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1、 本科毕业设计（论文）脑电信号预处理方法研究马孝龙燕 山 大 学2013 年 6 月本科毕业设计（论文）脑电信号预处理方法研究学 院： 信息科学与工程学院专 业： 通信工程 学生姓名： 马孝龙 学 号： 090104030059 指导教师： 李段 答辩日期： 2013-6-24 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：信息科学与工程学院 系级教学单位：电子与通信工程学号090104030059学生姓名马孝龙专 业班 级通信2班题目题目名称脑电信号预处理方法研究题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语
2、类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容在头皮脑电信号采集过程中，极易受到各种噪声干扰。由于脑电信号的非线性、非平稳、宽频带特性，这些干扰信号往往与有用信号混叠。如何消除原始脑电数据中的噪声，以更好地获取反映大脑活动和状态的有用信息是进行脑电分析的一个重要前提。本课题要求研究脑电信号的预处理方法，设计一种算法去除包括眼电在内的噪声信号，并仿真实现。基本要求1. 熟悉现有的脑电信号预处理方法2. 设计去噪算法3. 算法编程实现参考资料1 V Krishnaveni, Removal of ocular ar
3、tifacts from EEG using adaptive thresholding of wavelet coefficients, Journal of Neural Engineering, 2006(3):338-3462 Matlab 6.x 信号处理 邹 鲲等编著，清华大学出版社 2002.53 中国期刊网、Elservier文章及其它网上资源周 次第1 4周第57周第811 周第1215 周第1618 周应完成的内容收集资料查找参考书熟悉课题内容及研究现状编程语言熟悉算法的确定与细节理解编程调试算法优化实验结果整理及其总结论文书写课题总结答辩指导教师：李段职称：讲师 2013
4、年3月 4日系级教学单位审批：胡正平 2013 年 3 月 5 日摘要摘要脑电信号(EEG)是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映，其中包含了大量的生理和病理信息,并可以用许多特征量来描述其特征信号。通过脑电分析来认识脑的活动是一种有效的无创手段。但是，脑电信号中常常混杂有多种噪声，为了便于阅读和分析脑电信号，必须对脑电信号进行去噪处理。本文针对脑电信号中的眼电伪迹去除的问题，采用了小波阈值法对脑电信号进行去噪处理。以小波阈值降噪为基础，本文采用db5小波对脑电信进行5尺度分解，其次在对应的子带上采用软阈值法，且阈值原则为对数长度阈值法对小波进行阈值去噪，然后对去噪后的信号进行重
5、构，最后比较原始信号和去噪后的信号。实验结果表明，用小波阈值法可以有效去除脑电信号中的眼电干扰。关键词 脑电信号; 小波变换; 去噪I AbstractAbstractThe Electroencephalograph (EEG) is the electro physiological activity of brain cells, it is reflected in the overall pallium or scalp surface, which contains a large number of physiological and pathological informati
6、on, and can describe the characteristic signal with many features. The EEG analysis to understanding brain activity is an effective noninvasive method. However, EEG is often mixed with a variety of noise, in order to facilitate the reading and analysis of EEG signal denoising, must carry on eeg.Acco
7、rding to the problem that removing the EEG of ocular artifacts, this article uses the wavelet threshold denoising method to remove the eye electrical noise (EOG) interference in the EEG. Based on wavelet threshold denoising, firstly, this article selects the db5 wavelet scale decomposition of EEG of
8、 5. Secondly, it uses soft threshold method in the corresponding subband. Then the soft threshold and wavelet reconstruction algorithm for denoising, and the threshold principle for the fixed threshold method of wavelet threshold denoising. Then reconstruct the signal after denoising. Finally, compa
9、rison of the original signal and the denoised signal. From the result of experiments, we can see that it is perfectly to remove the eye electrical noise (EOG) by using the wavelet threshold.KeywordsEEG; Wavelet transform; noise rejectionIII 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状与成果21.3本文研究内容与结构
10、安排4第2章 小波变换在信号处理中的应用52.1 小波变换5 2.1.1 连续小波变换5 2.1.2 离散小波变换7 2.1.3 二进小波变换8 2.1.4 常用小波92.2 小波去噪12 2.2.1 尺度间相关性的去噪方法13 2.2.2 阈值去噪法142.3 MATLAB小波在信号去噪中的应用16 2.3.1 信号分解17 2.3.2 信号重构18 2.3.3 信号阈值去噪202.4 本章小结21第3章 眼电噪声去除方法研究243.1 脑电信号与眼电干扰简介243.2 小波阈值去噪原理263.3 参数选择273.3.1小波基的选择273.3.2 小波分解层数的选择283.4 实验结果仿真与
11、分析283.5 本章小结33结论34参考文献37致谢39附录140附录245附录350附录455III第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景大脑是一个非线性、非平稳的，且由大量神经元群相互连接形成的复杂动力学系统，人们获取大脑信息的手段基本上分为三种：通过脑结构的解剖图像获得静态的信息，例如广泛使用的电子计算机X射线断层扫描技术和磁共振成像；通过功能活动时的代谢活动图像而获得动态的信息，例如功能磁共振成像技术和正电子发射断层扫描；通过大脑对信息处理的反应而获得脑的动态信息，这类手段有局部场电位，脑电图和脑磁图。其中，EEG 是大脑组织中大量的神经元群突触后电流的在大脑皮层或头皮表面的综合表现
12、，EEG 具有简易、无创、高时间分辨率等优点，脑电信号处理可以获取大量的功能与疾病信息，例如通过EEG检查，可以对癫痫、脑肿瘤、颅脑损伤、中枢神经系统疾病，以及精神疾病和智能障碍等疾病提供信息，从而对脑功能分析及疾病诊断、预后和治疗提供有效的方法；也可利用人对不同的感觉、运动或认知活动的脑电的不同，通过对脑电信号的有效的提取和分类达到某种控制目的。大脑皮层是大脑信息处理的中枢，约由个神经元组成，典型的神经元由细胞体、树突和轴突三部分组成，当神经元接受的其它神经元发来的信号的和超过阈值时，神经元就会发出神经脉冲，称作动作电位，神经元的轴突终末与其它神经元的接受表面形成各种突触，实现神经元间的信息
13、交换，一个典型的神经元可能有1000-10000个突触，能接受来自1000个其它神经元的信息，突触后电位在其产生部位的附近按空间总和规律叠加起来，脑电信号就是由皮层内大量神经元突触后电位(包括兴奋性突触后电位和抑制性突触后电位两种)总和所形成的，是许多神经元共同活动的结果。随着信息科学的不断深入，脑科学的研究取得了新的进展。能够很好反应脑信息的脑电(electroencephalogram, EEG)是大脑神经元突触后电位的综合结果，是大脑活动产生电场经容积导体传导后在脑皮上的电位分布。现代的脑科学研究表明，多导的脑电信号蕴含着多种生理现象且能反映更多的动态信息。多导脑电信号就是从头皮上按照一定标准放置的多个电极处同步采集的电信号。因为脑电是通过安放在脑皮层不同位置的电极测量得到的，而电极之间的距离只有几厘米，所以这些电极不仅记录了脑内神经元电活动，同时也记录了各种干扰信号，如工频干扰、眨眼、眼球运动、心电干扰、呼吸波干扰和肌电干扰等等1,2。因此，为了得到真实的脑电数据，使之能够在临床上合理正确地做出判断，就必须对脑电测量数据进行预处理。1.2 国内外研究现状与成果 眼电信号是脑电信号的主要干扰源，它们能够改变脑电信号的电场分靠使获得的脑电信号不能真实的反映大脑的活动。眼电伪迹去除的基本原则是在保证脑
