HUONG GIAI QUYET CUA DE TAI
CHUONG 4 MÔ HÌNH BCI OFFLINE
4.1 TIEN XU LY TIN HIEU Tín hiệu sau khi thu sẽ được chuyển qua file *.xIs và sẽ tiếp tục được xử ly ở
4.1.1 Bộ lọc tần số
Trong luận văn này sử dụng bộ lọc Butterworth bậc 4 làm bộ lọc thông
dai. Bộ lọc này được xây dựng bang phần mềm Matlab (R2012a) có dai thông từ 8 — 30 Hz. Đáp ứng biên độ của mach lọc này được thé hiện như
hình 4.1 dưới đây.
n=4 Butterworth Bandpass Filter
0.80.6 |
0.4
0 5 10 15 20 2 30 8 40 45 50
Frequency (Hz)
Hình 4.1. Dap ứng biên độ của mach lọc ButterWorth
IY (f)I
Nhu đã dé cập ở chương hai, tin hiệu nhiễu có các tần số ngoai băng tan của sóng Mu và sóng Beta là rất nhiều. Khi ta sử dụng bộ lọc này các phan nhiễu này sẽ bị loại bỏ gần như hoản toàn. Tuy nhiên, khuyết điểm của bộ lọc này chính là không thé loại bỏ được các tín hiệu không phải là tín hiệu sóng não nhưng có băng tần chung với tín hiệu sóng não như tín hiệu chớp mắt hay tín hiệu do di chuyển các cơ trong cơ thé đối tượng thí nghiệm gây ra. Dữ liệu đầu vào của bộ lọc này là một ma trận B=NxT với N= 10
và T= 128, với môi hàng tương ứng là môi kênh cua dau do, sô cột tương
Trang 35
C4: MÔ HINH BCI OFFLINE HVTH: Pham Ba Toan
ứng với số mẫu đem phân tích (ở đây tốc độ lay mẫu là 128Hz và thời
gian phân tích là | giây). Sau khi qua bộ lọc thông dai nay, ta sẽ thu được
một ma trận B’= NxT, kích thước của ma trận B’ vẫn như ban dau. Tuy nhiên, số liệu bên trong của từng kênh đã khác đi, các nhiễu ngoài băng đã được lọc đi một cách đáng kể. Ta có thé quan sát dạng sóng của kênh FCS
khi đi qua mạch lọc như hình 4.2.
30
2o L | 4
“|
oO
oO 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Time(s)
Hình 4.2. Dạng sóng tín hiệu của một điện cực khi đã qua mach loc
Rõ rang, sau khi tín hiệu qua bộ bộ lọc, nhiễu đã được loại bỏ khá nhiều. Tín hiệu này ta sẽ tiếp tục sử dụng các phương pháp để trích ra các đặc trưng của nó ở phan sau.
4.1.2 Bộ lọc không gian
Bộ lọc CAR: áp dụng lý thuyết ở chương 2, ta có công thức của bộ lọc
CAR theo công thức sau:
DY;Ne
Vi=V,-—
N¿ (4.1)
Với Vị, Vo, ..., Vio tương ứng là các điện áp của các điện cực F3, F4, FCS, FCó, T7, T8, P7, PS,OI,O2 vàN, = 10.
Y tưởng chính của bộ loc CAR nay chính là ở chỗ sẽ loại bỏ các nhiễu tác động đồng thời lên tất cả các kênh băng cách tạo ra một tín hiệu mới băng cách trừ tín hiệu đó cho trung bình của tất cả tín hiệu. Như vậy, khi tín
Trang 36
C4: MÔ HINH BCI OFFLINE HVTH: Pham Ba Toan
hiệu qua bộ lọc CAR phan tac động chung của các hoạt động khác cũng như các nhiễu không mong muốn sẽ bị triệt đi một cách đáng kế. Tín hiệu còn lại của mỗi kênh có thể xem như giữ được thành phần khác biệt là lớn nhất. Trong hình 4.3a và 4.4a là hai dạng sóng EEG phát sinh ra khi đối tượng suy nghĩ phải và suy nghĩ trái (hai hình này có rất ít khác biệt có thể nhận thấy được). Khi ta dùng bộ lọc CAR, hai tín hiệu này được thể hiện ở
trên 2 hình 4.3b và 4.4b. Tín hiệu ở hai hình này có biên độ giảm so với
tín hiệu gốc của chúng nhưng cái quan trọng nhất là đã thể hiện ít nhiều sự
khác biệt giữa 2 hoạt động suy nghĩ này.
50 H Lj U H U U H U H
| || | Hy
-50 1 L l | l l l l 1
0 0.1 02 03 0.4 0.5 0.6 0.7 08 0.9 1
T(S)
Hình 4.3a. Dạng sóng của kênh FCS ban dau khi suy nghĩ phải
20 T qT Ỉ LJ T LJ qT LJ Ỉ
10+ 4
On 4
-†10EL
-20 | | L L it | | L L
0 01 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
T(S) Hình 4.3b. Dạng sóng cua kênh FC5 sau bộ lọc CAR khi suy nghĩ phải
C4: MÔ HÌNH BCI OFFLINE Trang 37 HVTH: Pham Bá Toàn
100 T T T T T T T T T
50} 4
-50 i 1 L L 1 L L L L
0 01 0.2 0.3 0.4 05 06 07 0.8 0.9 1
TS)
Hình 4.4a. Dạng sóng của kênh FC5 ban dau khi suy nghĩ trái
20 U U H H qT qT qT T H
10T L
-20 L L i i L i L L L
0 0.1 0.2 03 0.4 0.5 0.6 0.7 08 09 1
T) Hình 4.4b. Dạng sóng của kênh FCS5 sau bộ lọc CAR khi suy nghĩ trái
Sự khác nhau của 2 bộ lọc thông dãi và bộ lọc CAR chính là việc loại
nhiễu: bộ lọc thông đãi là dựa trên tần số của nhiễu (nhiễu ngoài vùng băng thông của bộ lọc sẽ bi suy giảm) còn bộ lọc CAR loại các nhiễu tác động đồng thời không phân biệt tần số. Sự giống nhau của 2 bộ lọc này là kích thước của dữ liệu sau bộ lọc: vẫn không đối là một ma trận mới B’=10x128. Điều này dẫn đến những nghiên cứu mong muốn làm giảm kích thước của dữ liệu và bộ lọc SL ở phía sau sẽ đáp ứng được điều này.
Bộ lọc SL: trọng tâm của bộ lọc SL là nhằm giảm kích thước dữ liệu khi
đi qua bộ lọc. Muốn đạt được điều đó, ta phải chọn được các kênh trung tâm cần đo. Trong nghiên cứu này ta chọn 2 kênh là FC5 và FC6, vì 2 kênh này năm trên vùng tiền vận động và ở trên 2 bên bán cầu não. Tương
tự như đặc tính của bộ lọc CAR, bộ lọc SL sẽ loại bỏ các thành phân nhiễu tác động đồng thời lên các tín hiệu. Nhưng bộ lọc SL khác với bộ lọc CAR
Trang 38
C4: MÔ HINH BCI OFFLINE HVTH: Pham Ba Toan
ở chỗ: bộ lọc SL chỉ loại bỏ các thành phan nhiều ở 4 kênh lân cận (các kênh này cách nhau 3cm) còn bộ loc CAR là tất cả các kênh. Áp dụng
theo công thức 2.2, khi đó ta sẽ thu được 2 tín hiệu mới như sau:
AF3-F7-F3-T”7 FC5, = FC5- - (4.2)
FC6, = Fc6- F518 (4.3)
Tín hiệu sau bộ loc SL sẽ thu được một ma trận B’=2x128, như vậy kích
thước của dữ liệu đã giảm đi 80% so với ban dau. Tuy nhiên song song với việc giảm được kích thước thì vấn đề hiệu quả của bộ lọc cũng bị giảm
đi phân nào (nếu dựa vào sự so sánh một cách trực quan so với bộ lọc CAR ). Các hình từ 4.5 đến 4.7 thể hiện tín hiệu với 3 hoạt động suy nghĩ
khác nhau.
20 qT qT { T T Ú qT T T
10 ơ
0 M |
-10L -
-20 l | [ | | | | | l
0 01 O02 03 04 05 06 097 08 99 1
T(s) Hình 4.5. Dang sóng cua kênh FCS5 sau bộ loc SL khi suy nghĩ trai
C3 da qua mach SL (uV) -10 i L L i i i 1 i 1
0 0 1 0.2 03 04 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Ts)
Hình 4.6. Dang sóng cua kênh FC5 sau bộ loc SL khi suy nghĩ phải
Trang 39
C4: MÔ HINH BCI OFFLINE HVTH: Pham Ba Toan
10E
|
-10 i L l L L i L | i
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 06 07 08 09
TS)
Hình 4.7. Dạng sóng của kênh FC5 sau bộ lọc SL khi không suy nghĩ
Với các hình từ 4.5 đến 4.7 ta thay không có sự khác biệt nhiều nếu so với
bộ lọc CAR ở phan trước. Tuy nhiên, việc so sánh hiệu quả của chúng phải được so sánh khi kết hợp với việc huấn luyện, phân loại ở phần sau mới biết được một cách chính xác nhất.