本發(fā)明涉及肌肉電信號(hào)的預(yù)處理算法，尤其涉及一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾募‰娦盘?hào)濾波方法，具體涉及肌肉電信號(hào)中工頻干擾、運(yùn)動(dòng)偽跡以及基線漂移的濾除算法，應(yīng)用領(lǐng)域包括肌電信號(hào)處理、手勢(shì)識(shí)別、肌電義肢、康復(fù)工程、生物機(jī)械等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

可穿戴式設(shè)備，尤其是基于肌肉電信號(hào)原理的可穿戴式設(shè)備，已逐漸被大眾關(guān)注和接受。肌肉電信號(hào)在被應(yīng)用于控制領(lǐng)域以來(lái)，經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，一直被研究應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷和生物機(jī)械領(lǐng)域。隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使用肌電信號(hào)進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別的方法被提出并不斷探索。肌肉電信號(hào)比較微弱，幅值在μV～mV級(jí)。肌肉電信號(hào)的采集過(guò)程中，主要受到如下因素的干擾：周圍電子設(shè)備的電磁輻射產(chǎn)生的工頻干擾；皮膚與電極接觸位置的移動(dòng)等原因造成的運(yùn)動(dòng)偽跡；電子設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作造成的基線漂移。上述干擾會(huì)嚴(yán)重影響肌電信號(hào)的后續(xù)處理，因此對(duì)肌電信號(hào)濾波就存在著必然性。

現(xiàn)有的濾波算法多采用數(shù)字濾波器，采用高通數(shù)字濾波器去除基線漂移以及低頻的運(yùn)動(dòng)偽跡，采用多個(gè)帶通數(shù)字濾波器去除50Hz工頻干擾及其諧波成分。數(shù)字濾波器方法成熟，但是缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：數(shù)字濾波器濾波頻帶較寬，濾除干擾的同時(shí)，勢(shì)必會(huì)濾除有用的肌電信號(hào)；此外，人為設(shè)置參數(shù)，受主觀影響較大，可能出現(xiàn)濾波過(guò)深或不足。這些缺陷都將影響信號(hào)后續(xù)的分析識(shí)別。

因此，需要設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)濾波算法，最大限度去除干擾的同時(shí)，保留原始有用信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提供一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺M(jìn)行濾波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法。

本發(fā)明提供一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法，包括如下步驟：

采集多個(gè)肌電信號(hào)，按照一定時(shí)間長(zhǎng)度的采樣窗口和采樣步長(zhǎng)對(duì)處于多個(gè)檢測(cè)通道的肌電信號(hào)進(jìn)行采樣形成多個(gè)肌電信號(hào)樣本；

對(duì)肌電信號(hào)樣本根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒ǚ纸獬啥鄠€(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF和分解余項(xiàng)；

從多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF中選取至少一個(gè)進(jìn)行相加重構(gòu)，得到去除干擾后的肌電信號(hào)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，在采樣窗口內(nèi)包括64、128、256、512或1024個(gè)采樣點(diǎn)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，在底層嵌入式實(shí)現(xiàn)時(shí)，采樣窗口內(nèi)包括的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)與采樣頻率數(shù)值的比值不超過(guò)0.3。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，從多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF中選取至少一個(gè)進(jìn)行相加重構(gòu)，包括：

將肌電信號(hào)樣本分解后的固有模態(tài)函數(shù)IMF按照頻率的高低依次排列；

去除含有工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF及所有小于所述工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF，對(duì)剩余的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF相加進(jìn)行重構(gòu)；或者，

保留所有高于工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF，并且在所有小于所述工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF中，保留頻率最高的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF，對(duì)保留的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF相加進(jìn)行重構(gòu)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，對(duì)剩余的固有模態(tài)函數(shù)IMF進(jìn)行相加重構(gòu)，包括：

使用固有模態(tài)函數(shù)IMF中的第1個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加重構(gòu)；或者，

使用固有模態(tài)函數(shù)IMF中的第1個(gè)和第2個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加重構(gòu)；或者，

使用固有模態(tài)函數(shù)IMF中的第1個(gè)、第2個(gè)和第4個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加重構(gòu)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，在從多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF中選取至少一個(gè)進(jìn)行相加重構(gòu)之后，還包括：

使用數(shù)字濾波器的方案對(duì)肌電信號(hào)樣本進(jìn)行濾波，得到數(shù)字濾波信號(hào)；

對(duì)采集到的肌電信號(hào)不經(jīng)過(guò)任何處理，得到原始肌電信號(hào)；

分別統(tǒng)計(jì)數(shù)字濾波信號(hào)、原始肌電信號(hào)及經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庀嗉又貥?gòu)操作之后的肌電信號(hào)的識(shí)別率。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，分別統(tǒng)計(jì)數(shù)字濾波信號(hào)、原始肌電信號(hào)及經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庀嗉又貥?gòu)操作之后的肌電信號(hào)的識(shí)別率，包括：

對(duì)數(shù)字濾波信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別處理，得到手勢(shì)的識(shí)別結(jié)論，并將識(shí)別結(jié)論與產(chǎn)生肌電信號(hào)的實(shí)際手勢(shì)進(jìn)行比較；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)相一致，則識(shí)別成功；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)不一致，則識(shí)別失敗；

對(duì)原始肌電信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別處理，得到手勢(shì)的識(shí)別結(jié)論，并將識(shí)別結(jié)論與產(chǎn)生肌電信號(hào)的實(shí)際手勢(shì)進(jìn)行比較；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)相一致，則識(shí)別成功；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)不一致，則識(shí)別失敗；

對(duì)經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庀嗉又貥?gòu)操作之后的肌電信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別處理，得到手勢(shì)的識(shí)別結(jié)論，并將識(shí)別結(jié)論與產(chǎn)生肌電信號(hào)的實(shí)際手勢(shì)進(jìn)行比較；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)相一致，則識(shí)別成功；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)不一致，則識(shí)別失敗；

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，按照一定時(shí)間長(zhǎng)度的采樣窗口和采樣步長(zhǎng)對(duì)處于多個(gè)檢測(cè)通道的肌電信號(hào)進(jìn)行采樣形成多個(gè)肌電信號(hào)樣本，包括：

步驟a、設(shè)置采樣窗口長(zhǎng)為L(zhǎng)，時(shí)間序列為x(t)，步長(zhǎng)為L(zhǎng)；

步驟b、初始化處理，令r_i-1(t)＝x(t),i＝1；其中，r_i(t)為第i個(gè)分解余項(xiàng)；

步驟c、初始化，令h_j-1(t)＝r_i-1(t),j＝1；

步驟d、確定h_j-1(t)的所有極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)；

步驟e、用三次樣條曲線分別對(duì)極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)進(jìn)行插值得到信號(hào)的上下包絡(luò)線，計(jì)算上下包絡(luò)的平均值m_j-1(t)；

步驟f、計(jì)算h_j(t)＝h_j-1(t)-m_j-1(t)；

步驟g、若則c_i(t)＝h_j(t)；否則，j＝j(luò)+1，并重復(fù)執(zhí)行步驟d。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，對(duì)肌電信號(hào)樣本根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒ǚ纸獬啥鄠€(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF和分解余項(xiàng)，包括如下步驟：

步驟h、r_i(t)＝r_i-1(t)-c_i(t)，若r_i(t)極值點(diǎn)數(shù)不小于2個(gè)，則i＝i+1，轉(zhuǎn)到步驟c重復(fù)執(zhí)行；否則，分解結(jié)束；其中，r_i(t)是第i個(gè)余項(xiàng)，h_j(t)為第j個(gè)過(guò)渡量，m_j(t)為h_j(t)上下包絡(luò)的平均值，σ為判斷固有模態(tài)函數(shù)IMF的停止條件的閾值，且0.2≤σ≤0.3，c_i(t)為第i個(gè)IMF。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，判斷IMF的停止條件的閾值σ取值為0.2。

本發(fā)明克服了數(shù)字濾波器濾波勢(shì)必會(huì)濾除有用的肌電信號(hào)、人為主觀設(shè)置濾波參數(shù)導(dǎo)致的濾波過(guò)深或?yàn)V波不足的缺陷。

附圖說(shuō)明

為了更清晰地說(shuō)明本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹。顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法的時(shí)序示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾乃惴鞒淌疽鈭D。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法的流程示意圖，該方法可以包括如下步驟：

S101、采集多個(gè)肌電信號(hào)，按照一定時(shí)間長(zhǎng)度的采樣窗口和采樣步長(zhǎng)對(duì)處于多個(gè)檢測(cè)通道的肌電信號(hào)進(jìn)行采樣形成多個(gè)肌電信號(hào)樣本；

S102、對(duì)肌電信號(hào)樣本根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒ǚ纸獬啥鄠€(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF和分解余項(xiàng)；

S103、從多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF中選取至少一個(gè)進(jìn)行相加重構(gòu)，得到去除干擾后的肌電信號(hào)。

本發(fā)明提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?Empirical Mode Decomposition，簡(jiǎn)稱EMD)的自適應(yīng)肌電濾波算法。該算法基于數(shù)據(jù)的局部時(shí)間特征尺度，把采集到的樣本信號(hào)分解為一系列的固有模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，簡(jiǎn)稱IMF)和分解余項(xiàng)，通過(guò)重構(gòu)固有模態(tài)函數(shù)能夠有效的去除工頻干擾、運(yùn)動(dòng)偽跡干擾以及基線漂移。

進(jìn)一步地，因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性有較高要求，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣窗口的長(zhǎng)度有一定的要求。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在采樣窗口內(nèi)包括64、128、256、512或1024個(gè)采樣點(diǎn)，也就是說(shuō)在底層嵌入式實(shí)現(xiàn)時(shí)，窗口長(zhǎng)度L可以是64、128、256、512或1024。

窗口選擇越小，響應(yīng)時(shí)間越快，但是相同數(shù)據(jù)，處理的段數(shù)就越多，計(jì)算量和計(jì)算的復(fù)雜度就越大。同時(shí)濾波完還有后續(xù)處理，考慮到實(shí)時(shí)性，本發(fā)明的實(shí)施者可以靈活設(shè)置窗口長(zhǎng)度L的具體數(shù)值，在采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和計(jì)算量以及計(jì)算復(fù)雜度之間達(dá)到平衡。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，采樣窗口內(nèi)包括的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)與采樣頻率數(shù)值的比值不超過(guò)0.3。這是因?yàn)槿藱C(jī)交互的實(shí)時(shí)性：人在延遲時(shí)間大于300ms時(shí)，會(huì)有一定的延遲感。因此在采樣頻率為F的情況下，L/F應(yīng)小于0.3，即小于0.3s。例如，窗口內(nèi)有128個(gè)點(diǎn)，采用頻率為1000Hz，此時(shí)，L/F＝128/1000＝0.128＜0.3，就能滿足人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性要求。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，從多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF中選取至少一個(gè)進(jìn)行相加重構(gòu)，具體方法可以為：

將肌電信號(hào)樣本分解后的固有模態(tài)函數(shù)IMF按照頻率的高低依次排列；去除含有工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF及所有小于所述工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF，對(duì)剩余的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF相加進(jìn)行重構(gòu)；或者，

保留所有高于工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF，并且在所有小于所述工頻干擾頻率的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF中，保留頻率最高的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF，對(duì)保留的所述固有模態(tài)函數(shù)IMF相加進(jìn)行重構(gòu)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，50Hz的工頻干擾是規(guī)律的振蕩，必然存在于一個(gè)或多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)中；運(yùn)動(dòng)偽跡屬于不規(guī)律的低頻信號(hào)，存在于多個(gè)低頻固有模態(tài)函數(shù)中；基線漂移代表了信號(hào)的趨勢(shì)走向，存在于分解后的余項(xiàng)。

通過(guò)對(duì)采集的肌電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓研盘?hào)分解為一系列的由高頻到低頻的固有模態(tài)函數(shù)，去除工頻干擾和運(yùn)動(dòng)偽跡干擾所在的固有模態(tài)函數(shù)，同時(shí)去除余項(xiàng)，把剩余固有模態(tài)函數(shù)重構(gòu)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肌電信號(hào)的濾波。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在具體選擇需要重構(gòu)的固有模態(tài)函數(shù)IMF的方式如下：

50Hz的工頻干擾信號(hào)存在于分解后的第2個(gè)或者第3個(gè)或者兩者都有的固有模態(tài)函數(shù)IMF中。

使用分解后的第1個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加重構(gòu)。

或者，使用分解后的第1個(gè)和第2個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加重構(gòu)。

或者，使用分解后的第1個(gè)、第2個(gè)和第4個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加重構(gòu)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的實(shí)施例中，在從多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF中選取至少一個(gè)進(jìn)行相加重構(gòu)之后，還可以使用數(shù)字濾波器的方案對(duì)肌電信號(hào)樣本進(jìn)行濾波，得到數(shù)字濾波信號(hào)；

對(duì)采集到的肌電信號(hào)不經(jīng)過(guò)任何處理，得到原始肌電信號(hào)；

分別統(tǒng)計(jì)數(shù)字濾波信號(hào)、原始肌電信號(hào)及經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庀嗉又貥?gòu)操作之后的肌電信號(hào)的識(shí)別率。具體的，可以采用如下方式：

對(duì)數(shù)字濾波信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后處理，得到手勢(shì)的識(shí)別結(jié)論，并將識(shí)別結(jié)論與產(chǎn)生肌電信號(hào)的實(shí)際手勢(shì)進(jìn)行比較；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)相一致，則識(shí)別成功；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)不一致，則識(shí)別失敗；

對(duì)原始肌電信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別處理，得到手勢(shì)的識(shí)別結(jié)論，并將識(shí)別結(jié)論與產(chǎn)生肌電信號(hào)的實(shí)際手勢(shì)進(jìn)行比較；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)相一致，則識(shí)別成功；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)不一致，則識(shí)別失敗；

對(duì)經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庀嗉又貥?gòu)操作之后的肌電信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別處理，得到手勢(shì)的識(shí)別結(jié)論，并將識(shí)別結(jié)論與產(chǎn)生肌電信號(hào)的實(shí)際手勢(shì)進(jìn)行比較；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)相一致，則識(shí)別成功；如果識(shí)別結(jié)論與實(shí)際手勢(shì)不一致，則識(shí)別失敗。

例如，肌肉執(zhí)行握拳動(dòng)作，對(duì)握拳動(dòng)作產(chǎn)生的肌肉電信號(hào)分別采用數(shù)字濾波器的去干擾方式、不去任何干擾的方式及經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波得到并重構(gòu)固有模態(tài)函數(shù)IMF的方式，分別進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理，分別得到識(shí)別結(jié)論。如果識(shí)別結(jié)論就是握拳，則識(shí)別成功；否則識(shí)別失敗。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法的時(shí)序示意圖。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，按1kHz的采樣頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，信號(hào)的采樣窗口大小設(shè)置為L(zhǎng)＝128。在1kHz的采樣頻率下，L耗時(shí)128ms，較好地滿足了對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

本實(shí)施例中選擇了5個(gè)實(shí)驗(yàn)者(LHC、YQ、LN、LZH和YG)分別采集了休息、伸掌、握拳、內(nèi)擺及外擺5個(gè)手勢(shì)動(dòng)作8個(gè)通道的肌電信號(hào)，并分別進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓玫礁鱾€(gè)樣本的固有模態(tài)函數(shù)IMF。

隨后統(tǒng)計(jì)這5個(gè)實(shí)驗(yàn)者休息和外擺兩個(gè)手勢(shì)狀態(tài)肌電數(shù)據(jù)的50Hz工頻干擾以及小于50Hz的信號(hào)存在的固有模態(tài)函數(shù)IMF所在的位置，如表1所示：

表1

如表1所示，趨勢(shì)項(xiàng)是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾挠囗?xiàng)，表示信號(hào)的基線漂移；運(yùn)動(dòng)偽跡存在于小于50Hz的固有模態(tài)函數(shù)IMF；標(biāo)記“寬”的位置表示所在的固有模態(tài)函數(shù)IMF的頻帶比較寬。

另外取窗口長(zhǎng)度L分別為256、512或1024個(gè)點(diǎn)，重復(fù)以上步驟，50Hz的工頻信號(hào)干擾同樣存在于第2個(gè)，或第3個(gè)，或第2和第3固有模態(tài)函數(shù)IMF中，余項(xiàng)為基線漂移干擾，只不過(guò)小于50Hz的運(yùn)動(dòng)偽跡存在的固有模態(tài)函數(shù)IMF增加了。由于50Hz的工頻信號(hào)所在的固有模態(tài)函數(shù)IMF位置不變，因此，在本實(shí)施例中，窗口長(zhǎng)度L的選擇不影響最終的干擾去除。

在本實(shí)施例中，對(duì)5個(gè)手勢(shì)動(dòng)作的肌電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓玫?個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理；用第1個(gè)和第2個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理；用第1個(gè)、第2個(gè)和第4個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理；用通過(guò)數(shù)字濾波器濾波后的信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理；用沒(méi)有經(jīng)過(guò)去除干擾處理的信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理。分別統(tǒng)計(jì)上述不同來(lái)源的信號(hào)進(jìn)行特征提取、訓(xùn)練和識(shí)別后續(xù)處理之后5個(gè)手勢(shì)的最高識(shí)別率，如下表2。

表2

如表2所示，用第1個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF重構(gòu)的濾波信號(hào)，識(shí)別率高于第1，2個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF、第1，2，4個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF重構(gòu)的濾波信號(hào)，并明顯高于數(shù)字濾波器濾波后信號(hào)和沒(méi)有濾波的信號(hào)。本實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的有效性。

進(jìn)一步地，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾乃惴鞒淌疽鈭D。將采樣后的信號(hào)按照經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾姆椒ǎ纸獬啥鄠€(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF和分解余項(xiàng)，分解步驟如下：

步驟a、設(shè)置采樣窗口長(zhǎng)為L(zhǎng)，時(shí)間序列為x(t)，步長(zhǎng)為L(zhǎng)；

步驟b、初始化處理，令r_i-1(t)＝x(t),i＝1；其中，r_i(t)為第i個(gè)分解余項(xiàng)；

步驟c、初始化，令h_j-1(t)＝r_i-1(t),j＝1；

步驟d、確定h_j-1(t)的所有極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)；

步驟e、用三次樣條曲線分別對(duì)極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)進(jìn)行插值得到信號(hào)的上下包絡(luò)線，計(jì)算上下包絡(luò)的平均值m_j-1(t)；

步驟f、計(jì)算h_j(t)＝h_j-1(t)-m_j-1(t)；

步驟g、若則c_i(t)＝h_j(t)；否則，j＝j(luò)+1，并重復(fù)執(zhí)行步驟d。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，對(duì)肌電信號(hào)樣本根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒ǚ纸獬啥鄠€(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF和分解余項(xiàng)，包括如下步驟：

步驟h、r_i(t)＝r_i-1(t)-c_i(t)，若r_i(t)極值點(diǎn)數(shù)不小于2個(gè)，則i＝i+1，轉(zhuǎn)到步驟c重復(fù)執(zhí)行；否則，分解結(jié)束；其中，r_i(t)是第i個(gè)余項(xiàng)，h_j(t)為第j個(gè)過(guò)渡量，m_j(t)為h_j(t)上下包絡(luò)的平均值，σ為判斷固有模態(tài)函數(shù)IMF的停止條件的閾值，且0.2≤σ≤0.3，c_i(t)為第i個(gè)IMF。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸鉃V波的肌電信號(hào)預(yù)處理方法中，判斷IMF的停止條件的閾值σ取值為0.2，可以得到很好的分解效果。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。