基于深度卷积网络的运动想象脑电信号模式识别

• 作者: 霍首君 郝琰 石慧宇 董艳清 曹锐
• 来源期刊: 计算机应用
• 关键词: 脑机接口 运动想象 时频分析 卷积神经网络 数据增强 深度学习 脑电信号 模式识别
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: CCF 第35届中国计算机应用大会(CCF NCCA 2020)|The 35 CCF National Conference of Computer Applications (CCF NCCA 2020)
• 页码范围: 1042-1048
• 页数: 7页
• 分类号: TP242
• 语种: 中文
• DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081300

摘要

针对运动想象脑电信号(MI-EEG)分类准确率普遍偏较低的问题,引入基于深度框架的卷积神经网络模型(CNN).首先,使用短时傅里叶变换(STFT)和连续小波变换(CWT)得到两种不同解析度下的时频信息;然后将其与电极通道位置信息相结合并以三维张量的形式作为CNN的输入;其次,设计了两种基于不同卷积策略的网络模型MixedCNN和StepByStepCNN来分别对两种形式的输入进行特征提取和分类识别;最后,针对因训练集样本过少而易发生的过拟合问题,引入mixup数据增强策略.在BCI CompetitionⅡdatasetⅢ数据集上的实验结果表明,CWT得到的样本集通过mixup数据增强后送入MixedCNN网络训练出的模型的识别准确率最高(93.57％),相较于另外四种分析方法:公共空间模式(CSP)+支持向量机(SVM)、自适应自回归模型(AAR)+线性判别分析(LDA)、离散小波变换(DWT)+长短期记忆网络(LSTM)、STFT+堆栈自编码器(SAE)分别提高了19.1％、20.2％、11.7％和2.3％.所提方法可以为MI-EGG分类任务提供参考.