[发明专利]一种辅助自闭症患者情感表达的形状可编程系统

权利要求书

1.一种辅助自闭症患者情绪表达的形状可编程系统，包括：

脑电信号采集及分类模块，通过信号采集器进行脑电信号的采集，将读取到的脑电信号传送至信号处理器，信号处理器对脑电信号进行预处理，并利用算法对获取的情绪特征进行分类，获取当前条件下的情绪类别；

磁性可编程软物质形态变化模块，根据脑电信号采集及分类模块获取的情绪类别进行磁场调节，对磁性软物质进行形状控制，通过编程磁性材料的外观来表现当前自闭症患者的情感状态。

2.根据权利要求1所述的一种辅助自闭症患者情绪表达的形状可编程系统，其特征在于，脑电信号采集及分类模块包括脑电信号采集模块、脑电信号预处理模块及脑电信号情绪分类模块，其中：

脑电信号采集模块，通过利用脑电采集器对情绪积极程度及强烈程度相关的部位进行脑电信号采集；

脑电信号预处理模块，通过采用滤波法，过滤掉掺杂在脑电信号中的工频干扰和电磁干扰；再利用基于余弦相似的互补总体经验模态分解CEEMD脑电信号降噪；

脑电信号情绪分类模块，通过利用James的二维情绪模型，构建出简单且直观的辅助系统，再利用基于RCNN和LSTM结构的神经网络进行脑电情绪分类。

3.根据权利要求2所述的一种辅助自闭症患者情绪表达的形状可编程系统，其特征在于，脑电采集器的采集部位根据国际脑电协会制定的10～20导联国际标准系统进行安放。

4.根据权利要求2所述的一种辅助自闭症患者情绪表达的形状可编程系统，其特征在于，基于余弦相似的互补总体经验模态分解CEEMD脑电信号降噪的实现过程如下：

脑电信号通过互补总体经验模态分解CEEMD成尺度不同的多个本征模态函数IMF；

利用余弦相似法计算各个本征模态函数IMF与原始信号的相似度，选择相似度曲线中第一个极小值后的本征模态函数IMF分量作为信号主导模态和噪声主导模态的分界点，

用小波包变换，对噪声主导模态提取有用信息，并与其余的本征模态函数IMF重构获取降噪信号。

5.根据权利要求2所述的一种辅助自闭症患者情绪表达的形状可编程系统，其特征在于，利用James的二维情绪模型，构建出简单且直观的辅助系统的过程如下：

将James的二维情绪模型的纵坐标表示为愉悦程度，即快乐至悲伤；横坐标表示为兴奋程度，即平静至强烈，状态阈值为[0.00，0.25，0.50，0.75，1.00]，其中，在“快乐至悲伤”维度中，0.00代表悲伤，1.00代表快乐，0.50代表正常情况下的平静状态，“平静至强烈”维度中0.00表示平静。

6.根据权利要求2所述的一种辅助自闭症患者情绪表达的形状可编程系统，其特征在于，利用基于RCNN和LSTM结构的神经网络进行脑电情绪分类的实现过程如下：

脑电信号通过多电极采集，是多通道的时间序列信息，可以表示为X＝{a×b×c}，其中，a是脑电波信号的通道a＝{a₁，a₂，…，a_z}，z是通道数，b是脑电波信号的采样频率b＝{b₁，b₂，…，b_f}，f是采样频率，a和b构成卷积层的二维向量，c是脑电波信号持续的时间c＝{c₁，c₂，…，c_t}，t是信号时序的特征值；

进行特征处理及情绪分类，利用RCNN和LSTM结构的神经网络提取特征，将一个时序单位的脑电信号分成10段，分别输入到10个不同的RCNN特征网络中，得到10个特征向量；将10个特征同时输入到同一个LSTM特征提取器中，进行特征融合，再将特征送入激活函数和2个全连接层，通过2个softmax函数输出两种情绪的状态概率，得到对应的区间值，区间值代表此时所处的情绪坐标，表示此时自闭症患者的心态积极程度和情绪强烈程度。