脑机接口SSVEP 信号特征提取技术术语

目录

背景简介

[1. 最小能量组合(MEC)和最大对比组合(MCC)](#1. 最小能量组合(MEC)和最大对比组合(MCC))

[2. 典型相关分析(CCA)](#2. 典型相关分析(CCA))

[3. 滤波器组CCA(FBCCA)](#3. 滤波器组CCA(FBCCA))

[4. 二进制子带CCA(BsCCA)](#4. 二进制子带CCA(BsCCA))

[5. 融合CCA(FoCCA)](#5. 融合CCA(FoCCA))

[6. 在线自适应CCA(OACCA)](#6. 在线自适应CCA(OACCA))

[7. 空间谱CCA(SS-CCA)](#7. 空间谱CCA(SS-CCA))

[8. 空间编码滤波器组CCA(SCFBCCA)](#8. 空间编码滤波器组CCA(SCFBCCA))

[9. 信号扩展CCA(SE-CCA)](#9. 信号扩展CCA(SE-CCA))

[10. 多变量同步指数(MSI)](#10. 多变量同步指数(MSI))

总结

参考文献


背景简介

脑机接口(BCI)技术作为人机交互的前沿技术,为身体障碍者提供了与外部环境互动的有效手段。BCI通过分析大脑皮层的电活动,帮助用户与外部设备进行通信。脑电图(EEG)作为最常见的非侵入式大脑活动监测方法,因其高时间分辨率、非侵入性、便携性和经济性,成为脑机接口研究中的重要手段。SSVEP(稳态视觉诱发电位)作为一种典型的诱发电位信号,由视觉刺激引起,具有高信噪比和信息传输速率(ITR),因此在BCI系统中得到了广泛应用。

以下列举一些SSVEP 信号特征提取技术的术语,进行简要说明:

1. 最小能量组合(MEC)和最大对比组合(MCC)

这两种方法常用于多通道EEG信号的频率检测,特别适用于没有用户训练数据的实时应用。MEC通过最小化噪声频率的影响来增强目标刺激的信号功率估计,而MCC则通过计算加权矩阵来优化刺激频率的能量。两者都利用空间滤波技术来提升SSVEP信号的检测准确性。

2. 典型相关分析(CCA)

典型相关分析(CCA)是SSVEP频率识别中广泛使用的方法。CCA通过计算多通道EEG信号与参考信号之间的相关性,最大化其线性组合,从而提取频率特征。CCA方法能够有效提升频率识别的准确性,特别是在多通道信号的处理上表现出色。

3. 滤波器组CCA(FBCCA)

FBCCA是一种改进的CCA方法,它将EEG信号分为多个频带,并对每个频带单独应用CCA,从而有效利用SSVEP的谐波成分。通过这种方式,FBCCA在提升频率识别准确性和信息传输速率方面表现出色,特别适用于多频刺激的情况。

4. 二进制子带CCA(BsCCA)

BsCCA方法通过从多通道SSVEP信号中提取两个子带,分别处理目标频率和高阶频率成分。每个子带单独应用CCA,有助于提高高频SSVEP信号的识别能力。这种方法能够有效减少低频噪声的干扰,从而提高信号的识别准确性。

5. 融合CCA(FoCCA)

FoCCA方法通过融合来自多个通道的CCA相关系数,进一步提高SSVEP信号的识别准确性。通过非线性加权处理这些相关系数,FoCCA能够整合来自多个通道的信息,减少噪声影响,提升频率检测的鲁棒性。

6. 在线自适应CCA(OACCA)

OACCA方法结合了CCA和在线自适应空间滤波技术,能够在没有标签数据的情况下实时学习,适用于动态频率的SSVEP信号识别。该方法通过计算每次试验的空间滤波器,并与参考信号进行比对,从而实现频率检测。

7. 空间谱CCA(SS-CCA)

SS-CCA将空间域和频率域的信息结合起来,通过优化空间和频率信息来提取SSVEP信号特征。该方法引入了时间延迟嵌入,增强了经典CCA在空间优化方面的效果,从而提高了频率识别的准确性。

8. 空间编码滤波器组CCA(SCFBCCA)

SCFBCCA方法应用于空间编码SSVEP-BCI,通过将EEG信号分为多个频带并对每个频带应用FBCCA,从而增强了频率识别的效果。该方法优化了空间编码SSVEP的性能,特别适用于复杂的空间编码任务。

9. 信号扩展CCA(SE-CCA)

SE-CCA方法通过扩展多通道SSVEP信号来提高频率检测的准确性。该方法首先通过多通道自适应傅里叶分解(MAFD)延伸信号,然后应用CCA进行频率检测。SE-CCA在短时间窗口下表现出较高的分类准确性,适合实时BCI应用。

10. 多变量同步指数(MSI)

MSI方法通过计算EEG信号与参考信号之间的同步性来识别SSVEP频率。MSI通过构建相关矩阵来分析信号之间的同步性,从而确定目标频率。该方法适用于多通道EEG数据,并能有效减少噪声的影响,但需要进一步改进以提高其对谐波成分的捕捉能力。


总结

SSVEP信号特征提取方法对于提高BCI系统的准确性和实用性至关重要。虽然校准免费方法能够快速响应,但通常精度较低;而校准基于方法和深度学习方法则提供了更高的准确性,但需要较长的训练时间。随着深度学习和自适应算法的不断发展,SSVEP-BCI系统有望在未来实现更加高效和可靠的应用。

参考文献:

A. Besharat, N. Samadzadehaghdam and R. Afghan, "A Comparative Review of Detection Methods in SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces," in IEEE Access, vol. 12, pp. 181232-181270, 2024, doi: 10.1109/ACCESS.2024.3509275. keywords: {Electroencephalography;Feature extraction;Accuracy;Visualization;Training;Electrodes;Reviews;Motors;Steady-state;Filtering;Electroencephalogram;brain-computer interface;steady state visual evoked potential;canonical correlation analysis;calibration;review},

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