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专利号: 2020102856500
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-05-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SSDA的脑电信号的眼电伪迹去除方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、离线阶段,将纯净的脑电信号作为训练集,并进行归一化处理,输入栈式稀疏去噪自编码SSDA模型并进行预训练,SSDA由两个稀疏降噪自编码(SDA)通过首尾相连的方式组成,第一个SDA的输出为第二个SDA的输入,将第二个SDA的输出进行反归一化处理,就得到了重构之后的脑电信号;

S2、获取重构EEG脑电信号与纯净脑电信号之间的误差,使得误差最小,不断训练SSDA,并根据梯度下降法对模型参数进行微调;

S3、在线阶段,获取含有眼电伪迹的脑电信号并进行归一化,归一化完成后输入步骤S2训练完成的SSDA模型,并对输出数据进行反归一化处理,得到去除眼电伪迹的脑电信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于SSDA的脑电信号的眼电伪迹去除方法,其特征在于,所述步骤S1中纯净脑电信号归一化的计算公式为:式中,EEGstd(i)表示归一化之后的值,i表示脑电信号采样点的个数,j∈1,2,...,i,EEGorg表示归一化之前的原始数值。

3.根据权利要求2所述的一种基于SSDA的脑电信号的眼电伪迹去除方法,其特征在于,所述步骤S2中根据重构EEG信号与纯净脑电信号之间的误差来训练SSDA,具体如下:预训练过程:

(1)将归一化处理之后的EEG信号按照比例随机置零进行破坏,得到表示一个样本,n表示样本数量;

(2)将w和b进行随机初始化,根据式(3)-(5)得到模型第一个隐藏层的映射h(1);

h=f(wx+b)                           (3)式(3)-(5)中,h表示隐藏层的值,x表示脑电序列,JDAE(w,b)表示稀疏降噪自编码的损失函数, f(·)和g(·)分别代表编码和解码的映射函数,通常是非线性的,w代表输入层与隐藏层之间的权值矩阵,wT代表隐藏层与输出层之间的权值矩阵,b和b′分别代表隐藏层和输出层的偏置向量,n代表输入的样本数量,代表受污染的输入数据,hi代表隐藏层向量,w和b分别代表权值和偏置向量;

(3)对隐藏层h(1)进行稀疏化处理,根据式(6)和(7)获得h(1)的输出,并确定模型参数{w1,b1}来完成第一个SDA的训练;

式中,β为稀疏惩罚因子权重、s2为稀疏之后隐藏层神经元的数量、KL为相对熵、ρ为稀疏参数、 训练集的平均激活度、λ为正则化参数权重、 为输入层与隐藏层之间的权重、sl为正则化之后隐藏层神经元的数量,EEGnstd(i)为反归一化的EEG信号,EEGorg(i)和EEGout(i)分别代表模型输入和输出的信号,n代表信号样本的个数;

(4)将隐藏层h(1)的值作为第二个SDA的输入,并采用上一个SDA训练好的{w1,b1}替换随机参数,w1、b1分别表示第一个SDA输入层和输出层之间的权重和偏置值,重复步骤(2)和(3)确定第二个SDA的输出和参数{w2,b2},w2、b2分别表示第二个SDA输入层与隐藏层之间的权重和偏置值,至此,本模型中的两个SDA已经训练完毕,即完成了SSDA的预训练过程,接下来,要对SSDA进行微调,使参数值在整个网络上达到最优。

4.根据权利要求3所述的一种基于SSDA的脑电信号的眼电伪迹去除方法,其特征在于,所述微调过程具体包括:(1)对Δw1和Δb1进行初始化,Δw1、Δb1分别表示第一个SDA输入层和隐藏层之间的权重和偏置的增量值。令Δw1=0,Δb1=0;

(2)通过反向传播算法来计算 和 和 分别指

和 分别表示权重值和偏置值的对比

散度值;

(3)令 Δwl、Δbl分别表示第l个SDA输入层与隐藏层权重和偏置的增量值,这里l∈{1,2};

(4)令

(5)对参数进行更新, 其中α表示学习率;

至此,SSDA模型的微调过程完成,也就是说整个模型的训练过程完成,此时的参数在整个模型上达到最优。

5.根据权利要求3所述的一种基于SSDA的脑电信号的眼电伪迹去除方法,其特征在于,所述步骤S3中的将含有眼电EOG)伪迹的EEG信号归一化,输入训练完成的SSDA模型,并对输出数据进行反归一化处理,就得到了去除EOG的EEG,具体如下:将含有EOG伪迹的EEG进行归一化处理,归一化计算如式(8)所示:式中,EEGstd(i)表示归一化之后的值,EEGorg表示归一化之前的原始数值;

将归一化之后的信号输入训练完成的SSDA模型,然后将模型的输出值进行反归一化处理就得到了去除EOG之后的EEG信号,反归一化计算的过程如式(9)所示:式中,EEGnstd(i)表示反归一化的EEG信号,即去除眼电伪迹之后的脑电信号,EEGorg(i)和EEGout(i)分别代表模型输入和输出的信号,i表示脑电信号采样点的个数,j∈1,2,...,i。