利用三维脑电特征与连续卷积神经网络实现高准确率情绪识别

脑电情绪识别是生物信号处理和机器学习领域的一个重要研究方向，其核心任务是通过分析脑电信号来识别个体的情绪状态。本研究基于DEAP数据集，采用连续卷积神经网络（CNN）模型，并利用脑电微分熵特征，取得显著的情绪识别准确率。 知识点一：DEAP数据集 DEAP（Database for Emotion Analysis using Physiological signals）数据集是一个专门用于情感分析的大规模数据集，包含了32名参与者的脑电信号以及多种生理信号数据。每个参与者观看了40部音乐视频片段，这些视频被设计为诱发不同的情绪反应。通过EEG帽记录的脑电数据以及心率、呼吸频率、皮肤电导等生理信号被同步采集，并由参与者在观看视频后报告自己的情绪状态，从而构建了一个包含主观和客观数据的综合情感数据库。 知识点二：脑电微分熵特征 脑电信号（EEG）是一种复杂的时间序列信号，反映了大脑神经元活动的电位变化。微分熵是信息论中的一种概念，用于衡量信号的复杂度和不确定性。在脑电情绪识别中，微分熵特征能够有效地反映脑电活动的动态变化，为情绪识别提供重要的时域和频域信息。通过计算脑电信号在特定频段内的微分熵值，可以得到一系列用于表征情绪状态的特征指标。 知识点三：三维脑电特征构建 在本研究中，提出了将脑电微分熵特征构建为三维输入的形式。这种三维输入不仅包含了多个频带的信息，还保留了不同电极间的空间特征。空间特征对于脑电情绪识别尤为重要，因为不同的大脑区域可能与不同的情绪处理相关联。三维脑电特征的构建方法通常涉及将脑电信号按频率和空间维度进行编码，从而形成一个可以被卷积神经网络处理的三维数据结构。 知识点四：连续卷积神经网络（CNN） 卷积神经网络是一种专门用于处理具有类似网格结构的数据（如图像、时间序列等）的深度学习模型。连续卷积神经网络通过多个卷积层、激活层和池化层对输入数据进行特征提取和变换，能够有效地捕捉数据中的空间层次关系和时序特征。在脑电情绪识别任务中，连续卷积神经网络能够自动学习和提取脑电信号的高级特征，进而用于情绪状态的分类和识别。通过这种方法，研究者能够达到较高的识别准确率，本研究的准确率高达90.24%。 知识点五：深度学习在情绪识别中的应用 深度学习技术，尤其是卷积神经网络，在情绪识别领域展现出了巨大的潜力。通过深度学习模型，研究者可以从大量的生理信号数据中自动提取情绪相关的特征，无需手动设计复杂的特征提取算法。深度学习模型也能够处理高维度的数据，捕捉信号中的微妙变化，这对于理解复杂的人类情绪至关重要。此外，深度学习模型通常需要大量的标注数据进行训练，这在情绪识别任务中是一个常见的挑战。 本研究通过综合运用以上技术，不仅提升了脑电情绪识别的准确率，也为未来在生物信号处理、情感计算以及人机交互领域的发展提供了新的思路和方法。