【正文】 圖形化 編程 語言 LabVIEW 和 虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)界和學術(shù)界關(guān)注的熱點技術(shù)之一。 傳感 器 內(nèi)置 芯片 計算出的 原始腦電信號 值 是 包含兩個字節(jié)（ byte） 的整數(shù) ，所以 腦電 信號值的大小 范圍 是從 32768 到 32767。 結(jié)合 本研究 所 使用的設(shè)備情況， 得出 圖 23 所示 警覺度 狀態(tài) 評估模型的初步設(shè)計。因此，對于頻譜特征的提取，我們可以僅提取能量譜特征。1??0 , k=0, 1, ?,N 1, （ 211） 對于單腦電探測電極的 Mindwave Mobile 腦波傳感器而言 X(ω) = ∑ ??(??)??。??∑ (???? ?∑ ????????。 2. EMD 進行 信號 的 分解 過程 基于 EMD 的基本理論，可以使用它對任何信號 x(t)進行分解，分解的過程如圖 23 所示。 相比 于其他獨立成分分析方法， FastICA 具有 以下的優(yōu)點： （ 1） 它 是 立方收斂的，而其他 ICA 算法 一般只是線性收斂 。 目標 是 ： 從 多路觀測信號 x(k)中 分離出 隱含 在其中的源信號 s， 即 尋找分離矩陣 W， 使得 ： u=Wx （ 22） 式中 : u = ,??1, ??2,… , ?????是 對隱含源信號向量 s(k)的 逼近。處理 時 通過 觀察 ， 判斷 腦電 信號是否存在偽跡 ， 將存在偽跡的腦電信號片段進行人工的刪除 ； 或?qū)δX 電 波的能量或幅值設(shè)定一個閥值 作為對 偽跡的 判別 標準， 通過 計算機軟件判斷 采集 到的腦電波是否超過閥值 ，若超過則自動 刪除 。 （ 4） 眼電 信號（ Electrooculogram， EOG） ， 眼球或 眼瞼 的運動 ， 如眼球轉(zhuǎn)動或 眨眼 等產(chǎn)生的電生理信號，是一種特殊的肌電信號。 第三章 ： 講述 駕駛 人腦電警覺度實驗的原理 和 流程， 介紹 實驗 中 用到的 設(shè)備Mindwave Mobile 腦波 傳感器 ， 以及 基于 LabVIEW 自行 開發(fā) 的 駕駛?cè)四X電采集與記錄系統(tǒng) 和駕駛 人警覺度 狀態(tài) 標注 系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模型 在不同的訓練中模型參數(shù)不穩(wěn)定，導致得到的警覺度估計也不穩(wěn)定 ，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)置也是一個很難的課題 ； 而支持向量機模型 在 數(shù)據(jù)規(guī)模較大的時候訓練 速度較慢 。如 使用 高通濾波器 可 濾除部分眼電 偽跡 ，低通濾波器可 濾除 部分肌電 偽跡 。 （ 2） 隨著 警覺度 狀態(tài) 的改變，不同節(jié)律的腦電信號活躍程度會發(fā)生改變，如 在 頻域上觀察腦電信號會發(fā)現(xiàn) ： 隨著警覺度的改變，腦電的功率譜分布會發(fā)生變化 。 頻率（周期 ）： 腦電 的周期 指 的是一個波離開基線后又重回基線 所 需要的時間。因此 ， 駕駛?cè)?駕駛 狀態(tài) ， 車輛的運動狀態(tài)都時刻體現(xiàn)著駕駛?cè)说?警覺度 狀態(tài)。 20xx 年 ， 中國北京航天航空大學的胡淑燕與清華大學的鄭鋼鐵公布 了他們與歐盟 SENSATION 計劃 的 合作研究結(jié)果 。如圖 14 為 較常見的基于視頻技術(shù)的駕駛?cè)似诒O(jiān)測系統(tǒng) 示意 圖。 駕駛?cè)似?監(jiān)測 的總體 思路 就是 找出反映 駕駛?cè)似?程度的因素 ， 并根據(jù)這些因素來判斷駕駛?cè)说钠跔顟B(tài) 。 關(guān)鍵 詞：腦電信號 ，駕駛?cè)?，警覺度 ， 頻譜 分析 ， LabVIEW ABSTRACT II Abstract The fatigue of drivers is the main factor among all the human factors which cause road accidents. A popular way to distinguish driver drowsiness is to detect drivers’ vigilance state, which represent the alertness that drivers show when they are driving. The detection of drivers’ vigilance state is an important part of driver assist security technology and has a profound practical significance. This thesis discusses the main problems in the design of EEGbased driver vigilance state detection model, and analyses the methods to solve these problems. Then it e up with a tentative design of EEGbased driver vigilance state detection model. The thesis also design a driver EEGvigilance state experiment, develop a method to annotate the vigilance state of subjects in this experiment. In order to have a better usage of the EEG sensor Mindwave Mobile from Neurosky Company, this thesis develops programs based on LabVIEW as the software support of the hardware. Last, the thesis analyses the way to process the data from the experiment, and show the result of the test on part of the performance of the tentative model. Key words: EEG, drivers, vigilance state, spectral analysis, LabVIEW 目 錄 i 目 錄 摘 要 ............................................ I Abstract ......................................... II 第 1 章 緒論 ....................................... 1 研究背景及意義 ................................. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................. 4 基于腦電信號的駕駛?cè)司X度狀態(tài)分析概述 ........... 8 駕駛?cè)司X度狀態(tài)與駕駛安全性 .................. 8 腦電信號簡介 ................................. 8 腦電信號與警覺度的關(guān)系 ........................ 9 基于腦電信號 的駕駛?cè)司X度狀態(tài)評估模型的設(shè)計流程和關(guān)鍵問題 ........................................... 10 本論文的研究目的、主要研究內(nèi)容和內(nèi)容安排 ........ 11 本論文的研究目的和主要研究內(nèi)容 ............... 11 論文安排 .................................... 12 第 2 章 評估模型的初步設(shè)計 ......................... 14 腦電信號降噪、去偽跡預處理 ..................... 14 腦電信號中主要噪音、偽跡信號的分類與特點 ...... 14 現(xiàn)有濾除肌電信號與眼電信號的方法 .............. 15 獨立成分分析（ ICA）技術(shù)在腦電去偽跡中 的使用 ... 16 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（ EMD）在腦電去偽跡中的應(yīng)用 ....... 18 目 錄 ii 腦電特征的提取 ................................ 19 時序特征 .................................... 20 頻譜特征 .................................... 20 腦電特征的過濾 ................................ 22 ............................... 22 警覺度狀態(tài)評估模型的初步設(shè)計 ................... 23 第 3 章 駕駛?cè)四X電警 覺度實驗的設(shè)計 .................. 24 實驗設(shè)備及其使用介紹 .......................... 24 腦波傳感器 Mindwave Mobile ................... 24 國際腦電圖學會標準電極放置法 — 10/20系統(tǒng)電極放置法..................................................... 25 Mindwave Mobile 腦電探測電極放置說明 .......... 25 LabVIEW 介紹 ................................ 26 LabVIEW的 Neurosky driver 介紹 ................ 27 駕駛?cè)四X電采集與記錄系統(tǒng)開發(fā) ................. 27 駕駛?cè)司X度狀態(tài)標注系統(tǒng)開發(fā) ................. 29 實驗過程 ...................................... 32 第 4 章 實驗數(shù)據(jù)處理 ............................... 33 實驗數(shù)據(jù)的預處理 .............................. 33 腦電輸出數(shù)據(jù)的優(yōu)化 .......................... 33 警覺度標注數(shù)據(jù)的獲取 ........................ 35 實驗結(jié)果 ...................................... 36 目 錄 iii 模型的部分性能測試 ............................ 37 第 5 章 總結(jié)與展望 ................................. 39 論文主要工作與創(chuàng)新點 .......................... 39 主要工作 .................................... 39 論文創(chuàng)新點 .................................. 39 ...................................... 40 參 考 文 獻 ....................................... 1 致謝 .............................................. 1 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒論 研究背景 及 意義 20xx 年 至 20xx 年 ，我國 交通 事故死亡人數(shù) 平均 每年 約為 9萬人 ，交通事故總量巨大 ， 傷亡嚴重，交通安全形勢不容樂觀 ！ 隨著 人類社會 的不斷進步，工業(yè)與經(jīng)濟的 不斷 發(fā)展，全球汽車的數(shù)量也在急劇增加。 本論文 分析 了基于腦電信號的 駕駛?cè)?警覺度狀態(tài)評估模型在設(shè) 計上的主要問題以及 解決 各個主要問題的 具體 方法，提出了評估模型的初步設(shè)計方案 。 在 美國 的 所有致命汽車 事故中 ， 57%的事故與駕駛員疲勞有關(guān) ； 英國交通研究實驗室認為：疲勞駕駛導致的交通事故占全體交通事故的 10%；法國 國家 事故 報告指出： 因 疲勞駕駛而發(fā)生的 事故占 人身傷亡事故 %，占死亡事故的%[4]。 同年 ， 卡耐基梅隆大學的機器人研究所 推出 了 Copilot 車載疲勞監(jiān)測 系統(tǒng)，利用PERCLOS 方法判斷疲勞 ， 并克服了駕駛員佩戴眼鏡時的反 光問題 。 1998 年 ， 日本 Niigata University 的 Kazushi Hyoki 教授等人 在 關(guān)于 EOG與 EEG 作為疲勞特征的研究 中 ， 分析了 EOG 的快速眼動特征與 EEG 的 alpha 波、beta 波的關(guān)系，指出疲勞實驗中，快速眼動的出現(xiàn)與 EEG 的 alpha 波、 beta 波有正相關(guān)關(guān)系 。在許多 人機交互 系統(tǒng) 需要操作人員的警覺度 狀態(tài) 保持在一個 較 好的 狀態(tài) 。腦電圖 反映 了大腦組織的 電 活動及大腦的功能狀態(tài) [7]。 表 12 Neurosky 推薦 的腦電節(jié)律劃分方式 腦波 類型 頻率 范圍 精神 狀態(tài) Delta 波 到 3Hz 沉睡 ，非快速動眼睡眠 ， 無意識狀態(tài) Theta 波 4Hz 到 7Hz 直覺 的，創(chuàng)造性的，回憶， 幻想 ，想象，淺睡 Alpha 波 8Hz 到 12Hz