分类值计算出正确率，用于对注意力进行打分。优选方案一：作为基础方案的优选方案，所述训练的对象的选择以用户正确听觉追踪为正样本、用户错误听觉追踪为负样本，从而所述分类命令也分为正确追踪和错误追踪，能直观的表示追踪结果。优选方案二：作为优选方案一的优选方案，所述听觉刺激模块包含若干听觉类型，且用户能联网下载，用户可根据自己的喜好自行设定听觉刺激。优选方案三：作为优选方案二的优选方案，所述脑电信号采集模块的预处理为放大脑电信号，然后滤波处理，以防止信号干扰，使得采集到的脑电信号更精确。优选方案四：作为基础方案或优选方案二的优选方案，所述训练模块包含三种模式，分别为单用户训练模式、直接分类模式和单用户重启模式，为用户提供多种选择，以适应用户的不同需求。优选方案五：作为优先方案四的优选方案，所述训练模块可以人为关闭或打开。基于脑电信号的注意力训练系统中采用的特征提取方法，包含如下步骤：S1：在所述脑电采集模块中，对用户因听觉诱发产生的脑电信号先进行节律提取；S2：将S1提取的所述节律经过逆运算得到脑电听觉信号；S3：将经过S2得的脑电听觉信号进行能量计算；S4：对S3中计算出的能量量化求信息熵；S5：对S4中得到的信息熵提取特征偶极子，得到特征向量；在听觉刺激模块中，用户根据自己的喜好，选择被听的声音对象；用户在听的过程中，还需要根据被听对象的提示按相应的按键，所述按键表示不同的声音对象，在用户听的过程中，利用脑电信号采集模块记录用户因听觉诱导产生的脑电信号，所述脑电信号被送入特征提取和训练模块；在特征提取和训练模块中，系统对用户在听觉刺激模块中的实际按键和理论上该按的键做比对，如果用户按的键和系统中预设的保持一致，那么这段数据就为用户正确听觉追踪的脑电数据，就为训练的正样本。反之，如果用户没有听到，则不按键或者错误按键，那么这段数据就为用户错误听觉追踪的脑电数据，就为训练的负样本，然后利用正样本和负样本训练出训练模型；在听觉追踪分类模块中，将脑电听觉信号的分类结果转化为分类值，将用户正确追踪和错误追踪标识出来，计算出正确追踪率，根据正确追踪率对注意力进行打分，来评估用户的注意力状态。进一步，所述训练模块包含三种模式，分别为单用户训练模式、直接分类模式和单用户重启模式。对于训练模块，提供的三种模式：单用户训练模式，是训练加分类形式，在该模式下用户在分类前进行一段时间的模型训练，它的正确率较高，但训练时间也较长；直接分类模式，适合体验者使用，在这种模式下，训练器中已经默认整合了许多人的训练模型，用户直接以训练好的模型来进行预测和分类，这种方式不需要训练，但由于个体差异，正确率会相对较低；单用户重启模式，针对长期使用的用户，这些用户前期的训练部分已经被系统记录下来，只需选择以前保存好的训练模型来进行预测和分类，这种模式已不需要再次训练，正确率也高。基于脑电信号的特征提取方法，包含如下步骤：S1：在所述脑电采集模块中，对用户因听觉诱发产生的脑电信号先进行节律提取；S2：将S1提取的所述节律经过逆运算得到脑电听觉信号；S3：将经过S2得到的脑电听觉信号进行能量计算；S4：对S3中计算出的能量量化求信息熵；S5：对S4中得到的信息熵提取特征偶极子，得到特征向量。本专利技术的优势在于提出了一种基于脑电信号的特征提取方法，在头表记录的脑电信号由于受容积导体效应和参考电极的影响，往往伴随着较大的误差，基于逆运算的脑电皮层信号能够在克服上述缺点。另外，信息熵是度量信号复杂度的一种方式，而脑电节律的变化在一定程度上可以反映大脑的生理变化，本专利技术也很好地结合了节律和信息熵的特点，以脑电节律为量化值，求得的信息熵作为分类特征向量，因为对于排除用户猜对或操作错误的干扰，针对脑电信号而言的，因为用户在猜或者操作错误的时候，心理活动理论上是不一样的，脑电信号的复杂度就会升高，这可以通过熵来体现。所以本专利技术可以在一定程度上排除用户猜对或操作错误的干扰，使得对用户注意力的测量更准确。附图说明图1是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于脑电信号的检测提取系统，其特征在于，包括：听觉刺激模块，以相同频率，同时产生多个声音，用于诱导用户产生脑电，同时用户进行按键操作；脑电信号采集模块，利用接触用户头表的电极，采集用户因听觉诱导产生的脑电信号，并对所述脑电信号进行预处理，预处理中需要根据用户的按键操作情况来确定部分脑电信号的分类，然后将预处理后的脑电信号传送到特征提取和训练模块中；特征提取模块和训练模块，对经脑电信号采集模块预处理后的脑电听觉信号进行特征提取，并根据已经确定好分类的脑电信号对应的特征来训练出能识别分类的分类模型，分类模型再识别未确定好分类的脑电信号的特征，进行自动分类；听觉追踪分类模块，将上述分类的结果对应转化为分类值，根据分类值计算出正确率，用于对注意力进行打分。

【技术特征摘要】
1.基于脑电信号的检测提取系统，其特征在于，包括：听觉刺激模块，以相同频率，同时产生多个声音，用于诱导用户产生脑电，同时用户进行按键操作；脑电信号采集模块，利用接触用户头表的电极，采集用户因听觉诱导产生的脑电信号，并对所述脑电信号进行预处理，预处理中需要根据用户的按键操作情况来确定部分脑电信号的分类，然后将预处理后的脑电信号传送到特征提取和训练模块中；特征提取模块和训练模块，对经脑电信号采集模块预处理后的脑电听觉信号进行特征提取，并根据已经确定好分类的脑电信号对应的特征来训练出能识别分类的分类模型，分类模型再识别未确定好分类的脑电信号的特征，进行自动分类；听觉追踪分类模块，将上述分类的结果对应转化为分类值，根据分类值计算出正确率，用于对注意力进行打分。2.根据权利要求1所述的基于脑电信号的检测提取系统，其特征在于，所述脑电信号的分类以用户正确听觉追踪为正样本、用户错误听觉追踪为负样本，从而所述分类分为正确追踪和错误追踪。3.根据权利要求2所述的基于脑电信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田银，徐伟，张慧玲，杨利，张海勇，马亮，李章勇，赵德春，林金朝，庞宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50