腦電信號(hào)在情感識(shí)別中的研究.pdf

1、情感計(jì)算是實(shí)現(xiàn)高級(jí)人機(jī)交互的關(guān)鍵技術(shù)之一，是人工智能領(lǐng)域中日益受到關(guān)注的一個(gè)研究方向。情感識(shí)別是情感計(jì)算的一個(gè)重要組成部分，包括語(yǔ)音、面部表情、文本、姿勢(shì)和生理信號(hào)識(shí)別等方面，其中生理信號(hào)方面的情感識(shí)別研究是最困難的?；谏硇盘?hào)的情感識(shí)別，主要研究對(duì)象是不同情感狀態(tài)下的腦電、肌電、心電、皮膚電導(dǎo)、皮膚電阻、皮溫、光電脈搏、呼吸信號(hào)等。美國(guó)MIT媒體實(shí)驗(yàn)室Picard教授所帶領(lǐng)的情感計(jì)算研究小組主要是分析肌電(EMG)、呼吸作用(RSP

2、)、皮膚電反應(yīng)(SC)和血容量搏動(dòng)(BVP)四種生理信號(hào)，率先從這些生理信號(hào)中提取各種特征來(lái)進(jìn)行情感狀態(tài)識(shí)別的研究，并證明應(yīng)用生理信號(hào)來(lái)進(jìn)行識(shí)別情感狀態(tài)的方法是可行的。
　　 腦電信號(hào)是大腦內(nèi)部?jī)|萬(wàn)神經(jīng)元活動(dòng)在大腦皮層的綜合反映，能夠直接反映大腦的活動(dòng)情況。思維狀態(tài)的不同和各種情緒的變化會(huì)在不同的大腦皮層位置反映出不同的腦電信號(hào)，因此，腦電信號(hào)含有豐富的有用信息，如何有效的處理腦電信號(hào)和提取其中的有用信息，對(duì)于情感狀態(tài)識(shí)別的研究

3、具有重要意義。然而由于腦電信號(hào)是一種產(chǎn)生機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜的非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，其數(shù)據(jù)的采集過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，而且容易受外界環(huán)境和心電、肌電等其他生理信號(hào)的干擾，國(guó)內(nèi)外將腦電信號(hào)用于情感狀態(tài)識(shí)別中的研究與其他生理信號(hào)(如心電、肌電、皮膚電等)相比非常少。從德國(guó)Augsburg大學(xué)計(jì)算科學(xué)研究所采集的生理信號(hào)數(shù)據(jù)中可以看出，他們并沒(méi)有采集腦電信號(hào)的數(shù)據(jù)。
　　 論文在前人研究基于其他生理信號(hào)的情感識(shí)別的基礎(chǔ)上，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行了情感識(shí)別方面的研究

4、，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1)腦電信號(hào)的數(shù)據(jù)采集：我們實(shí)驗(yàn)室通過(guò)采用美國(guó)Biopac公司提供的多導(dǎo)生理記錄儀MP150同時(shí)采集包括腦電圖(EEG)、肌電圖(EMG)、心電圖(ECG)、血容量搏動(dòng)(BVP)、皮膚電反應(yīng)(GSR)和呼吸作用等六種生理信號(hào)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)總共采集了244個(gè)被試的生理信號(hào)，所有被試均來(lái)自西南大學(xué)在校大一學(xué)生；
　　 2)原始腦電信號(hào)的預(yù)處理：通過(guò)分析腦電信號(hào)四種基本節(jié)律的特點(diǎn)，論文將腦電信號(hào)的β波節(jié)

5、律作為情感識(shí)別研究的對(duì)象，用小波包變換從腦電信號(hào)中提取了β波節(jié)律，并對(duì)其進(jìn)行功率普分析，驗(yàn)證了將腦電信號(hào)的β波用于情感識(shí)別研究的可行性；
　　 3)腦電信號(hào)的特征提?。簩⒂眯〔ò儞Q提取的腦電信號(hào)的β波及其所包含的小波包分解結(jié)點(diǎn)的小波包系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出腦電信號(hào)的各種統(tǒng)計(jì)值作為原始特征。憤怒、厭惡、恐懼、悲傷、高興和驚奇這6種情感類型對(duì)應(yīng)6種類別，憤怒樣本個(gè)數(shù)為228，厭惡樣本個(gè)數(shù)為96，恐懼樣本個(gè)數(shù)為230，悲傷樣本個(gè)數(shù)為2

6、38，高興樣本個(gè)數(shù)為206，驚奇樣本個(gè)數(shù)為191，總共1189個(gè)樣本；
　　 4)腦電信號(hào)的特征選擇：采用禁忌搜索算法用于情感生理信號(hào)的特征選擇，將fisher作為情感模式的分類器，利用分類器的準(zhǔn)確率來(lái)評(píng)價(jià)特征組，保留有利于準(zhǔn)確率提高的特征組合，剔除使得準(zhǔn)確率下降的特征組合，以此來(lái)評(píng)價(jià)特征組合的優(yōu)劣。采用這種方式對(duì)情感的腦電信號(hào)特征進(jìn)行選擇，以便更有效地識(shí)別情感；
　　 5)論文最后通過(guò)在一對(duì)一和一對(duì)多的情感狀態(tài)識(shí)別中進(jìn)