一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置，通過安采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號；對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例；將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息；實現了通過腦電波來實時判斷嬰兒情緒，使得對嬰兒的情緒判斷更為準確，給用戶帶來了大大的方便。
【專利說明】—種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及腦電波檢測領域，尤其涉及的是一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置。
【背景技術】
[0002]嬰兒在出生之后到學會說話之前與外界的交流只有笑與哭兩種方式，一般將此稱之為嬰兒的語言，特別是哭的時候嬰兒往往要表達的意思有很多中，但新生兒父母往往在嬰兒哭時由于不明白哭聲表達的含義而無法應對。只能依靠經驗來進行應對。現有技術中，美國布朗大學和羅德島州婦幼醫院聯合制作了一套破解嬰兒哭聲的算法，對音頻、聲調、音量等進行匹配以此判斷嬰兒哭聲的含義，但各嬰兒所產生的聲調、音量都不相同，外界對音頻的干擾也有相應的影響，使得對嬰兒的情緒判斷并不準確，情緒判斷準確率不高給嬰兒父母帶來了大大的不便。
[0003]因此，現有技術還有待于改進和發展。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在于，提供一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置，旨在解決現有的嬰兒情緒判斷方法準確率不高的問題。
[0005]本發明解決技術問題所采用的技術方案如下:
一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，包括以下步驟:
A、采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號；· B、對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例；
C、將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息。
[0006]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，所述步驟A中具體為:
通過國際10-20系統電極放置法安放多個電極來對應采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號，每個所述多個電極采集一個所述腦部位置的腦電波信號。
[0007]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，所述步驟B具體包括:
B1、對每一個電極采集的腦電波信號進行諧波小波包變換，并作傅立葉變換，得到諧波小波變化在頻域的表達式；
B2、根據所述頻域的表達式分層計算諧波小波包變換系數；
B3、根據所述諧波小波包變換系數計算預定頻段的能量隨時間變化函數及所述預定頻段的頻帶能量比例函數；
B4、基于所述能量隨時間變化函數及所述頻帶能量比例函數計算所述第一及第二能量比例，其中所述第一能量比例為每個電極采集的腦電波信號中，預定頻段信號所占的能量比例，所述第二能量比例為每個電極所采集的所述預定頻段信號能量在所采集到總的預定頻段信號能量所占的比例。
[0008]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，所述步驟C具體包括:
Cl、對所計算的第二能量比例按照從大到小的順序排列，得到第二能量比例排列表；
C2、將當前排列在首位的第二能量比例與預存的情緒樣本庫進行匹配，得到匹配樣
本；
C3、判斷所述匹配樣本是否為2個以上，若否則停止，若是則轉到步驟C4 ；
C4、將當前排列在第二位的第二能量比例與所述匹配樣本進行匹配，得到再次匹配樣
本；
C5、判斷所述再次匹配樣本是否為2個以上，若是則按從大到小的順序依次調用所述第二能量比例繼續在所述再次匹配樣本中，直到所述第二能量比例排列表中所有的第二能量比例被匹配完，得到篩選樣本；
C6、判斷所述篩選樣本是否為2個以上，若否則停止，若是則將所計算的第一能量比例與所述篩選樣本進行匹配，得到最終樣本。
[0009]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，所述步驟C6具體包括:
C61、對所計算的第一能量 比例按照從大到小的順序進行排列，得到第一能量比例排列
表;
C62、將當前排列在首位的第一能量比例與所述篩選樣本進行匹配，得到再次篩選樣
本；
C63、判斷所述再次篩選樣本是否為兩個以上，若否則停止，若是則轉到步驟C64 ；
C64、將當前排列在第二位的第一能量比例與所述再次篩選樣本進行匹配，得到多次匹配樣本；
C65、判斷所述多次匹配樣本是否為兩個以上，若否則停止，若是則按從大到小的順序依次調用所述第一能量比例繼續在所述多次匹配樣本中匹配，直到所述第一能量比例排列表的第一能量比例被匹配完，得到最終樣本。
[0010]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，所述步驟C65后還包括:
C66、當所述第一能量比例排列表的第一能量比例被匹配完時，且所述多次樣本為不止一個時，選擇與最后匹配時的第一能量比例最接近的樣本為最終樣本；
C67、獲取與所述最終樣本對應的嬰兒情緒信息。
[0011]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，在所述步驟A之前還包括:
A0、將嬰兒情緒樣本數據輸入到人工神經網絡中進行樣本學習，并得到相應的學習結果，存儲在情緒數據庫中，所述學習結果包括嬰兒的情緒信息；
Al、預先將嬰兒情緒信息與對應的樣本關聯。
[0012]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，在所述步驟C之后還包括:
D、將所述嬰兒情緒信息進行顯示。
[0013]所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其中，所述步驟D之后還包括:
E、獲取與所述嬰兒情緒信息對應的應對方案，將所述應對方案顯示。
[0014]一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測裝置，其中，包括:
腦電波采集模塊，用于采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號；
腦電波信號處理模塊，用于對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例；
情緒分析模塊，用于將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息。
[0015]本發明所提供的一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置，有效地解決了現有的嬰兒情緒判斷方法準確率不高的問題，所述嬰兒情緒檢測方法通過采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號；再對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例；然后將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息；通過結合腦電波來實時判斷嬰兒情緒，使得對嬰兒的情緒判斷更為準確，給用戶帶來了大大的方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明提供的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法較佳實施例的流程圖。
[0017]圖2為本發明提供的國際10-20系統電極放置的示意圖。
[0018]圖3為本發明提供的腦電波采集模塊應用實施例的正面示意圖。
[0019]圖4為本發明提供的腦電波采集模塊應用實施例的側面示意圖。
[0020]圖5為本發明提供的人工神經網絡的獨立神經元的工作示意圖。
[0021]圖6為本發明提供的基于腦電波的嬰兒情緒檢測裝置較佳實施例的結構框圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明提供一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法和裝置，為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅`用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0023]請參閱圖1，圖1為本發明提供的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法較佳實施例的流程圖，如圖所示，所述電嬰兒情緒檢測方法包括以下步驟:
步驟S100、采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號，其中可通過國際10-20系統電極放置法安放多個電極來采集所述腦電波信號；
步驟S200、對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例；
步驟S300、將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息。
[0024]下面結合具體的實施例對上述步驟進行詳細的描述。
[0025]在步驟SlOO中，可通過國際10-20系統電極放置法安放多個電極來對應采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號。具體來說，可以通過國際10-20系統電極放置法來采集嬰兒腦電波數據。請參閱圖2，圖2為國際10-20系統電極放置的示意圖，如圖2所示，所述國際10-20系統電極放置法包括:1.矢狀線:從鼻根(簡稱N)至枕外粗隆(簡稱I)作一條矢狀線并將其作為100%，分成10等分。從N-1標出5點，分別命名為Fp (前額)、Fz (額)、Cz (中央)、Pz (頂)、0 (枕)。N-Fp、Fp-Fz、Fz-Cz、Cz-Pz、Pz-0、0-1 的距離，除 N-Fp 和 O-1各為此線長度的10%以外，其余均為此線全長的20%。2.顳側線:從Fp至O引一條與鼻根-外耳孔-枕外粗隆連接線相平行的線，其長度作為100%，分成10等分。從Fp-O標出5 點，分別命名為 Fpl (Fp2)、F7 (F8)、T3 (T4)、T5 (Τ6)、01 (02)，除 Fp-Fpl (Fp2)及 01
(02)-0間的距離各為此線全長的10%，其余各點間距離均為全長的20%。3.冠狀線:從左外耳孔經頂至右外耳孔連一條線，全長為100%，分10等分。標出5點，分別命名為T3、C3、Cz、C4、T4，除左外耳孔-T3，右外耳孔-T4的距離各為全長的10%外，其余各點間距離均為全長的20%。4.F3、F4和P3、P4點分別位于F7、F8與Fz和T5、T6與Pz間連線的中點上。
[0026]在實際應用時，請一并參閱圖3和圖4，在實際應用時，采集腦電波的裝置可以設置為頭戴式裝置，從而方便進行腦電波采集。本發明一般安放6個電極來采集嬰兒腦部不同位置處的腦電波信號，譬如6個采集電極分別置于？?1，？?2，了3，03，了5沖3。其中，FPl和FP2位置處的腦電波信號可反映人體情緒波動，T3，C3，T5和P3可反映人腦的信息處理活動。當然，本發明還可以采用4個電極，8個電極等多個電極來采集腦電波信號，此處不再贅述。
[0027]在步驟S200中，對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例。具體來說，就是對采集到的腦電波信號進行處理，計算出每一個位置的電極采集的腦電波信號在預定頻段內的能量占該電極采集的腦電波信號的能量的百分比，并計算出每一個電極采集的腦電波信號在所述預定頻段內的能量占所有電極采集的腦電波信號在所述預定頻段內的能量的百分比。具體來說，在采集裝置采集到嬰兒的腦電波之后，分別通過每一個電極采集的對應的腦電波處理芯片對腦電波信號進行處理，計算得出相應的數據計算內容，包括:節律、頻率與功率、波幅、相位關系、在一定時間內產生波的量、波形及數量。若采用6個電極，則計算得出6組相應的數據，計算內容為:節律、頻率與功率、波幅、相位關系、在一定時間內產生波的量、波形及數量。
[0028]在實際應用時，可通過節律、波幅或相位關系等，來計算出每一個電極采集的腦電波信號在預定頻段內的能量占該·電極采集的腦電波信號的能量的百分比，并計算出每一個電極采集的腦電波信號在所述預定頻段內的能量占所有電極采集的腦電波信號在所述預定頻段內的能量的百分比。
[0029]進一步地,所述步驟S200具體包括:
S210、對每一個電極采集的腦電波信號進行諧波小波包變換，并作傅立葉變換，得到諧波小波變化在頻域的表達式；
S220、根據所述頻域表達式分層計算諧波小波包變換系數；
S230、根據所述諧波小波包變換系數計算預定頻段的能量隨時間變化函數及所述預定頻段的頻帶能量比例函數；
S240、基于所述能量隨時間變化函數及所述頻帶能量比例函數計算所述第一及第二能量比例，其中所述第一能量比例為每個電極采集的腦電波信號中，預定頻段信號所占的能量比例，所述第二能量比例為每個電極所采集的所述預定頻段信號能量在所采集到總的預定頻段信號能量所占的比例。
[0030]先進行概念說明。頻域(頻率域)的自變量是頻率，即橫軸是頻率，縱軸是該頻率信號的幅度，也就是通常說的頻譜圖。頻譜圖描述了信號的頻率結構及頻率與該頻率信號幅度的關系。頻帶就是信號包含的最高頻率與最低頻率這之間的頻率范圍(當然頻率分量必須大于一定的值)。頻段就是一定的頻率范圍。具體來說，此處是以頻段為例進行說明，進行頻段特征提取時具體過程如下所示:
首先，對每一個電極采集的腦電波信號進行諧波小波包變換，并作傅立葉變換，得到諧波小波變化在頻域表達式。諧波小波包變換算法(即DHWPT, discrete harmonic waveletpacket transform,獨立諧波小波包變換):基本思想是如果一類小波具有嚴格的矩陣頻譜，即具有理想的濾波特性，用于分析信號，可以精確提取或濾除信號中某一頻帶成分。定義單導(單個電極)的信號X(t)的諧波小波變換為:
【權利要求】
1.一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: A、采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號； B、對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例； C、將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息。
2.根據權利要求1所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，所述步驟A中具體為: 通過國際10-20系統電極放置法安放多個電極來對應采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號，每個所述多個電極采集一個所述腦部位置的腦電波信號。
3.根據權利要求2所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: B1、對每一個電極采集的腦電波信號進行諧波小波包變換，并作傅立葉變換，得到諧波小波變化在頻域的表達式； B2、根據所述頻域的表達式分層計算諧波小波包變換系數； B3、根據所述諧波小波包變換系數計算預定頻段的能量隨時間變化函數及所述預定頻段的頻帶能量比例函數； B4、基于所述能量隨時間變化函數及所述頻帶能量比例函數計算所述第一及第二能量比例，其中所述第一能量比例為每個電極采集的腦電波信號中，預定頻段信號所占的能量比例，所述第二能量比例為每個電極所采集的所述預定頻段信號能量在所采集到總的預定頻段信號能量所占的比例。
4.根據權利要求3所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，所述步驟C具體包括: Cl、對所計算的第二能量比例按照從大到小的順序排列，得到第二能量比例排列表； C2、將當前排列在首位的第二能量比例與預存的情緒樣本庫進行匹配，得到匹配樣本； C3、判斷所述匹配樣本是否為2個以上，若否則停止，若是則轉到步驟C4 ； C4、將當前排列在第二位的第二能量比例與所述匹配樣本進行匹配，得到再次匹配樣本； C5、判斷所述再次匹配樣本是否為2個以上，若是則按從大到小的順序依次調用所述第二能量比例繼續在所述再次匹配樣本中匹配，直到所述第二能量比例排列表中所有的第二能量比例被匹配完，得到篩選樣本； C6、判斷所述篩選樣本是否為2個以上，若否則停止，若是則將所計算的第一能量比例與所述篩選樣本進行匹配，得到最終樣本。
5.根據權利要求4所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，所述步驟C6具體包括: C61、對所計算的第一能量比例按照從大到小的順序進行排列，得到第一能量比例排列表; C62、將當前排列在首位的第一能量比例與所述篩選樣本進行匹配，得到再次篩選樣本；
C63、判斷所述再次篩選樣本是否為兩個以上，若否則停止，若是則轉到步驟C64; C64、將當前排列在第二位的第一能量比例與所述再次篩選樣本進行匹配，得到多次匹配樣本； C65、判斷所述多次匹配樣本是否為兩個以上，若否則停止，若是則按從大到小的順序依次調用所述第一能量比例繼續在所述多次匹配樣本中匹配，直到所述第一能量比例排列表的第一能量比例被匹配完，得到最終樣本。
6.根據權利要求5所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，所述步驟C65后還包括: C66、當所述第一能量比例排列表的第一能量比例被匹配完時，且所述多次樣本為不止一個時，選擇與最后匹配時的第一能量比例最接近的樣本為最終樣本； C67、獲取與所述最終樣本對應的嬰兒情緒信息。
7.根據權利要求1所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，在所述步驟A之前還包括: A0、將嬰兒情緒樣本數據輸入到人工神經網絡中進行樣本學習，并得到相應的學習結果，存儲在情緒數據庫中，所述學習結果包括嬰兒的情緒信息； Al、預先將嬰兒情緒信息與對應的樣本關聯。
8.根據權利要求1所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，在所述步驟C之后還包括: D、將所述嬰兒情緒信息進行顯示。
9.根據權利要求8所述的基于腦電波的嬰兒情緒檢測方法，其特征在于，所述步驟D之后還包括: E、獲取與所述嬰兒情緒信息對應的應對方案，將所述應對方案顯示。
10.一種基于腦電波的嬰兒情緒檢測裝置，其特征在于，包括: 腦電波采集模塊，用于采集嬰兒腦部多個位置處的腦電波信號； 腦電波信號處理模塊，用于對采集到的腦電波信號進行處理，基于每個位置采集腦電波信號的能量及預定頻段信號的能量計算出第一及第二能量比例； 情緒分析模塊，用于將所述第一及第二能量比例在預存的情緒樣本庫進行匹配，獲取最終樣本，得出對應的嬰兒情緒信息。
【文檔編號】A61B5/16GK103654799SQ201310677476
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】劉斌 申請人:Tcl集團股份有限公司