基于核主角的眼动脑电信号辨识系统

同状 态 下 的 脑 电 信 号 。 １ 模 拟 前 端 设 计
Ａ＝｛ａ。；…；ａ ｝和Ｂ＝｛ｂｌ；…；ｂＭ｝构成 两个行 向量 。 很 高，不同类 数据相似度略有差异 。以闭眼状
Ｓ＾：ｓｐａｎ｛ａｌ；…；ａＮ｝和ＳＢ＝ｓｐａｎ｛ｂｌ；…｜ｂＭ｝是 两个子 态为校验样本 进行说明：闭眼与闭眼数据相似
ｏｓ
ｍ ａ ｘ ｍ ａｘ ｕ
“ “Ｅ Ｅ ｖ ｖ∈∈ 日 ， ｓＳ．ｔ ． Ｕ ｒ‘ Ｕ ＝ＶＴＶ＝ｌ１ｏ 整蛩
理重新定义 式：
闭眼与 向右数据相 似度 为 ０．５４—０．６，闭眼与 向 上数据相 似度为 Ｏ．６８—０．７，闭眼与 向下数据 相 似度为 ０．７２．７５。当闭眼数据作 为校验 样本时，
辨 识
过 Ｗｉ．Ｆｉ模 块，将处理后 数据传送至服 务器，
（２）分 别取五种 不同眼动 状态下 的数据
或 者 通 过 ＳＤ卡 模 块 ，将处 理 后 数据 保 存 在 的前 ２组作为校验样本 ；
ＳＤ 卡 中 。
（３） 计 算 五 种 不 同 眼 动 状 态 下 的 校 验 样
脑 电信 号 十分 微弱 ，数量 级 为微 伏级 ， 频 率段在 ０．５—１００Ｈｚ，这对 于模拟 前端 采集装 置 提 出 很 高 要 求 。 设 计 出 良好 的 采 集 装 置 是 脑 电研 究的基础。不同状态下的脑 电信号幅值大
和算 法的设计研究 。模拟采集前端 ，可 以准确 下 ：
表 １所 示 。
的采 集到脑电信号 。对采集到 的脑 电信 号运 用
设 ａ，；…；ａ ｝和 ｛ｂｌ｜．．·；ｂ ｝分 别 是 两 个 零 均
由表 １可 以看 出，当 以不 同状态 数据 为
核主 角算法对其进行分类辨识 ，有效识 别出不 值 的随机变 量 ｘ和 随机变量 Ｙ 的两组 样本 。 校验样本 时，训练样 本为同类数据时 ，相似度
可 以根 据相 似 度判 断训 练样本 的眼动状 态 类
ｃｏｓ０＝ｍ．ｘ｛ｙ Ｂ Ａｘ｝， ．１ｉ １， ｌ≥１。 。
转 化为特 征值问题为：
［ ， ］［ ］： ［ ） ， ］［ ］ 参考文献 …１ 甘 良志 ．核 学习算法与集成方法研 究 【Ｄ］．
式中中 、＠ｓｒ中 、中 、ｍ 可 以用核
空 间。０为两个空 间的主角 ，满足 ：
度 为 ０．９．１，闭眼与向左数据相似度为 Ｏ．４．０．５，
本 系统 的模 拟前 端设 计结 构包 括：采 集 电极、滤波网络 、滤波放 大模块 、模 数转换模 块 、 微 处 理 器 模 块 、 电源 模 块 。
采集 电极选 用 Ａｇｃｌ电极 ，相 比于其 它材 质 ， 它 更 加 有 助 于 脑 电信 号 的 采 集 。 滤 波 网 络 包 含无 源低 通滤 波和 输入 保护 电路，无源 低 通 滤 波 由 ＲＣ组 合 而 成 ， 具 有 较 好 的抗 频 率 混 叠 效果 。输入 保护 电路 串 联在低 通 滤波 电路 后 ， 由两 个稳 压 二极 管组 成 ，保护脑 电采集 设 备。ＡＤ８２３２模块 衔接在 滤波 网络 后，滤波 网络信 号输 出端与 ＡＤ８２３２模块信号输入端相 连 ，对输入信 号做进 一步处理 。ＡＤ８２３２模块 的 内 部集 成 了 放 大 电路 、 右 腿 驱 动 电路 、滤 波 电路 ，其 中 高 通 滤 波 器 采 用 双 极 点 ，低 通 滤 波 器采 用无使 用约束运算放大器创 建，为三极 点 型 。ＡＤ７６０６模块 进行模 数信号 的转换 ，将 从 ＡＤ８２３２模块得 到的模拟信 号转换 为数字信号， 再通 过串 口将处理得到 的脑 电信 号传送 至微处 理器模块 。液晶模 块、ＳＤ卡模块、串 口模块、
浙江 大学 ，２０１０．
矩阵来求 得，最大特 征值 ，即 ￣＝ｃｏｓ ０为特 ［２】Ｂｅ１ ｋａｃｅｍ Ａ Ｎ，Ｈｉ ｒｏ ｓ ｅ Ｈ，ＹＯ Ｓｈｉｍｕ ｒａ
征子空间 Ｓ 和 Ｓ 夹角 的余弦值 。
Ｎ．ｅ ｔ ａ １．Ｃ １ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｌ Ｏ ｎ ｏ ｆ
３实验设计与过程分析
２核主 角
核 函数可 以在 特征 中用 线性 方法 解决 原 始空间中的非线性 问题 ，主成分分析 （ＰＣＡ）的
本与训练样本的相似度 ： （４）运 用核主角 算法计算 五种 不 同眼动
状态下的单盲数据与校验样本 的相似度 ； （５）最后采用平均法计算核主角 。
小、频 率端有所不同 ，对于采集到的脑 电信 号 做分 类、辨识，有助于对脑 电的研究及脑机接 口的应用。本文设计 了一套基于核主角 的眼动
电子技术 · Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
基于核主角的眼动脑 电信号辨识 系统
文／张井想 甘 良志 赵荣刚 蒋大伟 岳大超
脑 电 信 号 是 一 种 微 弱 的 生 理
信 号， 包含 了复 杂 的人 体信 息 ，
需要特殊的模拟前端进行采集。 ｊ
不 同眼 动状 态 下的脑 电信 号有 所 『
Ｆ Ｏｔｌ ｒ ＥＹ ｅ Ｄｉ ｒ ｅ ｃｔｉ ｏｎ ｓ ｆ ｒ ｏｉｉ１ Ｅ Ｅ Ｇ Ｓ ｉ ｇｎａ １ ｓ ｆ０ ｒ ＥＹｅ—ＭＯｖｅｍｅｎ ｔ—Ｂａ ｓ ｅｄ
线性 问 题。Ｂ．Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ结 合核 函数 和 主成 分 分析 ，得到一种研 究原始 空间非线性关系的方 法 ，即 ＫＰｃＡ。本 文 在 研 究 ＫＰＣＡ 的 基 础 上 ，
４实验结果分析 分 别以不 同眼 动状态数据 作为校验 样本 ，
脑 电信 号辨识系统，主要包括模拟前端 的设计 对其稍作改进 ，得到核主 角的方法。其原理如 其余状态数据作为训练样本 ，所做实验结果如
差 异，核 主 角算 法可 有效 的对 其 １
识 别 ，辨 识 出各 种 眼动 状 态。
『 滤波 处理，处
（１）采 集 五 种 不 同 眼 动 状 态 下 的数 据 各
【关键 词】脑电信 号 模拟前端 核 主 角 眼动 理 后得到的数据可在液 晶模块显示 ，并可以通 １０组 ：