شماره مدرك :
18772
شماره راهنما :
16290
پديد آورنده :
محمدي، ايمان
عنوان :

طبقه‌بندي داده‌ي BCI تصور حركتي چندكلاسه مبتني‌ بر راي‌گيري اكثريت و بانك فيلتر الگوهاي مكاني-طيفي مشترك

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
بيوالكتريك
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
هشت، 135ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
تصور حركتي , الگوهاي مكاني مشترك تنظيم شده , الگوهاي مكاني-طيفي مشترك بانك فيلتر , راي‌گيري اكثريت
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/06/26
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي برق
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/06/29
كد ايرانداك :
2961252
چكيده فارسي :
سيستم رابط مغز-رايانه يك مسير ارتباطي ميان مغز و رايانه فراهم مي‌كند و اخيرا توجه زيادي را به خود جلب كرده است. يكي از متداول‌ترين سيستم‌هاي BCI، تصور حركتي است. در حال حاضر براي طبقه‌بندي سيگنال‌هاي EEG مبتني‌بر تصور حركتي، الگوهاي مكاني مشترك (CSP) به طور گسترده‌اي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. عموما سيگنال‌هاي EEG مبتني‌بر تصور حركتي آغشته به نويز و ناايستا هستند، بنابراين به طور قابل توجهي عملكرد سيستم BCI را كاهش مي‌دهند. نشان داده شده است كه الگوريتم CSP عملكرد مناسبي براي طبقه‌بندي انواع مختلف داده‌ي تصور حركتي دارد. با اين حال، اگر تعداد ترايال‌ها كم باشد يا داده آغشته به نويز باشد، احتمالا بيش‌برازش رخ خواهد داد كه مانع از استخراج فيلتر مكاني مناسب مي‌شود. ايراد ديگر CSP آن است كه تنها فيلترهاي مبتني‌بر مكان را استخراج مي‌كند. علاوه‌بر اين CSP تنها از يك باند بخصوص براي استخراج فيلترهاي مكاني استفاده مي‌كند كه ممكن است براي افراد مختلف باند فركانسي مناسبي نباشد. بنابراين، براي غلبه بر حساسيت CSP نسبت به نويز و بيش‌برازش از تركيب بانك فيلتر و روش‌هاي تنظيم‌يافته‌ي‌ CSP استفاده شده است. همچنين الگوريتم CSSP به منظور استخراج همزمان فيلترهاي مبتني‌بر مكان و فركانس مورد استفاده قرار گرفته است. در اين پژوهش در سه بخش به بررسي نتايج پرداخته مي‌شود. بخش اول مربوط به مجموعه داده‌ي 2a از مسابقه‌ي چهارم BCI است. انتخاب باند فركانسي و پنجره‌ي زماني مناسب در اين مجموعه داده از اهميت فراواني برخوردار است، بنابراين با استفاده از رويكرد ارزيابي متقابل، براي روش الگوي مكاني مشترك بانك فيلتر (FBCSP) باندهاي فركانسي مناسب انتخاب شدند. همچنين به ازاي هر فرد پنجره‌ي زماني بهينه براي داده‌هاي آموزش انتخاب شد. در ادامه پس از انجام پيش‌پردازش‌هاي لازم، بانك فيلتر و روش الگوي مكاني-طيفي مشترك (CSSP) با يكديگر تركيب شدند و به منظور طبقه‌بندي از رويكرد راي‌گيري اكثريت استفاده شد، به اين صورت كه نتايج حاصل از پيش‌بيني شش طبقه‌بند SVM-Linear، SVM-RBF، LDA، Naive Bayes، KNN و PNN به ازاي پارامترهاي مختلف با يكديگر تركيب شده و ميانگين پيش‌بيني‌ها به عنوان نتيجه‌ي نهايي مورد ارزيابي قرار گرفت. الگوريتم پيشنهادي توانست به ميانگين صحت 71/72 درصد دست يابد. بخش دوم مرتبط با مجموعه داده‌ي 2b از مسابقه‌ي چهارم BCI است. در اين مجموعه داده از تركيب همزمان بانك فيلتر منتخب در محدوده‌ي فركانسي 30-8 هرتز و رويكرد راي‌گيري اكثريت بر اساس تركيب پيش‌بيني‌هاي دو طبقه‌بند SVM-Linear استفاده شده است. اين روش پيشنهادي در نهايت توانست به ميانگين صحت 80/96 درصد دست پيدا كند. در نهايت بخش سوم پژوهش به مجموعه داده‌ي IVa از مسابقه‌ي سوم BCI اختصاص دارد. در اين حالت از تركيب بانك فيلتر و CSSP براي استخراج ويژگي‌هاي مناسب و از طبقه‌بند ELM براي طبقه‌بندي استفاده شد. نتايج ارزيابي نشان داد كه روش پيشنهادي به ميانگين صحت 85/24 درصد دست يافته است.
چكيده انگليسي :
The Brain-Computer Interface (BCI) system provides a communication pathway between the brain and computers, and it has recently gained significant attention. One of the most common BCI systems is motor imagery. Currently, for classifying motor imagery-based EEG signals, Common Spatial Patterns (CSP) have been widely used. EEG signals based on motor imagery are often contaminated with noise and artifacts, which significantly reduce the performance of BCI systems. The CSP algorithm has shown promising performance for classifying various types of motor imagery data. However, when the number of trials is limited or the data is noisy, overfitting is likely to occur, hindering the extraction of suitable spatial filters. Another limitation of CSP is that it only extracts spatial-based filters. Furthermore, CSP uses a specific frequency band for filter extraction, which may not be suitable for different individuals. Therefore, a combination of filter banks and regularized CSP methods has been utilized to overcome CSP's sensitivity to noise and overfitting. The CSSP algorithm has also been used to extract both spatial and frequency-based filters simultaneously. In this research, three sections are dedicated to the examination of results. The first section pertains to dataset 2a from the fourth BCI Competition. The selection of suitable frequency bands and time windows for this dataset is crucial, and using a cross-validation approach, the Frequency-Based CSP (FBCSP) method has chosen appropriate frequency bands. Additionally, an optimal time window for each subject's training data has been determined. After preprocessing, the filter bank and the Common Spatial-Spectral Patterns (CSSP) method are combined, and a majority voting approach is employed for classification. The prediction results of six classifiers (SVM-Linear, SVM-RBF, LDA, Naive Bayes, KNN, and PNN) for various parameters are combined, and their average prediction is eva‎luated as the final result. The proposed algorithm achieved an average accuracy of 71.72%. The second section focuses on dataset 2b from the fourth BCI Competition. In this dataset, a combination of the selected filter bank in the frequency range of 8-30 Hz and the majority voting approach based on combining predictions from two SVM-Linear classifiers is used. This proposed method ultimately achieved an average accuracy of 80.96%. Finally, the third section is dedicated to dataset IVa from the third BCI Competition. In this case, a combination of the filter bank and CSSP is used to extract suitable features, and the Extreme Learning Machine (ELM) classifier is employed for classification. The eva‎luation results demonstrated that the proposed method achieved an average accuracy of 85.24%.
استاد راهنما :
مريم ذكري
استاد داور :
احسان روحاني , امير اخوان بي تقصير
لينک به اين مدرک :

بازگشت