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基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法及装置

申请号 CN202210044792.7 申请日 2022-01-14 公开(公告)号 CN114533062B 公开(公告)日 2024-04-23
申请人 中国人民解放军火箭军工程大学; 发明人 蔡艳平; 陈万; 杨梅枝; 李爱华; 齐啸; 姜柯; 苏延召; 韩德帅;
摘要 本 发明 公开了一种基于微分熵和二叉树 支持向量机 的脑疲劳检测方法及装置,该方法包括:获取一定频段的脑电 信号 并进行分解,得到若干子频带信号;对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵;基于遗传 算法 构建二叉树支持向量机;利用所述二叉树支持向量机对所述微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果,该方法可以提高脑疲劳检测 精度 。
权利要求

1.一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,其特征在于,包括:
获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号;
对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵;
基于遗传算法构建二叉树支持向量机;
利用所述二叉树支持向量机对所述微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果;
其中,基于遗传算法构建二叉树支持向量机包括:
将二叉树支持向量机的层次结构作为种群的个体并初始化种群;
计算种群中每个个体初始的适应度值;
根据每个个体的初始适应度值,采用轮盘赌法和最优保存原则,对种群进行选择操作;
按照一定的概率随机将两个父代的染色体分为两部分,并从两个父代分别继承部分序列,形成新的个体,从而实现交叉操作;
按照线性递增变异概率随机从交叉后得到的个体中选择待变异个体,并对所选的待变异个体,随机选取某处的基因进行对调,以形成新的个体,从而实现变异操作;其中,线性递增变异概率的计算公式为:
pT=pstart+(pend‑pstart)T/Tmax
式中,pT代表当前第T代个体的变异概率,pstart代表初始变异概率,pend代表最大变异概率,T代表当前迭代次数,Tmax代表最大迭代次数;
计算变异操作后的个体适应度值;
若判断达到迭代停止条件,则输出适应度函数值最大的个体,否则,返回对个体进行交叉操作的步骤。
2.根据权利要求1所述的基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,其特征在于,获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号包括:
获取每个通道脑电信号中0‑50Hz频段的脑电信号;
利用1Hz的固定带宽将每个通道上0‑50Hz的脑电信号进行分解,分别得到50个子频带信号。
3.根据权利要求1所述的基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,其特征在于,对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵,包括:
采用短时傅里叶变换对每个所述子频带信号进行微分熵提取,对应得到若干微分熵;
其中,所述微分熵的表达式为:
其中,f(x)代表随机变量的概率密度函数,x表示脑电信号,其为服从数学期望为μ、方
2 2
差为σ的高斯分布,记为N(μ,σ)。
4.根据权利要求1所述的基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,其特征在于,在得到若干微分熵之后,且在对其进行分类之前,还包括:
采用滑动平均和主成分分析法对所述微分熵进行处理。
5.根据权利要求1所述的基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,其特征在于,计算种群中每个个体初始的适应度值包括:
将训练样本分为训练集1和测试集1;
将训练集1带入每各个体对应的二叉树支持向量机,得到训练好的分类模型;
将测试集1的特征向量输入分类模型,计算分类正确的样本数量占整体数量的比值,并将该比值作为个体的适应度值。
6.一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测装置,用以实现权利要求1‑5任一项所述的脑疲劳检测方法,其特征在于,包括:
数据获取模(1),用于获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号;
特征提取模块(2),用于对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵;
分类器构建模块(3),用于基于遗传算法构建二叉树支持向量机;
分类及检测模块(4),用于利用所述二叉树支持向量机对所述微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果;
其中,所述分类器构建模块(3)具体用于:
将二叉树支持向量机的层次结构作为种群的个体并初始化种群;
计算种群中每个个体初始的适应度值;
根据每个个体的初始适应度值,采用轮盘赌法和最优保存原则,对种群进行选择操作;
按照一定的概率随机将两个父代的染色体分为两部分,并从两个父代分别继承部分序列,形成新的个体,从而实现交叉操作;
按照线性递增变异概率随机从交叉后得到的个体中选择待变异个体,并对所选的待变异个体,随机选取某处的基因进行对调,以形成新的个体,从而实现变异操作;其中,线性递增变异概率的计算公式为:
pT=pstart+(pend‑pstart)T/Tmax
式中,pT代表当前第T代个体的变异概率,pstart代表初始变异概率,pend代表最大变异概率,T代表当前迭代次数,Tmax代表最大迭代次数;
计算变异操作后的个体适应度值;
若判断达到迭代停止条件,则输出适应度函数值最大的个体,否则,返回对个体进行交叉操作的步骤。

说明书全文

基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于脑疲劳检测技术领域,具体涉及一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法及装置。

背景技术

[0002] 人处于长时间工作状态会引起脑疲劳,出现频繁眨眼、反应和认知力下降等状况,增加人员执行任务时犯错的可能性。对于一些高危行业人员,如长途客车驾驶员、大型机械操作员、飞行员等,一旦出现疲劳工作的情况,可能造成严重后果,比如疲劳驾驶已经成为交通事故的主要诱因。准确检测人员脑疲劳状态并反馈,能够降低安全事故发生的概率,因此实现脑疲劳的准确检测已经成为人机交互和安全领域的重要研究课题。
[0003] 脑电(Electroencephalogram,EEG)信号是记录头皮电位变化的信号,在一定程度上反映了人的认知活动。EEG信号常用的信息频段为0‑50HZ,可以分为五个波段:(0.5‑4HZ)、(4‑8HZ)、(8‑14HZ)、(14‑30HZ)和(30‑50HZ)。研究表明,脑疲劳状态下,波和波的能量会增加,相反,波和波的能量会降低,因此EEG信号可以客观估计人员脑疲劳程度。
[0004] 近年来,相关人员在利用脑电波检测脑疲劳状态的研究上提出了多种方法。例如,王恁等将脑疲劳状态划分为三个等级,选取的功率谱密度比值、专注度和放松度的比值和眨眼频率作为脑疲劳检测的特征值,采用最近邻算法实现了脑疲劳检测。又如,张朋等将脑疲劳程度分为五个等级,并从EEG信号中提取了37个特征值,包括各种最值、方差、熵值、绝对能量、相对能量等,采用随机森林法实现了脑疲劳检测。
[0005] 然而,现有的方法大都是从脑电信号的五个波段中提取特征的,这使得提取到的信号精度有限;加之受到分类器性能的影响,导致目前的方法检测精度不够高。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法几装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
[0007] 一方面,本发明提供了一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,包括:
[0008] 获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号;
[0009] 对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵;
[0010] 基于遗传算法构建二叉树支持向量机;
[0011] 利用所述二叉树支持向量机对所述微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果。
[0012] 在本发明的一个实施例中,获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号包括:
[0013] 获取每个通道脑电信号中0‑50Hz频段的脑电信号;
[0014] 利用1Hz的固定带宽将每个通道上0‑50Hz的脑电信号进行分解,分别得到50个子频带信号。
[0015] 在本发明的一个实施例中,对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵,包括:
[0016] 采用短时傅里叶变换对每个所述子频带信号进行微分熵提取,对应得到若干微分熵;其中,所述微分熵的表达式为:
[0017]
[0018] 其中,f(x)代表随机变量的概率密度函数,x表示脑电信号,其为服从数学期望为2 2
μ、方差为σ的高斯分布,记为N(μ,σ)。
[0019] 在本发明的一个实施例中,在得到若干微分熵之后,且在对其进行分类之前,还包括:
[0020] 采用滑动平均和主成分分析法对所述微分熵进行处理。
[0021] 在本发明的一个实施例中,基于遗传算法构建二叉树支持向量机包括:
[0022] 将二叉树支持向量机的层次结构作为种群的个体并初始化种群;
[0023] 计算种群中每个个体初始的适应度值;
[0024] 根据每个个体初始的适应度值对种群进行选择操作;
[0025] 依概率对选取的个体进行交叉操作;
[0026] 依概率对交叉后得到的个体进行变异操作;
[0027] 计算变异操作后的个体适应度值;
[0028] 若判断达到迭代停止条件,则输出适应度函数值最大的个体,否则,返回对个体进行交叉操作的步骤。
[0029] 在本发明的一个实施例中,计算种群中每个个体初始的适应度值包括:
[0030] 将训练样本分为训练集1和测试集1;
[0031] 将训练集1带入每各个体对应的二叉树支持向量机,得到训练好的分类模型;
[0032] 将测试集1的特征向量输入分类模型,计算分类正确的样本数量占整体数量的比值,并将该比值作为个体的适应度值。
[0033] 在本发明的一个实施例中,根据每个个体初始的适应度值对种群进行选择操作包括:
[0034] 根据每个个体的初始适应度值,采用轮盘赌法和最优保存原则,对种群进行选择操作。
[0035] 在本发明的一个实施例中,依概率对选取的个体进行交叉操作包括:
[0036] 按照一定的概率随机将两个父代的染色体分为两部分;
[0037] 从两个父代分别继承部分序列,形成新的个体。
[0038] 在本发明的一个实施例中,依概率对交叉后得到的个体进行变异操作包括:
[0039] 按照线性递增变异概率随机从交叉后得到的个体中选择待变异个体;
[0040] 对所选的待变异个体,随机选取某处的基因进行对调,以形成新的个体;
[0041] 其中,线性递增变异概率的计算公式为:
[0042] pT=pstart+(pend‑pstart)T/Tmax
[0043] 其中,pT代表当前第T代个体的变异概率,pstart代表初始变异概率,pend代表最大变异概率,T代表当前迭代次数,Tmax代表最大迭代次数。
[0044] 另一方面,本发明还提供了一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测装置,包括:
[0045] 数据获取模,用于获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号;
[0046] 特征提取模块,用于对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵;
[0047] 分类器构建模块,用于基于遗传算法构建二叉树支持向量机;
[0048] 分类及检测模块,用于利用所述二叉树支持向量机对所述微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果。
[0049] 本发明的有益效果:
[0050] 1、本发明一方面通过对脑电信号进行精细划分,增加了信号的分解精度,然后从得到的子频带信号中提取微分熵,能够获得更多的有用信息;另一方面配合二叉树支持向量机的最优层次结构,提高了对未知样本的识别精度和鲁棒性,从而提高了脑疲劳检测的精度;
[0051] 2、本发明在构建二叉树支持向量机时,采用改进的遗传算法,一方面采用轮盘赌法和最优保存原则在提高种群进化速度的同时保证了优秀个体能够保存下来,同时采用区别于传统的单点交叉法,在交叉操作中继承父代序列而非染色体片段,再根据线性递增变异概率对个体染色体对称位置处的基因进行对调,避免了种群早熟和易陷入局部最优的问题,能够快速的获得最优的二叉树支持向量机层次结构,提高分类器在多分类问题中的性能,从而提高脑疲劳检测的精度;
[0052] 3、本发明在提取到微分熵特征后,还对其进行了滑动平均和主成分分析处理,降低了各类误差对脑疲劳检测的影响,进一步提高了检测精度。
[0053] 以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

[0054] 图1是本发明实施例提供的一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法流程示意图;
[0055] 图2是本发明实施例提供的另一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法流程示意图;
[0056] 图3是本发明实施例提供的4分类问题偏二叉树SVM层次模型与分离顺序的关系图;
[0057] 图4是本发明实施例提供的二叉树支持向量机层次结构的构建及寻优流程图
[0058] 图5是本发明实施例提供的遗传算法交叉变异过程示意图;
[0059] 图6是本发明实施例提供的一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测装置的结构示意图。

具体实施方式

[0060] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
[0061] 实施例一
[0062] 请参见图1,图1是本发明实施例提供的一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法流程示意图,其包括:
[0063] 步骤1:获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号。
[0064] 首先,获取多个通道脑电信号中0‑50Hz频段的脑电信号。由于脑电信号(EEG)常用的信息频段为0‑50Hz,因此,本实施例对于每个通道的脑电信号,首先提取出0‑50HZ的频段。然后,利用1Hz的固定带宽将每个通道上0‑50Hz的脑电信号进行分解,以将其分解为0‑1Hz、1‑2Hz、2‑3Hz,……49‑50Hz共50个子频带,每个通道都可以得到50个子频带信号。
[0065] 步骤2:对每个子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵。
[0066] 微分熵(differential entropy,DE)可用于描述连续变量的复杂度,其计算公式如下:
[0067] DE=‑∫Xf(x)log(f(x))dx
[0068] 式中,f(x)代表随机变量的概率密度函数,x表示脑电信号。
[0069] 研究发现,微分熵与对数能量谱之间存在关联,并且微分熵在脑疲劳检测中的性能优于能量谱、自回归系数、分形维数和样本熵等EEG特征。因此,本实施例采用微分熵作为脑疲劳检测的特征值。
[0070] 具体的,本实施例采用短时傅里叶变换对每个子频带信号进行微分熵提取,窗口采用无重叠的汉宁窗。
[0071] 由于在一个固定的频段内,EEG信号的分布可以近似为高斯分布N(μ,σ2),因此其微分熵可以简化为:
[0072]
[0073] 本实施例通过采用1HZ的带宽将0‑50HZ的脑电信号分解为50个等宽的子频带,然后在子频带上提取微分熵,与传统的从脑电信号的五个波段(δ、θ、α、β、γ)提取特征信号的方法相比,本实施例的方法分解精度更高,能够提取更多有用信息。
[0074] 进一步地,在得到若干微分熵之后,且在对其进行分类之前,还包括:采用滑动平均和主成分分析方法对微分熵进行处理。
[0075] 由于人的脑疲劳变化是一个随时间连续变化的过程,因此可以采用数据平滑的方法来降低各类误差对脑疲劳检测的影响。请参见图2,图2是本发明实施例提供的另一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法流程示意图。在提取了50个子频带信号的微分熵特征之后,采用滑动平均方法对其进行处理。具体的,本实施例采用的滑动平均方法假设滑动平均中的窗口长度为l并且为奇数,对于脑电的特征序列X,其前后特征的权重是相等的,因此有:
[0076]
[0077] 式中xi代表原始数据,zi代表平滑过后的数据,L为待处理数据长度。
[0078] 此外,提取的特征可能存在多余特征或者错误特征,直接将上述特征用于分类器的训练,会降低分类器的性能,因此本实施例还采用主成分分析方法对平滑后的数据进行降维处理。
[0079] 步骤3:基于遗传算法构建二叉树支持向量机。
[0080] 支持向量机(support vector machine,SVM)在小样本数据上具有较快的运行速度和精度,在脑电识别领域得到了广泛应用。然而SVM主要针对的是二分类问题,在脑疲劳检测领域,通常面临多分类问题,并且随着检测精度增加,脑疲劳类别也会逐渐增加,比如将脑疲劳等级分为10个等级,则面临10分类问题。基于SVM的多分类方法分为一对一、一对多和二叉树支持向量机。二叉树SVM构造的分类器少,运算速度更快,因此更适合多分类问题。二叉树SVM的性能受其层次结构影响,层次结构由类的可分性测度设计,目前常用于度量类可分性测度的方法有类间样本距离和类内样本分布,类间样本距离和类内样本分布越大,类的优先级越高。然而不同的可分析测度设计方法可能对应不同的层次结构,并且无法从理论证明已有类可分性测度方法建立的层次结构是最优的,因此优化二叉树SVM的层次结构,提高对未知样本的识别精度和鲁棒性,可以提高脑疲劳检测的精度。
[0081] 一般而言,二叉树SVM有两种层次结构,一种是完全二叉树,一种是偏二叉树,本实施例主要采用偏二叉树结构。例如,请参见图3,图3是本发明实施例提供的4分类问题偏二叉树SVM层次模型与分离顺序的关系图;从图3中可以看见,该模型首先利用A类和BCD类构造SVM模型,分离出A类,然后利用B类和CD类构造SVM模型,分离出B类,最后利用C类和D类构造SVM模型,分离出C类和D类,分离顺序为A类、B类、C和D类,一共构建了3个子分类器。通过以上分析发现,构造最优层次结构就是要寻找最优类分离顺序,可以类比于最优化问题,因此本实施例采用遗传算法寻找最优类分离顺序。
[0082] 遗传算法是一种经典的仿生优化算法,主要步骤包括种群初始化、计算适应度值、选择、交叉、变异等操作。基于此,本实施例提供了一种基于遗传算法构建二叉树支持向量机的方法。具体的,请参见图4,图4是本发明实施例提供的二叉树支持向量机层次结构的构建及寻优流程图,其包括:
[0083] a)将二叉树支持向量机的层次结构作为种群的个体并初始化种群;
[0084] 在本实施例中,将二叉树支持向量机模型的层次结构作为种群的个体,假设种群数目为m,那么初始化得到m个个体,每个个体由一条染色体组成。例如,请参见图5,图5是本发明实施例提供的遗传算法交叉变异过程示意图,其假设分类问题为7分类,不同的数字代表了不同类别,因此对于7分类问题,数字变化范围为1至7,每一个个体的染色体长度为7,每一个染色体中数字的顺序对应了二叉树SVM模型的层次结构,具体对应方法与图3中展示的4分类模型一致。
[0085] 此外,初始化迭代停止的条件,例如,可设置最大迭代次数作为迭代停止条件。
[0086] b)计算种群中每个个体初始的适应度值。
[0087] 具体的,由于每一个个体的染色体都对应了一个二叉树SVM层次模型,因此可以利用训练样本计算该模型对应的识别准确率。
[0088] 首先将训练样本分为训练集1和测试集1;然后将训练集1带入每一个染色体对应的二叉树SVM,得到训练好的分类模型;再将测试集的特征向量输入分类模型,并计算分类正确的样本数量占整体数量的比值,也即识别准确率;将该识别准确率作为个体的适应度值。据此,可得到每个个体的初始的适应度值,也即父代个体的适应度值。
[0089] 在本实施例中,二叉树SVM中的核函数采用径向基核函数:
[0090]
[0091] 其中,σ代表核函数带宽。
[0092] c)根据每个个体初始的适应度值对种群进行选择操作。
[0093] 具体的,本实施例主要采用轮盘赌法和最优保存原则,对种群进行选择操作。
[0094] 首先,根据上一步获得的个体适应度值,采用轮盘赌法进行选择操作,这样适应度值大的个体被选择的概率会大于适应度值小的个体,因此优秀的个体得以保留,适应度值小的个体被舍弃。同时为了提高种群进化的速度,保证优秀个体能够很好的保留下来,采用了最优保存选择,即选择操作只从父代选择m‑2个个体,剩余的两个个体由父代中适应度值最高的两个个体直接继承下来,并且在保留下来的两个个体不参与接下来的交叉变异过程。
[0095] d)依概率对选取的个体进行交叉操作。
[0096] 交叉就是按照一定的交叉概率,对两个个体进行交叉操作,从而获得新的个体。传统的单点交叉方法,是将每个父代个体的染色体分成两段,新的个体从两个父代中分别继承一部分,组成子代。然而,这种直接从两个父代继承染色体片段,会出现“重复基因”的情况,不符合实际。因此,本实施例采用“序列继承”方法,如图5所示,首先随机将父代的染色体分为两部分,然后子代从两个父代中继承序列,而不是染色体片段,从而形成新的个体。
[0097] e)依概率对交叉后得到的个体进行变异操作。
[0098] 变异操作是按照一定概率选择需要变异的个体,比如变异概率设置为0.5,就是个体有50%的概率进行变异操作。对于每一个个体,都产生一个0到1的随机数,如果随机数小于0.5就变异,否则不变异。变异是为了保证种群的多样性,避免种群早熟,陷入局部最优。
[0099] 为了保证种群进化速度,早期的变异概率不宜过大,同时为了保证陷入局部最优,可以增加后期的变异概率,因此本实施例采用线性递增变异概率进行变异操作。
[0100] 具体地,先按照线性递增变异概率随机从交叉后得到的个体中选择待变异个体;其中,线性递增变异概率的计算公式为:
[0101] pT=pstart+(pend‑pstart)T/Tmax
[0102] pT代表当前第T代个体的变异概率,pstart代表初始变异概率,pend代表最大变异概率,T代表当前迭代次数,Tmax代表最大迭代次数;其中,pstart、pend以及Tmax均可在初始化阶段自定义设置。
[0103] 然后对所选的待变异个体,随机选取某处的基因进行对调,以形成新的个体。
[0104] 经过了选择、交叉、变异得到了m‑2个新的个体,父代直接继承获得两个个体,最终组成m个个体的新种群,即子代。
[0105] f)计算变异操作后的个体适应度值。
[0106] 具体的,按照上述步骤b)中的方法计算每个子代个体的适应度值,并找出适应度值最大的个体最为最优个体。
[0107] g)若判断达到迭代停止条件,则输出适应度函数值最大的个体,否则,返回对个体进行交叉操作的步骤。
[0108] 在本实施例中,可以将迭代次数作为迭代终止的条件,若判断当前迭代次数达到最大迭代次数,则输出最优个体,并据此确定二叉树支持向量机的层次结构。否则,进行下一轮交叉变异操作,以更新种群。
[0109] 本实施例在构建二叉树支持向量机时,采用改进的遗传算法,一方面采用轮盘赌法和最优保存原则在提高种群进化速度的同时保证了优秀个体能够保存下来,同时采用区别于传统的单点交叉法,在交叉操作中继承父代序列而非染色体片段,再根据线性递增变异概率对个体染色体对称位置处的基因进行对调,避免了种群早熟和易陷入局部最优的问题,能够快速的获得最优的二叉树支持向量机层次结构,提高分类器在多分类问题中的性能,从而提高脑疲劳检测的精度。
[0110] 步骤4:利用所述二叉树支持向量机对微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果。
[0111] 可以理解的是,在利用二叉树支持向量机对微分熵进行分类之前,需要对该二叉树支持向量机进行训练。
[0112] 在本实施例中,根据传统的训练方法使用训练样本对其进行训练,并根据实际需求精度将脑疲劳划分为不同程度,得到微分熵和脑疲劳状态之间的对应关系。
[0113] 例如,以PERCLOS方法为例,可以将脑疲劳划分为5个程度,1‑十分清醒,2‑清醒,3‑轻度疲劳,4‑中度疲劳,5‑重度疲劳,每个程度对应一种等级类别和参数范围,如下表1所示。
[0114] 表1脑疲劳程度标记方式及其类别划分
[0115] PERCLOS范围 [0,0.2) [0.2,0.4) [0.4,0.6) [0.6,0.8) [0.8,1]脑疲劳程度 十分清醒 清醒 轻度疲劳 中度疲劳 重度疲劳
对应类别 1 2 3 4 5
[0116] 然后,利用训练好的二叉树支持向量机层次结构对经过滑动平均和主成分分析处理的微分熵特征进行分类,并根据分类结果判断脑疲劳状态,得到脑疲劳检测结果。
[0117] 具体的,将提取的微分熵特征输入训练好的二叉树支持向量机(即分类器)中,分类器能够输出相应的类别(1至5),由此可以知道脑疲劳程度。
[0118] 本发明首先利用1HZ的固定带宽将每个通道上0‑50HZ带宽的脑电信号进行分解,获得50个子频带,增加了信号的分解精度,然后利用短时傅里叶变换在每个子频带上提取微分熵,能够获得更多的有用信息;再采用滑动平均和主成分分析对提取的特征值(微分熵)进行处理,降低各类误差对脑疲劳检测的影响;在此基础上,采用遗传算法设计二叉树支持向量机的层次结构,提高二叉树支持向量机识别脑疲劳的性能,构建了基于遗传算法的二叉树支持向量机,并作为脑疲劳检测中的分类器,提高了对未知样本的识别精度和鲁棒性;最后将提取的特征值输入构建的分类器,实现较高精度的脑疲劳检测。
[0119] 实施例二
[0120] 在上述实施例一的基础上,本实施例提供了一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测装置。请参见图6,图6是本发明实施例提供的一种基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测装置的结构示意图,包括:
[0121] 数据获取模块1,用于获取一定频段的脑电信号并进行分解,得到若干子频带信号;
[0122] 特征提取模块2,用于对每个所述子频带信号进行特征提取,对应得到若干微分熵;
[0123] 分类器构建模块3,用于基于遗传算法构建二叉树支持向量机;
[0124] 分类及检测模块4,用于利用所述二叉树支持向量机对所述微分熵进行分类处理,得到脑疲劳检测结果。
[0125] 本实施例提供的基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测装置可以实现上述实施例一提供的基于微分熵和二叉树支持向量机的脑疲劳检测方法,详细过程再次不再赘述。由此,该装置也具有提高脑疲劳检测的精度的有益效果。
[0126] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。