[发明专利]一种基于CSP特征提取算法的脑电数据密钥生成方法

说明书

本发明公开了一种基于CSP特征提取算法的脑电数据密钥生成方法，包括以下步骤：步骤1，选取两组试验数据导入MATLAB矩阵实验室，将一组试验数据作为训练信号，另一组试验数据作为测试信号；步骤2，分别对训练信号和测试信号进行数据预处理；步骤3，采用CSP算法对脑电数据提取特征值，通过计算特征值的投影矩阵得到训练集和测试集的特征向量；步骤4，联合训练集的特征向量和训练信号的标签数据确定分类器模型，得到预测结果；步骤5，将得到的预测结果中的标签数据作为密钥，使用AES高级加密标准对文字或文件进行加密。本发明使用运动想象脑电数据生成密钥，由于脑电数据的唯一且复杂，生成的密钥安全性更高，更不容易被泄露和攻击。

技术领域

本发明涉及脑电数据技术领域，具体为一种基于CSP特征提取算法的脑电数据密钥生成方法。

背景技术

随着人脑电活动实时测量技术的逐步提高，一系列脑电信号处理方法得到快速发展，脑电信号有望成为更有效和通用的研究大脑功能的工具。在全球性脑研究计划的推动下,我国提出了“脑科学与类脑研究”以期在脑科学、脑疾病早期诊断与干预、类脑智能计算三个前沿领域取得国际领先的成果。脑电信号的科学研究是脑科学研究领域的重要组成部分，脑-机接口技术(Brain Computer Interface,BCI)是用于人脑与计算机或其他电子设备之间的通信和控制系统，它不同于人脑通常所依赖的周围神经系统和肌肉组织进行信息传递，而是通过人类的头皮电位(即通常的脑电图信号)直接将信号传递到计算机进行信号识别并实现相应的控制。BCI技术因在医疗康复工程、自动控制系统以及军事领域具有重要的应用前景，从而成为近年来研究的热点。

随着脑电技术的发展，运动想象逐渐兴起，研究人员专门对运动想象的脑电信号进行特征提取并对得到的各个提取的特征进行分类识别，使得由脑电信号转变为运动操作的研究更进一步。运动想象脑电是指没有实际的肢体行为，而是利用大脑意念想象肢体动作，并由控制器来实现后续的实际操作。运动想象脑电是一种内源性自发脑电，与诱发脑电不同的是，其无需外界刺激，只需人进行想象运动，脑电波就呈现特异波形。由于这种技术的简单、灵活、无创等特点，在BCI系统中实现运动想象的运用很广。对常见于老年人中的瘫痪、中风等疾病造成的肢体不便，基于运动想象的BCI系统不仅能够帮助病患控制物体，实现自理；还可以作为一种康复理疗的手段，最大限度的帮助其恢复自身的运动能力。随着脑神经科学和信息技术的进步，BCI系统的应用也得到了很大的拓展，它不仅仅可以为残疾患者提供帮助，还可以服务普通群体，如脑-机游戏的研发、精神状态的监测以及在特殊环境下助力工作。

目前，共空间模式(Common Spatial Patterns，CSP)是众多检测和识别基于运动想象的多通道脑电图的方法中最为成功的算法之一。共空间模式最先由Muller-Gerking等人提出，Dornhege等人将其应用了脑-机接口的研究当中共空间模式能够在基于运动想象的脑-机接口中成功也要归功于事件相关同步和事件相关去同步(ERD/ERS)这一神经生理想象。共空间模式是一种针对两分类任务空间滤波技术，它通过计算空间投影来获取最佳的投影方向，使某一个方向的一类信号的方差最大，而另一类信号的方差最小，从而实现两类信号的差别最大。由于采集方式的约束，脑电信号的低空间分辨率、不稳定性、个体差异性大、易受干扰等特点，使得脑电数据信息的精确读取变得异常困难。而使用共空间模式算法对脑电数据进行特征提取时，需要多通道分析且易受噪声干扰，所以提取的特征值存在一定的误差。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，密钥采用人工产生或加密机产生密钥的方式，人工生成密钥成分时，将密钥分成不同的成分，每个密钥成分由不同的人员生成，采用数字和字母随机组合，并于密钥注入前规定时间内完成；加密机产生密钥时，由加密机生成导出。本发明提出一种新的密钥产生方法，使用运动想象脑电数据生成密钥，由于脑电数据的唯一且复杂，生成的密钥安全性更高，更不容易被泄露和攻击。

(二)技术方案