肌電信號識別分段方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種肌電信號識別分段方法。
【背景技術】
[0002] 隨著微電子技術、傳感器技術以及計算機技術的飛速發(fā)展，手持移動設備、穿戴式 設備和微型計算機已經(jīng)逐漸在人們?nèi)粘Ｉ钪衅占啊５怯捎谑褂脠鼍昂托⌒驮O備的限 制，傳統(tǒng)的人機交互設備，例如鍵盤、鼠標等設備已經(jīng)不能滿足人們的需求。可以移動的小 型化手勢識別設備被提出作為新型的人機交互設備。
[0003] 肌肉電信號在被使用于控制領域以來，經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，一直被研究應用于 醫(yī)學診斷和生物機械領域。隨著生物醫(yī)學技術、人工智能技術的發(fā)展，使用肌電信號進行手 勢識別的方法被提出并不斷探索。絕大多數(shù)基于肌肉電信號的手勢識別方法涉及模式識別 領域，而傳統(tǒng)的模式識別領域多專注于圖像識別、語音識別等應用。在肌肉電信號模式識別 中，活動段作為模式識別的最基本單元，其檢測方法并未被過多的討論。
[0004] 活動段的檢測是多通道肌電信號手勢識別系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，由于用戶每一 個手勢都伴隨著肌肉從靜止到變化再到靜止的過程，因此需要一個合適的活動段檢測方法 將變化段提取出來，再根據(jù)不同的模式識別方法進行識別。
[0005] 現(xiàn)有的分段方法多使用基于頻域特征的方法（例如，短時傅里葉變換法）、基于統(tǒng) 計學的方法（例如，基于熵理論的方法）進行活動段檢測。但是上述方法計算較為復雜，無 法滿足移動設備或穿戴式設備實時性要求、運算資源和存儲資源的限制。導致肌肉電信號 手勢識別技術難以被小型化、穿戴化。
[0006] 因此，迫切需要設計一種適合移動設備或穿戴式設備的分段方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，有必要提供一種肌電信號識別分段方法。
[0008] 本發(fā)明提供一種肌電信號識別分段方法，該方法包括如下步驟：a.根據(jù)原始肌電 信號計算得到其瞬時平均能量；b.根據(jù)上述得到的瞬時平均能量，計算得到窗口內(nèi)的移動 能量平均值；c.根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值計算得到閥值；d.根據(jù)上述得到 的窗口內(nèi)的移動能量平均值及閾值，識別所述窗口為活動段或者非活動段。
[0009] 優(yōu)選的，所述的步驟a具體包括：
[0010] 將M個通道的原始肌電信號序列差分平方后求和平均，求得瞬時平均能量，計算 方法如下：
[0011]
[0012] 其中，k為平移步長，i為樣本標號，Sn為第η通道的樣本。
[0013] 優(yōu)選的，所述的步驟b具體包括：
[0014] 設置窗口長度L，由于人機交互的實時性特征，在采樣頻率為F的情況下，L/F應小 于300。窗口內(nèi)的移動能量平均值計算如下：
[0015]
[0016] 優(yōu)選的，所述的步驟c具體包括：
[0017] 將肌肉最大自主收縮時計算得到窗口內(nèi)的移動能量平均值乘以P%，計算得到閥 值T，P為經(jīng)驗值。
[0018] 優(yōu)選的，所述的步驟d具體包括：
[0019] 當計算得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值大于T時，當前段標記為活動段；當計算 得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值小于等于T時，當前段標記為非活動段，即，
[0020] 若f (i) > T,本窗口為活動段
[0021] SSlJi)么T,本窗口為非活動段。
[0022] 本發(fā)明提供一種肌電信號識別的分段方法，使用信號的能量特征，采用差分移動 平均的方法結合最大自主收縮力閥值，檢測出用于識別的多通道肌電信號系統(tǒng)中的活動 段。本發(fā)明相對于其他方法在實施時更為簡便，復雜度低，更適用于對實時性要求高的肌肉 電信號識別系統(tǒng)；本發(fā)明不止對單個通道進行分段，而是將多個通道的肌肉電信號作為整 體進行分段計算，可以有效表征多個通道活動段區(qū)間信號的強度信息，并有效檢測活動段 和非活動段，更適合應用于使用多個通道進行肌肉電信號識別的系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明肌電信號識別分段方法的流程圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明肌電信號識別分段方法一實施例的運行狀態(tài)示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明肌電信號識別分段方法一實施例的時序示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0027] 參閱圖1所示，是本發(fā)明肌電信號識別分段方法較佳實施例的作業(yè)流程圖。
[0028] 步驟S1，根據(jù)原始肌電信號計算得到其瞬時平均能量。具體而言：
[0029] 將M個通道的原始肌電信號序列差分平方后求和平均，求得瞬時平均能量。計算 方法如下：
[0030]
[0031] 其中，k為平移步長，i為樣本標號，Sn為第η通道的樣本。
[0032] 步驟S2,根據(jù)上述得到的瞬時平均能量，計算得到窗口內(nèi)的移動能量平均值。具體 而言：
[0033] 設置窗口長度L，由于人機交互的實時性特征，在采樣頻率為F的情況下，L/F應小 于300。窗口內(nèi)的移動能量平均值計算如下： CN 105138134 A 仇 口月卞> 3/4 頁
[0034]
[0035] 步驟S3,根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值計算得到閥值。具體而言：
[0036] 根據(jù)步驟Sl、S2,將肌肉最大自主收縮時計算得到窗口內(nèi)的移動能量平均值乘以 P%，計算得到閥值T。
[0037] 步驟S4,根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值及閾值，識別所述窗口為活動 段或者非活動段。具體而言：
[0038] 當計算得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值大于T時，當前段標記為活動段；當計算 得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值小于等于T時，當前段標記為非活動段。以此將需要識別 的信號與非活動信號分割開，同時避免用戶無意動作帶來的干擾和誤識別，即，
[0039] 若f(i) > T，本窗口為活動段
[0040] 若SP(i) S T,本窗口為非活動段。
[0041] 需要說明的是，對于步長k的選擇，應考慮所使用的系統(tǒng)資源。若系統(tǒng)資源豐富， k可以選取較小的數(shù)值，以提高活動段檢測的精度；若系統(tǒng)資源緊缺，k應選取較大的數(shù)值， 以滿足實時性。在本實施例中I < k < L。
[0042] 對于閥值T的選擇，本實施例使用離線定義或在線判定的方法進行確定。其中：
[0043] 離線定義：用戶使用多通道肌電信號檢測設備，進行最大自主收縮力時肌電信號 的采集，使用步驟Sl、S2所述方法進行移動能量平均值計算，將計算結果乘以由經(jīng)驗確定 的百分比，作為不可變的常數(shù)寫入使用本發(fā)明的設備中。此種方法適用于特定用戶綁定的 設備，即設備不可由其他用戶使用。
[0044] 在線判定：用戶在使用前進行最大自主收縮力時肌電信號的采集，使用步驟S1、 S2所述方法進行移動能量平均值計算，將計算結果乘以由經(jīng)驗確定的百分比，作為可變的 參數(shù)在使用本發(fā)明的設備中。此種方法對用戶和設備沒有綁定限制，即設備可由不同用戶 使用。
[0045] 值得注意的是，由于用戶在使用本發(fā)明所述設備時可能存在不同的外界條件 (如，溫度、濕度、傳感器位置等變化），也可能存在自身條件差異（如，出汗、毛發(fā)長度、皮下 脂肪厚度、心理狀況等因素），用戶在使用設備前進行在線判定閥值T的方法最為理想。
[0046] 需要說明的是，本發(fā)明實施例主要分為三個運行狀態(tài)（請參閱圖2):
[0047] 在信號為非活動段時，本實施例運行在活動段檢測狀態(tài)，檢測完成后有兩種可能 的輸出結果：活動段標記和非活動段標記。當檢測段被標記為活動段時，進入模式識別狀 態(tài)，將所標記的活動段進行模式識別；當檢測段被標記為非活動段時，等待下一輪采樣，重 新進入活動段檢測狀態(tài)。
[0048] 在信號為活動段時，本實施例運行在非活動段檢測狀態(tài)，檢測完成后有同樣兩種 可能的輸出結果：當檢測段被標記為非活動段時，轉(zhuǎn)換為活動段檢測狀態(tài)；當檢測段被標 記為活動段時，等待下一輪采樣，重新進入非活動段檢測狀態(tài)。
[0049] 識別算法運行狀態(tài)時，程序按照制定的模式識別算法進行多通道肌電信號識別， 在識別結束后自動進入非活動段檢測狀態(tài)。
[0050] 圖3為本發(fā)明肌電信號識別分段方法一實施例的時序示意圖?；顒佣螜z測和非活 動段檢測按照圖3所示的時序進行采樣和運算，圖中，1代表分段窗口長度，2代表平移步 長：
[0051] 1、設定段長度L為128,在IkHz的采樣頻率下，L耗時128ms，K為平移步長。
[0052] 2、當信號在非活動段時，本實施例檢測是否進入活動段，選取平移步長k為1。若 信號一直處于非活動段，本實施例一直循環(huán)于活動段檢測狀態(tài)，每新采樣得到1個樣本，本 實施例重新計算并且判斷一次。
[0053] 3、當信號在活動段時，本實施例檢測時進入非活動段，選取平移步長為128,預留 運算資源。即每采樣得到128個樣本，非活動段檢測重新計算并且判斷一次。
[0054] 雖然本發(fā)明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領域的技術人員應能理 解，上述較佳實施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，任何在本發(fā)明 的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利保 護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種肌電信號識別分段方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： a. 根據(jù)原始肌電信號計算得到其瞬時平均能量； b. 根據(jù)上述得到的瞬時平均能量，計算得到窗口內(nèi)的移動能量平均值； c. 根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值計算得到閥值； d. 根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值及閾值，識別所述窗口為活動段或者非活 動段。2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟a具體包括： 將M個通道的原始肌電信號序列差分平方后求和平均，求得瞬時平均能量，計算方法 如下：其中，k為平移步長，i為樣本標號，Sn為第n通道的樣本。3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步驟b具體包括： 設置窗口長度L，由于人機交互的實時性特征，在采樣頻率為F的情況下，L/F應小于 300。窗口內(nèi)的移動能量平均值計算如下：4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步驟c具體包括： 將肌肉最大自主收縮時計算得到窗口內(nèi)的移動能量平均值乘以P%，計算得到閥值T， P為經(jīng)驗值。5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟d具體包括： 當計算得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值大于T時，當前段標記為活動段；當計算得到 的窗口內(nèi)的移動能量平均值小于等于T時，當前段標記為非活動段，即， 若f(i)>T,本窗口為活動段 若Sp(i) s r，本窗口為非活動段。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種肌電信號識別分段方法，包括：根據(jù)原始肌電信號計算得到其瞬時平均能量；根據(jù)上述得到的瞬時平均能量，計算得到窗口內(nèi)的移動能量平均值；根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值計算得到閥值；根據(jù)上述得到的窗口內(nèi)的移動能量平均值及閾值，識別所述窗口為活動段或者非活動段。本發(fā)明實施更為簡便，復雜度低，能夠有效表征多個通道活動段區(qū)間信號的強度信息，并檢測活動段和非活動段。
【IPC分類】G06F3/01
【公開號】CN105138134
【申請?zhí)枴緾N201510582264
【發(fā)明人】李瑋琛
【申請人】李瑋琛, 西安中科創(chuàng)星科技孵化器有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月14日