模板匹配是一种信号模式识别的方法,通常用于生物医学信号包括脑电图(EEG)。因为脑电图常常是严重污染的各种生理或病理的工件,识别和拒绝这些工件与改进的模板匹配算法提高脑电图信号的整体质量。在本文中,我们提出一个新颖的方法来改善传统的模板匹配方法的准确性,采用动态位置扭曲(法)技术,开发最近笔迹模式分析。验证该方法的可行性和优越性,但工件的脑电图信号被检测到,然后结果相比于传统方法。法优于传统的方法被发现工件的检测精度,证明数字摄影测量工作站的力量在识别特定的一维数据模式。
模板匹配一直是最受欢迎的方法在模式识别在过去的几十年里
让研究脑电图信号进行识别的目的病态脑电图模式或脑电图驱动构件(
动态时间规整(DTW),提高模板匹配技术,语音识别技术已经广泛研究[
动态位置扭曲(法)是一种修改了提高精度的DTW距离量化(
本研究的主要目的是调查法是否可以被扩展到一维模式识别问题。数字摄影测量工作站接近这一目标,我们应用但工件的检测模式额脑电图数据从24名健康受试者获得。数字摄影测量工作站的检测精度当时相比传统的模板匹配方法。
在这项研究中,但工件连续脑电图信号被选为目标模式被探测到。原因是,但工件被视为代表工件污染EEG信号,很难准确地识别它们由于高可变性在事件或个人。脑电图数据记录从24个健康的参与者使用多通道脑电图记录系统(ActiveTwo广告框,BioSemi,荷兰)在采样率为2048 Hz,同时为25秒参与者发现不同点进行游戏。两个不同的图片被展示在左边和右边部分显示,和参与者被要求为15秒找到两幅图像之间的差异。每个参与者的任务是重复5次。特定额Fp2频道在国际10 - 20系统用于但工件检测。验证但检测精度,有必要使用一个真实数据集,表明存在一个但工件。对于这个目标,但工件的时间范围是由两名有经验的研究人员基于EEG数据的目视检查。
主要分析之前,脑电图数据与0.1 Hz高通滤波截止频率,downsampled 64 Hz采样率以降低计算成本,和median-filtered五点宽度以平滑数据。中值滤波器的宽度是经验决定的。
为了评估和比较不同的距离度量,一个典型的模板匹配协议实施。模板匹配协议被设计成尽可能简单,以排除任何混杂因素的潜在影响。图
我们的研究协议的原理图
这个过程的核心部分包括模板之间的距离计算和测试模式(用步骤1图
模板信号是由电脑随机选择在
方法更好地利用训练数据涉及建筑平均单个模板的模式在一个集群或选择最佳模板为每个集群。然而,不幸的是,这些方法一般不显示高性能当模板宽度和形状有很大的差异。在这项研究中,我们采用了归一化法
测试模式
因为它通常假定目标模式形状不变,欧几里得距离和相关系数最常用的模板匹配应用程序(
尽管DTW前几十年的各种修改,原来的内核模型计算距离仍被广泛应用于许多应用程序。在这项研究中,我们采用DTW的共同实现
法最初提出了准确的量化差异等二维数据对象的轮廓或手写字符,通过搜索相似子序列递归(
图
图解插图阐明动态时间扭曲和位置扭曲为一维数据匹配:(一)两个信号
接受者操作特征曲线(ROC)被用来比较让表演的各种模板匹配方法中引入部分
ROC曲线的五种不同的方法。
RMSE极低精度和相关性可能令人惊讶,考虑到两个距离度量常用的模板匹配应用程序。的糟糕表现发现指标被认为在一定程度上源自高目标模式的形状变化。也有可能,这些表现不好的结果选择任务比典型的任务更加困难。自模板在当前任务选择随机从真实数据集,有很多不规则形状的模板。尽管困难重重,数字摄影测量工作站提出方法显示检测精度远高于DTW方法,数字摄影测量工作站暗示可能被用来作为一个新的和强大的方法提取特定的脑电图信号模式应用程序。
表
最好的精度(%)对每个参与者的评估结果从20迭代。最好每个参与者是粗体显示的精度值。
| 对象ID | 相关 | RMSE | 峰度 | DTW | 法 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 86.96 | 61.32 | 22.86 | 94.97 |
|
| 2 | 84.25 | 90.67 | 39.46 | 97.60 |
|
| 3 | 49.19 | 60.83 | 15.98 | 77.42 |
|
| 4 | 69.02 | 84.38 | 15.77 | 93.65 |
|
| 5 | 49.28 | 73.69 | 18.45 | 83.50 |
|
| 6 | 26.67 | 84.44 | 13.33 | 90.00 |
|
| 7 | 80.72 | 92.80 | 30.95 | 94.64 |
|
| 8 | 88.19 | 92.86 | 48.00 | 98.01 |
|
| 9 | 62.96 | 98.77 | 31.34 | 98.77 |
|
| 10 | 71.83 | 71.33 | 17.94 | 93.57 |
|
| 11 | 40.00 | 86.67 | 20.71 | 91.55 |
|
| 12 | 61.32 | 91.74 | 13.24 | 93.28 |
|
| 13 | 57.48 | 41.88 | 15.10 | 79.21 |
|
| 14 | 60.83 | 78.89 | 30.19 | 91.43 |
|
| 15 | 63.89 | 76.07 | 15.01 | 94.36 |
|
| 16 | 80.63 | 94.18 | 34.05 | 96.84 |
|
| 17 | 60.87 | 54.01 | 22.79 |
|
80.82 |
| 18 | 40.30 | 86.38 | 24.00 | 97.37 |
|
| 19 | 65.01 | 72.08 | 18.37 | 89.81 |
|
| 20. | 17.59 | 76.67 | 17.69 | 93.33 |
|
| 21 | 79.20 | 91.67 | 22.13 | 92.51 |
|
| 22 | 63.11 | 41.63 | 25.10 | 91.88 |
|
| 23 | 65.55 | 90.23 | 23.08 |
|
98.08 |
| 24 | 40.99 | 97.53 | 20.71 |
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| 平均 | 61.08 | 78.78 | 23.18 | 92.38 |
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此外,模板的数量对检测精度的影响进行了研究。检测精度是评价通过增加模板的数量,然后平均迭代和所有参与者(表
工件检测精度(%)对模板的数量,对平等的精度和召回。
| 数量的模板 | 相关 | RMSE | 峰度 | DTW | 法 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 |
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| 2 |
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| 3 |
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| 4 |
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| 5 |
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| 6 |
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| 7 |
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| 8 |
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| 9 |
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| 10 |
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在本文中,我们研究了数字摄影测量工作站是否,最初开发的二维模式识别,可以成功地用于一维模式识别。数字摄影测量工作站来验证我们的备择假设为一维数据分析是有效的,法应用于脑电图的问题但工件检测。包括DTW法优于传统的模板匹配方法,证明这个位置变形方法,它扭曲信号纵坐标和横坐标轴,在一维模式识别也有效。这项研究表明数字摄影测量工作站应用的可能性,许多其他类型的信号模式和应用程序。我们也计划在未来将法与其他方法相结合研究。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
这部分工作是支持研发项目MSIP / KEIT (KI10045461,文化内容的评估技术的发展基于实时Biosignal多个学科),部分的研发项目MOTIE / MISP KEIT(10045452,开发多通道脑机接口系统的基于用户意图识别),并在部分韩国国家研究基金会(NRF)由科技部,ICT和未来规划(NRF - 2012 r1a2a2a03045395)。