[发明专利]基于独立分量分析的扫视信号特征提取方法和识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于独立分量分析的扫视信号特征提取方法和识别方法。

背景技术

人在进行特定活动时所引发的眼动模式在很大程度上能够揭示其行为状态， 如：阅读、写作、休息等，而这种眼动模式可以通过对眼球运动情况的跟踪来获 取，因此基于眼动信息的人体行为识别(HumanActivityRecognition,HAR) 算法的设计与实现已经成为新的研究热点。

现阶段，采用视频的手段记录眼动信号已经得到广泛的应用，但基于视频的 眼动跟踪系统，尤其是可穿戴式眼动跟踪系统价格昂贵、体积较大且笨重，同时 在系统功耗与结果的实时分析上也不尽如人意。眼电图(Electro-oculogram, EOG)作为一种低成本的眼动信号测量技术，相比较传统视频手段，不仅测量更 为精确，同时其采集设备也具有重量轻、便于长时间记录、更易实现可穿戴式设 计等优点。因此，使用EOG替代传统的视频方法进行HAR系统设计具有重要的研 究价值。

EOG-HAR系统是指将EOG信号作为被观测对象，通过对其分析与识别，获取 被观测对象的动作类型、行为模式等信息。在系统实现过程中，扫视EOG信号的 检测与分析是最为关键的一步，为此，研究者们做出大量的研究。其中，Clement 提出利用原始EOG信号的可视角度进行眼动信号的端点检测与识别；Aungsakun 和Soltani等人利用眼球转动时所对应的EOG信号变化较快的特点提取扫视信号 的特征参数；另外，Vidal和Bulling也都提到了使用扫视信号的统计和时域特 征进行识别的思路。上述检测方法虽然取得了一定的成功，但这类方法主要关注 的是单个导联眼动信号的分析，其分析过程仅考虑了单导联信号的变化而忽视了 导联间的关联信息，难以保证扫视信号的识别正确率；另外，当眼动信号的类型 增多时，上述方法难以有效识别，甚至出现无法识别的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于独立分量分析的扫视信号特征 提取方法和识别方法,识别正确率更高、扩展性更强、应用前景良好。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于独立分量分析 的扫视信号特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、多导联扫视信号采集与预处理：使用8个生物电极获取受试者上、 下、左、右扫视时带有数据标签的6导联眼电信号；并将原始多导联眼电信号使 用带通滤波器进行滤波，以去除噪声干扰；

步骤2、ICA空域滤波器设计：使用单次实验数据y_i(i＝1,…,N)进行ICA分 析，并根据独立成份在采集电极的映射模式，自动选择扫视相关独立分量和对应 的ICA滤波器，建立对应不同扫视任务背景下的ICA空域滤波器组{D_li，D_ri，D_ui， D_di}(i＝1,…,N)；

步骤3、特征生成：指使用步骤(2)所生成的ICA空域滤波器组{D_li，D_ri， D_ui，D_di}对原始6导联扫视信号进行线性投影，以生成对应任务背景下的扫视 信号空域特征参数。

作为上述方案的进一步优化，所述多导联扫视信号采集电极的安装位置为：

(A1)、使用2个电极采集垂直扫视信号，一个电极安放于受试者左眼眼球 正中心上方2.3-2.7cm处，另一个电极安放于受试者左眼眼球正中心下方 2.3-2.7cm处；或者一个电极安放于受试者右眼眼球正中心上方2.3-2.7cm处， 另一个电极安放于受试者右眼眼球正中心下方2.3-2.7cm处；

(A2)、使用2个电极采集水平扫视信号，一个电极安放于受试者的左眼眼 球水平中心点左方3.3-3.7cm处；一个电极安放于受试者的右眼眼球水平中心 点右方3.3-3.7cm处；

(A3)、使用2个辅助电极，一个辅助电极安放于受试者左眼眼球右侧正上 方4.8-5.2cm处；一个辅助电极安放于受试者右眼眼球左侧正上方4.8-5.2cm 处；

(A4)、使用1个参考电极，参考电极安放于受试者左耳后乳凸处；

(A5)、使用1个接地电极，接地电极安放于受试者右耳后乳凸处。