3.4. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU EEG CỦA HOẠT ĐỘNG MẮT
3.4.1. Phân loại hoạt động nháy mắt theo phương pháp ngưỡng biên độ
Phương pháp ngưỡng biên độ
Việc phát hiện các hoạt động của mắt như nháy mắt dựa vào ngưỡng biên độ tín hiệu EEG cho thấy sự hiệu quả với thời gian xử lý nhanh chóng và không yêu cầu đào tạo người dùng trước khi thực thi thuật toán. Các tín hiệu EEG được lọc và được làm mịn trước khi phát hiện nháy mắt. Tín hiệu nháy mắt sẽ được phân tách thành các khung, trong đó hình 3.15 mô tả cách tín hiệu được chia thành nhiều khung để làm dữ liệu đầu vào thuật toán nhận dạng. Mỗi khung tín hiệu có độ dài 1 giây tương ứng với 128 mẫu tín hiệu. Khung sau sẽ lặp lại khung trước đó 50% để giảm thiểu khả năng mất tín hiệu khi chia tín hiệu để xử lý.
Hình 3.15. Mô tả cách thức chia tín hiệu EEG thành các khung dữ liệu.
Các tín hiệu nháy mắt tự nguyện bao gồm các đặc điểm như được mô tả trong hình 3.16, bao gồm đỉnh dương và đỉnh âm [123]. Chiều rộng của xung dương WP được tính bằng khoảng cách giữa hai điểm với giá trị biên độ lớn hơn so với ngưỡng TAP. Tương tự, cho việc tính toán chiều rộng xung âm WN với ngưỡng TAN. Chiều rộng của tín hiệu nháy mắt được tính bằng tổng chiều rộng của các xung âm và dương của tín hiệu. Nếu Y[n] được gọi là tín hiệu EEG của một khung, các ngưỡng TAP và TAN được tính toán bằng các công thức sau:
𝑇𝐴𝑃
𝑇𝐴𝑁
= 𝑚𝑎𝑥(𝑌[𝑛])+𝑚𝑖𝑛(𝑌[𝑛]) 2
= 𝑚𝑎𝑥(𝑌[𝑛])+𝑚𝑖𝑛(𝑌[𝑛]) 2
, 𝑣ớ𝑖 𝑌[𝑛] ≥ 0 (3.10) , 𝑣ớ𝑖 𝑌[𝑛] < 0 (3.11)
Hình 3.16. Mô tả tín hiệu nháy mắt tự nguyện.
Thuật toán 3.1 mô tả cách phát hiện hoạt động nháy mắt từ tín hiệu EEG.
Với Y[n] là tín hiệu trong một khung, tín hiệu này sẽ được kiểm tra để xem có đủ các đỉnh dương và âm không. Nếu điều kiện này được đáp ứng, nó được gọi là tín hiệu nháy mắt. Để xác định đỉnh dương, chiều rộng của xung dương WP của Y[n]sẽ được so sánh với ngưỡng dương TWP. Nếu chiều rộng này lớn hơn ngưỡng, xung
được gọi là đỉnh dương. Tương tự cho việc xác định các đỉnh âm, trong đó WN là chiều rộng của xung âm và TWN là ngưỡng âm.
Thuật toán 3.1: Phát hiện hoạt động nháy mắt 1: Input:
-Y[n]: Tín hiệu EEG sau khi xử lý cho một khung -TAP: Ngưỡng biên độ cho xung dương
-TAN: Ngưỡng biên độ cho xung âm -TWP: Ngưỡng độ rộng cho xung dương -TWN: Ngưỡng độ rộng cho xung âm 2: for n = 1: N do
3: if 𝑌[𝑛] ≥ 𝑇𝐴𝑃then
4: 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡_𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑒 + +
5: else if 𝑌[𝑛] ≤ 𝑇𝐴𝑁then
6: 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡_𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑒 + +
7: end for
8: 𝑊𝑃 = 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡_𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑒 𝑊𝑁 = 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟_𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡_𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑒 9: if 𝑊𝑃 ≥ 𝑇𝑊𝑃 then
10: 𝑝𝑒𝑎𝑘+ = 1
11: end if
12: if 𝑊𝑁 ≥ 𝑇𝑊𝑁and 𝑝𝑒𝑎𝑘+ = 1then 13: Nháy mắt
Else
Không nháy mắt 14: end if
15: Output: Hoạt động nháy mắt.
Kết quả phân loại hoạt động nháy mắt theo phương pháp ngưỡng biên độ Sau khi được tiền xử lý, tín hiệu từ hai điện cực F7 và F8 sẽ được sử dụng để xác định tín hiệu nháy mắt trái và phải tương ứng với mỗi kênh. Khi nháy mắt phải, tín hiệu từ kênh F8 nổi bật hơn kênh F7 và ngược lại. Kết hợp các kết quả nhận dạng nháy mắt trong mỗi kênh, có 3 trường hợp có thể xảy ra khi phân loại hoạt động mắt được liệt kê trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các trường hợp phân loại hoạt động mắt.
TT Nháy mắt ở
kênh F7 Nháy mắt ở
kênh F8 Loại hoạt động mắt
1 Có Không Nháy mắt trái
2 Không Có Nháy mắt phải
3 Không Không Không nháy mắt
Các thí nghiệm được thực hiện bởi các tình nguyện viên được sắp xếp ngồi trước màn hình máy tính. Trên màn hình, một giao diện người dùng đồ họa, trong đó có một vòng tròn có thể thay đổi màu sắc và các tình nguyện viên có thể kiểm tra bằng cách nháy mắt trái hoặc phải theo màu tương ứng. Quá trình thí nghiệm có thể kéo dài trong khoảng thời gian 95 giây và lặp lại 3 lần, với thời gian nghỉ giữa mỗi lần khoảng 3 đến 10 phút. Các thí nghiệm trong nghiên cứu này đã được thực hiện trên 10 đối tượng, với sức khỏe tốt, không có tổn thương chi, mắt khỏe mạnh và từ 20 đến 23 tuổi. Ngoài ra, những đối tượng này hiểu rõ về quá trình thí nghiệm và đồng ý tham dự các thí nghiệm này.
Hình 3.17. Kết quả nhận dạng hoạt động mắt.
Sau khi thực hiện các thí nghiệm trên 10 đối tượng, kết quả thống kê được chia thành 3 phần là nháy mắt trái, nháy mắt phải và không nháy mắt như trong hình 3.17. Kết quả cho thấy độ chính xác khi xác định nháy mắt trái là 97% và nháy mắt phải 99 %. Tuy nhiên, trong trường hợp không nháy mắt (Neutral) có độ chính xác thấp chỉ với 82%. Nguyên nhân của sự nhận dạng sai là do trong quá trình chuyển động sự tiếp xúc giữa điện cực và da đầu bị giảm, gây ra nhiễu có biên độ lớn tương tự như tín hiệu nháy mắt. Kết quả phân loại nháy mắt này cao hơn kết quả phân loại trong nghiên cứu [57], với độ chính xác lần lượt là 95,1% đối với nháy mắt trái và 96,1% cho nháy mắt phải, tương ứng.