基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法
专利汇可以提供基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于多重分形消除趋势 波动 分析的脑电测谎方法，该方法包括以下步骤：一、脑电测谎判断 阈值 设定：采用与处理器连接的参数设置单元对脑电 信号 提取装置的脑电测谎判断阈值进行设定；二、脑 电信号 采集：采用Pz 电极 对被测试者头部 顶点 的脑电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备按照预先设定的 采样 频率 f对Pz电极提取的脑电信号同步进行采集，且将所采集的脑电信号同步传送至处理器；三、脑电信号分析处理，过程如下：脑电信号接收与同步存储、脑电信号特征提取、说谎与否判断和说谎与否判断结果输出。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简单、快速对说谎状态进行准确检测。，下面是基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法专利的具体信息内容。
1.一种基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、脑电测谎判断阈值设定：采用与处理器(1)连接的参数设置单元(2)对脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值进行设定；
所述脑电信号提取装置包括Pz电极，所述Pz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部顶点的脑电电极；
所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值包括所述Pz电极的脑电测谎判断阈值，所述Pz电极的脑电测谎判断阈值包括Hurst指数判断阈值HPz和多重分形谱宽度判断阈值WPz，其中HPz和WPz均为常数，HPz＝1.0142～1.0967，WPz＝0.894～1.11；
步骤二、脑电信号采集：测谎过程中，对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内，均采用所述Pz电极对被测试者头部顶点的脑电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Pz电极提取的脑电信号同步进行采集，且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1)；
所述Pz电极提取的脑电信号记作Pz脑电信号，所述Pz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位，所述事件相关电位为P300；
本步骤中，采样时间为T且T＝t1+t2；其中，t1＝400ms～600ms；t2＝1200ms～1800ms；
步骤三、脑电信号分析处理，过程如下：
步骤301、脑电信号接收与同步存储：所述处理器(1)将所接收到的脑电信号xPz(i)同步存储至存储器(4)内；
所述存储器(4)与处理器(1)连接；
所述脑电信号xPz(i)包括N个采样周期内采集的Pz脑电信号，其中i为正整数且i＝1、2、
3、…、N， f的单位为Hz，T的单位为ms；
步骤302、脑电信号特征提取：所述处理器(1)调用多重分形消除趋势波动分析模块计算得出脑电信号xPz(i)的Hurst指数HPz’和多重分形谱宽度WPz’；
步骤303、说谎与否判断：根据步骤302中得出的Hurst指数HPz’和多重分形谱宽度WPz’，并结合步骤一中设定的Hurst指数判断阈值HPz和多重分形谱宽度判断阈值WPz，所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断：当HPz’＞HPz且WPz’＜WPz时，判断为此时被测试者没有说谎；否则，判断为此时被测试者说谎；
步骤304、说谎与否判断结果输出：所述处理器(1)将步骤303中作出的说谎与否判断结果输出。
2.按照权利要求1所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤302中进行脑电信号特征提取之前，还需对脑电信号xPz(i)进行预处理；
对脑电信号xPz(i)进行预处理时，先对脑电信号xPz(i)进行去除眼电伪迹处理，再对去除眼电伪迹处理后的脑电信号xPz(i)进行滤波处理。
3.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤一中进行脑电测谎判断阈值设定时，过程如下：
步骤101、按照常规的ERP实验方法，对被测试者随机赋予三种刺激，三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激；三种刺激的测试次数均为多次，其中无关刺激出现的概率为
70％，探测刺激和靶刺激出现的概率均为15％；
对被测试者赋予任一种刺激时，均按照步骤二中所述的方法进行脑电信号采集；
步骤102、将赋予多次探测刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均，得到探测刺激下的脑电信号XPz(i)，再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号XPz(i)的Hurst指数HPzM和多重分形谱宽度WPzM；
同时，将赋予多次无关刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xPz(i)进行叠加平均，得到无关刺激下的脑电信号X’Pz(i)，再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号X’Pz(i)的Hurst指数HPzm和多重分形谱宽度WPzm；
步骤103、根据公式 和公式 计算得出Hurst指数
判断阈值HPz和多重分形谱宽度判断阈值WPz。
4.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤二中所述的t1＝500ms，t2＝1500ms。
5.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤一中所述脑电信号提取装置还包括Fz电极；所述Fz电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部中央点的脑电电极；
所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值还包括所述Fz电极的脑电测谎判断阈值，所述Fz电极的脑电测谎判断阈值包括Hurst指数判断阈值HFz和多重分形谱宽度判断阈值WFz，其中HFz＝0.9035～0.9985，WFz＝0.6972～0.8377；
步骤二中进行脑电信号采集时，对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内，均采用所述Fz电极对被测试者头部中央点的脑电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1)；
所述Fz电极提取的脑电信号记作Fz脑电信号，所述Fz脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位，所述事件相关电位为P300；
步骤三中进行脑电信号分析处理，过程如下：
步骤301中进行脑电信号接收与同步存储时，所述处理器(1)还需将所接收到的脑电信号xFz(i)同步存储至存储器(4)内；
所述脑电信号xFz(i)包括N个采样周期内采集的Fz脑电信号；
步骤302中进行脑电信号特征提取时，所述处理器(1)还需调用多重分形消除趋势波动分析模块计算得出脑电信号xFz(i)的Hurst指数HFz’和多重分形谱宽度WFz’；
步骤303中得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果；
步骤303中完成根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断后，还需根据步骤302中得出的Hurst指数HFz’和多重分形谱宽度WFz’，并结合步骤一中设定的Hurst指数判断阈值HFz和多重分形谱宽度判断阈值WFz，所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断：当HFz’＞HFz且WFz’＜WFz时，判断为此时被测试者没有说谎；否则，判断为此时被测试者说谎；此时，所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果；
步骤304中进行说谎与否判断结果输出之前，还需判断根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果是否一致：当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎与否判断结果一致时，进入步骤304；否则，所述处理器(1)输出本次测谎无效。
6.按照权利要求5所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤一中对所述Fz电极的脑电测谎判断阈值进行设定时，过程如下：
步骤A1、按照常规的ERP实验方法，对被测试者随机赋予三种刺激，三种刺激分别为探测刺激、无关刺激和靶刺激；三种刺激的测试次数均为多次，其中无关刺激出现的概率为
70％，探测刺激和靶刺激出现的概率均为15％；
对被测试者赋予任一种刺激时，在被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内，均采用所述Fz电极对被测试者头部中央点的脑电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1)；
步骤A2、将赋予多次探测刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xFz(i)进行叠加平均，得到探测刺激下的脑电信号XFz(i)，再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号XFz(i)的Hurst指数HFzM和多重分形谱宽度WFzM；
同时，将赋予多次无关刺激时脑电信号采集设备(3)采集的多个脑电信号xFz(i)进行叠加平均，得到无关刺激下的脑电信号X’Fz(i)，再按照步骤301至步骤302中所述的方法计算得出脑电信号X’Fz(i)的Hurst指数HFzm和多重分形谱宽度WFzm；
步骤A3、根据公式 和公式 计算得出Hurst指数
判断阈值HFz和多重分形谱宽度判断阈值WFz。
7.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤一中所述脑电信号提取装置还包括辅助测试用脑电电极；所述辅助测试用脑电电极的数量至少为两个且其数量不大于3个；所述辅助测试用脑电电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在FC1、FC2或Fz点的脑电电极；
步骤一中所述脑电信号提取装置的脑电测谎判断阈值还包括各辅助测试用脑电电极的脑电测谎判断阈值，所述辅助测试用脑电电极的脑电测谎判断阈值包括Hurst指数判断阈值HAs和多重分形谱宽度判断阈值WAs；
布设FC1点的脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs＝0.9587～1.0242且其多重分形谱宽度判断阈值WAs＝0.7247～0.8522；
布设FC2点的脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs＝0.9497～1.0392且其多重分形谱宽度判断阈值WAs＝0.6947～0.8082；
布设Fz点的脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs＝0.9035～0.9985且其多重分形谱宽度判断阈值WAs＝0.6972～0.8377；
步骤二中进行脑电信号采集时，对被测试者赋予刺激前的时间段t1内和对被测试者赋予刺激后的时间段t2内，均采用各辅助测试用脑电电极对被测试者头部对应部位的脑电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备(3)按照预先设定的采样频率f对各辅助测试用脑电电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器(1)；
所述辅助测试用脑电电极提取的脑电信号记作As脑电信号，所述As脑电信号为因赋予刺激诱发的诱发脑电信号且其诱发电位为事件相关电位，所述事件相关电位为P300；
步骤三中进行脑电信号分析处理，过程如下：
步骤301中进行脑电信号接收与同步存储时，所述处理器(1)还需将所接收到的各脑电信号xAs(i)同步存储至存储器(4)内；
每个所述脑电信号xAs(i)包括N个采样周期内同一个所述辅助测试用脑电电极采集的As脑电信号；
步骤302中进行脑电信号特征提取时，所述处理器(1)还需调用基于多重分形消除趋势波动分析模块分别计算得出各脑电信号xAs(i)的Hurst指数HAs’和多重分形谱宽度WAs’；
步骤303中得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果；
步骤303中完成根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断后，还需根据各脑电信号xAs(i)分别进行说谎与否判断；
其中，对任一个脑电信号xAs(i)进行说谎与否判断时，根据步骤302中得出的该脑电信号xAs(i)的Hurst指数HAs’和多重分形谱宽度WAs’，所述处理器(1)调用差值比较模块对此时被测试者说谎与否进行判断：当该脑电信号xAs(i)的Hurst指数HAs’大于步骤一中设定的与该脑电信号xAs(i)对应的辅助测试用脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs且该脑电信号xAs(i)的多重分形谱宽度WAs’小于步骤一中设定的与该脑电信号xAs(i)对应的辅助测试用脑电电极的多重分形谱宽度判断阈值WAs时，判断为此时被测试者没有说谎；否则，判断为此时被测试者说谎；此时，所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果；
步骤304中进行说谎与否判断结果输出之前，还需判断根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据各脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果是否一致：当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据各脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果均一致时，进入步骤304；否则，所述处理器(1)输出本次测谎无效。
8.按照权利要求1或2所述的基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法，其特征在于：步骤一中所述脑电信号提取装置为32导联脑电电极或64导联脑电电极。
基于多重分形消除趋势波动分析的脑电测谎方法
技术领域
背景技术
P300诱发电位的脑电波变化来判定谎情。
知过程中大脑的神经电生理的变化，也被称为认知电位，也就是指当人们对某课题进行认
知加工时，从头颅表面记录到的脑电位，也称为ERP脑电位，对应的脑电波信号为ERP脑电波信号。
200ms～500ms的负向波。P300诱发电位的脑电波信号的典型特征是潜伏期、波幅和波面积。
由于P300诱发电位是大脑在“无意识”过程中产生的，不会出现“把无当有”的情况，较科学有效地帮助警方侦破案件。随后，众多研究者对ERP测谎技术提出多种改进，如幅值差(即
BAD方法)、线性相关系数(即BCD方法)、频谱估计值(即功率谱估计)、小波系数、脑网络结构等，上述处理方法主要以脑电信号的时域、频域特征参数为评价标准展开研究，如BAD方法和BCD方法这两种经典的信号分析处理方法，都利用单通道的P300诱发电位的脑电波信号
幅值信息区分诚实和欺骗性反应。赵敏等提出的多通道幅值和受试者的反应时间相结合的
方法以及Dey S提出的小波特征提取同样能有效地反映出欺骗和诚实之间的显著差异，并
与BAD方法和BCD方法对比得到了较好的结果。但上述处理方法虽然提高了单次响应下诱发
脑电信号的信噪比，并且直观地反映出了诚实和欺骗行为之间的差异，但是没有考虑到脑
电信号的非线性和混沌特性，造成部分信息损失。
发明内容
值WPz，其中HPz＝1.0142～1.0967，WPz＝0.894～1.11；
信号同步进行采集，且将所采集的脑电信号同步传送至处理器；
阈值WFz，其中HFz＝0.9035～0.9985，WFz＝0.6972～0.8377；
时提取，并通过脑电信号采集设备按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信
号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器；
根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎
与否判断结果一致时，进入步骤304；否则，所述处理器输出本次测谎无效。
时提取，并通过脑电信号采集设备按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信
号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器；
个且其数量不大于3个；所述辅助测试用脑电电极为按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在FC1、FC2或Fz点的脑电电极；
判断阈值HAs和多重分形谱宽度判断阈值WAs；
电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备按照预先设定的采样频率f对各辅助测试
用脑电电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器；
电电极的多重分形谱宽度判断阈值WAs时，判断为此时被测试者没有说谎；否则，判断为此时被测试者说谎；此时，所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果；
当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据各脑电信号xAs(i)判断得出的
说谎与否判断结果均一致时，进入步骤304；否则，所述处理器输出本次测谎无效。
合能全面、综合反映脑电信号的长程幂律性和复杂性，能真实且全面反映所分析脑电信号
的特征，能克服传统特征提取方法中仅重点考虑脑电信号的线性特征造成部分关键信息损
失的缺陷，从而确保测谎检测结果的准确性。
行确定，因而能准确反映个体差异，使得测谎结果更加准确，针对性更强。
断后得出测谎结果，从而避免单一电极分析处理结果的片面性和不准确性，进一步提高测
谎结果的准确性。
附图说明
具体实施方式
值WPz，其中HPz和WPz均为常数，HPz＝1.0142～1.0967，WPz＝0.894～1.11；
信号同步进行采集，且将所采集的脑电信号同步传送至处理器1；
的脑电位，它反映了认知过程中大脑的神经电生理的变化，也被称为认知电位，也就是指当人们对某课题进行认知加工时，从头颅表面记录到的脑电位，也称为ERP脑电位，对应的脑电信号为ERP脑电信号。其中，赋予刺激指的是对被测试者赋予一次刺激。此处，对被测试者赋予刺激指的是对被测试者进行一次测谎提问。因而，步骤二中所述的对被测试者赋予刺
激指的是引起事件相关电位的刺激，具体是对被测试者进行一次提问。
analysis，MF-DFA)是2002年Kantelhardt等 在消除趋势波动分析法(DFA)的基础上提出
的，详见《Multifractal detrended fluctuation analysis of non-stationary time
series》，作者Kantelhardt J W,Zschiegner S A,Koscielny-Bunde E,et al.，2002年发表于Physica A-statistical Mechanics&Its Applications。
被测试者按照实验要求，对随机出现的刺激问题判断后进行回答。每一次赋予刺激过程中，均按照步骤二中所述的方法进行脑电信号采集。
阈值WFz，其中HFz和WFz均为常数，HFz＝0.9035～0.9985，WFz＝0.6972～0.8377；
时提取，并通过脑电信号采集设备3按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信
号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器1；
根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据脑电信号xFz(i)判断得出的说谎
与否判断结果一致时，进入步骤304；否则，所述处理器1输出本次测谎无效。
时提取，并通过脑电信号采集设备3按照预先设定的采样频率f对所述Fz电极提取的脑电信
号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器1；
按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在FC1、FC2或Fz点的脑电电极；
判断阈值HAs和多重分形谱宽度判断阈值WAs；各辅助测试用脑电电极的Hurst指数判断阈值HAs和多重分形谱宽度判断阈值WAs均为常数；
电信号进行实时提取，并通过脑电信号采集设备3按照预先设定的采样频率f对各辅助测试
用脑电电极提取的脑电信号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器1；
电电极的多重分形谱宽度判断阈值WAs时，判断为此时被测试者没有说谎；否则，判断为此时被测试者说谎；此时，所得出的说谎与否判断结果为根据脑电信号xAs(i)判断得出的说谎与否判断结果；
当根据脑电信号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果和根据各脑电信号xAs(i)判断得出的
说谎与否判断结果均一致时，进入步骤304；否则，所述处理器1输出本次测谎无效。
号xPz(i)判断得出的说谎与否判断结果的片面性，确保说谎与否判断结果的准确性。
时提取，并通过脑电信号采集设备3按照预先设定的采样频率f对所述As电极提取的脑电信
号同步进行采集且将所采集的脑电信号同步传送至处理器1；
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