本发明专利技术公开了一种基于脑电信号的疲劳状态识别方法，方法包括：通过EEG数据采集仪从人体头皮表面记录不同疲劳状态下的脑电信号，通过信号采集模拟电路滤出信号中的干扰成分，再将微弱的电信号程控放大并消除电平飘移，得到的模拟脑电信号经数字电路进行AD转换成数字脑电信号传输给主机进行处理；主机首先对信号进行预处理，然后提取每通道信号的特征信息，构造特征向量，最后采用基于模糊模式识别的评估方法，根据所得到的脑电特征评估疲劳程度；本发明专利技术结合了生物医学信号处理技术及模糊模式识别技术，提出了一种客观的可行的精神疲劳评估方法，使基于脑电信号的检测与识别在精神疲劳评估领域的应用得到技术上的极大提升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学、信号处理和模式识别
，具体涉及，通过基于脑电信号的检测与识别实现对人体疲劳状态的评估。
技术介绍
人在经过一段时间工作，特别是长时间的精神或体力劳动后，会产生精神疲劳，引起生理与心理状态的变化，包括继续努力时难度的增加和信息分析能力下降趋势的增强， 行为组织能力的下降以及心情的变化等。在现代社会中，特别是诸如实时监控、交通运输、 高危作业、航空航天等作业情况下，由于疲劳状态下警觉性、持续性注意力、工作记忆力，判断力、决策制定等能力的下降，工作人员非常容易出现随意操作和违章行为，从而引发安全事故。因此，建立起客观、可靠，并且对正常工作无干扰的精神疲劳检测方法和评估系统，对于防范由于精神疲劳引发的安全事故是十分必要的，具有极大的经济和社会价值。精神疲劳检测评估方法通常分为主观方法和客观方法两类。目前主要采用主观的方法进行评估，根据受试者的身体、神经感受状态来判断疲劳的程度。然而，这些方法易受主观因素的影响，不能客观的进行定量评估，无法反映疲劳程度的变化情况，并且评分标准也不易统一。现阶段研究的客观方法主要是利用基于生理特征分析的方法加以评估，这些生理特征主要包括通过脑电信号(electroenc印halogram，EEG)检测的脑活动，通过心电信号检测的心率变异性，通过肌电信号检测的皮肤电反应，通过动态图像观测到的眼动、头动、面部表情等。在这些生理信息来源中，EEG被认为是最有前途、最可预报的和最可靠的。 EEG能够客观的记录大脑机能状态的连续变化，是人脑思维活动、认知和意识状态的一种外在表现。利用EEG来研究人的精神疲劳程度，采用各种高效的信号处理技术挖掘EEG所蕴涵的丰富信息，实现对疲劳状态的判定与评估，是非常重要而又有前途的途径。近年来，EEG检测技术的进步和现代信号处理技术的发展，推动了基于EEG的精神疲劳研究。目前利用脑电信号分析精神疲劳主要有两类研究方法一是利用事件相关电位 (event related potential, ERP), 二是利用自发脑电信号。ERP是一种诱发脑电，需要外加特定的刺激才能产生，因此在汽车驾驶、高危作业、航空航天等作业情况下，是不可能同期采集ERP信号的，这就极大的限制了该类方式的应用范围。而自发脑电是大脑皮层神经电活动本身自发产生的持续性的电位变化，可以在作业的同期采集，对作业无干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出。精神疲劳程度是一个模糊概念，不同疲劳状态之间的边界是不分明的，应用模糊模式识别来判定精神疲劳程度相比传统的分类方法更合理，能提高对精神疲劳的分类识别正确率。本专利技术为一种基于自发脑电信号(以下简称EEG)的疲劳状态识别方法，其特征为， 该方法通过EEG数据采集仪从人体头皮表面记录不同疲劳状态下的脑电信号，然后对所采集的信号进行信号放大、滤波、转换为数字信号，并且通过无线通信传输给主机，主机软件处理接收到的无线脑电数据，首先对信号进行预处理，然后提取每通道信号的特征信息，构造特征向量，最后采用基于模糊模式识别的评估方法，根据所得到的脑电特征评估疲劳程度。本专利技术所提出的精神疲劳评估方法和系统对EEG进行处理的方法如下 UEEG采集EEG的幅度在微伏量级，并且信号中含有很强的干扰。在本方案中，首先对模拟脑电信号进行预处理，包括对信号进行前置放大、高通滤波、低通滤波、后级放大及电平迁移，然后进行A/D采样，输入到FPGA芯片中进行信号处理，包括50 Hz陷波和去基线漂移，然后经无线发射器发送出去。数字脑电信号经无线接收器接收后由微处理器进行处理，再通过USB 接口芯片上传PC机进行下一步的处理。2、信号特征提取PC机中对采集的脑电数据进行特征提取，以delta( δ ):0-3. 5HZ、theta( θ ):3. 5_8Ηζ、 alpha ( σ ):8-13Hz、beta (/Ο:13_30Ηζ四种脑电基本节律的相对能量作为特征，因为δ、 θ .α、β节律相对能量之和为1，为避免冗余，只选取δ、θ、α三个节律相对能量作为特征信息。3、模糊模式识别精神疲劳程度是一个模糊概念，记为儿设有需要对模糊概念^进行识别的《个样本组成的集合，有 个指标特征值表示样本的整体特性，则有样本集的指标特征值矩阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
相应的相对隶属度；相反，对于指标值越小疲劳程度越深的指标用下式进行变换； （６）由此可将矩阵Ｘ变换为相应的相对隶属度矩阵 （７）将样本ｊ的ｍ个指标相对隶属度，，… ，分别与矩阵Ｓ的第１，第２，…，第ｍ行的行向量逐一进行比较，可得样本ｊ的级别上限值和级别下限值（１≤≤ｃ，１≤≤ｃ）；设样本集对模糊概念Ａ各个级别的相对隶属度矩阵为（８）式中表示样本ｊ对Ａ级别ｈ的相对隶属度，ｊ＝１，２，…，ｎ； ｈ＝１，２，…，ｃ；由于样本ｊ在级别区间，范围内，故矩阵Ｕ应满足归一化约束条件 （９）样本ｊ与级别ｈ之间的差异用广义欧式距离表示为 （１０）为了完善地描述样本ｊ与级别ｈ之间的差异，定义下式 （１１）以为权重，称为加权广义欧式距离；为了求解样本ｊ对模糊概念Ａ的级别ｈ的最优相对隶属度，建立目标函数， （１２）根据目标函数和约束条件构造拉格朗日函数，求得最优相对隶属矩阵，矩阵中的各元素由下式确定 （１３）最后应当用级别特征值Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｃ，对疲劳程度进行判断，级别特征值公式表示为： （１４）Ｈ是包含ｎ个元素的向量，为样本ｊ的级别特征值，如果，则判断样本ｊ隶属于级别ｍ。１．一种基于脑电信号的疲劳状态识别方法，其特征在于，方法包括：（１）通过ＥＥＧ数据采集仪从人体头皮表面记录不同疲劳状态下的脑电信号，通过信号采集模拟电路滤出信号中的干扰成分，再将微弱的电信号程控放大并消除电平飘移，得到的模拟脑电信号经数字电路进行ＡＤ转换成数字脑电信号传输给主机进行处理；（２）主机首先对信号进行预处理，然后提取每通道信号的特征信息，构造特征向量，最后采用基于模糊模式识别的评估方法，根据所得到的脑电特征评估疲劳程度；对所采集的脑电信号进行处理的方法如下：ａ、信号预处理对采集的脑电数据进行预处理，即进行数字滤波，提取０－３０Ｈｚ的信号频率成分；ｂ、信号特征提取对采集的脑电数据进行特征提取，以四种脑电基本节律的相对能量作为特征，它们是：δ：０－３．５Ｈｚ、θ：３．５－８Ｈｚ、α：８－１３Ｈｚ、β：１３－３０Ｈｚ，由于δ、θ、α、β节律相对能量之和为１，只选取δ、θ、α三个节律相对能量作为特征信息；ｃ、模糊模式识别精神疲劳程度是一个模糊概念，记为Ａ，设有需要对模糊概念Ａ进行识别的ｎ个样本组成的集合，有ｍ个指标特征值表示样本的整体特性，则有样本集的指标特征值矩阵 （１）式中表示样本ｊ指标ｉ的特征值，ｉ＝１，２， … ，ｍ； ｊ＝１，２ … ，ｎ；如样本集依据ｍ个指标按ｃ个级别的已知指标标准特征值进行识别，则有指标标准特征值矩阵 （２）式中表示状态或级别ｈ指标ｉ标准特征值，ｈ＝１，２，…，ｃ； ｉ＝１，２，…，ｍ；若规定１级精神状态为不疲劳状态，其评价指标ｉ的标准特征值对于疲劳程度的相对隶属度；ｃ级精神状态为非常疲劳状态，其评价指标对于疲劳程度的相对隶属度，则人体精神疲劳状态标准指标的相对隶属度可根据如下线性公式确定 （３）由此可将矩阵Ｙ变换为相应的相对隶属度矩阵Ｓ （４）类似地，可根据下式 （５）将指标值越大疲劳程度越深的样本指标值变为...
【技术特征摘要】
1. 一种基于脑电信号的疲劳状态识别方法，其特征在于，方法包括(1)通过EEG数据采集仪从人体头皮表面记录不同疲劳状态下的脑电信号，通过信号采集模拟电路滤出信号中的干扰成分，再将微弱的电信号程控放大并消除电平飘移，得到的模拟脑电信号经数字电路进行AD转换成数字脑电信号传输给主机进行处理；(2)主机首先对信号进行预处理，然后提取每通道信号的特征信息，构造特征向量，最后采用基于模糊模式识别的评估方法，根据所得到的脑电特征评估疲劳程度；对所采集的脑电信号进行处理的方法如下a、信号预处理对采集的脑电数据进行预处理，即进行数字滤波，提取0-30HZ的信号频率成分；b、信号特征提取对采集的脑电数据进行特征提取，以四种脑电基本节律的相对能量作为特征，它们是 δ :0-3. 5Ηζ、θ :3. 5-8Hz、a :8_13Hz、β :13_...
【专利技术属性】
技术研发人员：张莉，王鹏，王宇丁，何传红，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85
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