張　羿，趙慧龍，張向剛，秦開宇（電子科技大學(xué)航空航天學(xué)院人機(jī)耦合技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，成都611731）

基于SVM的下肢運(yùn)動(dòng)表面肌電信號(hào)的特征提取與辨識(shí)分析

張羿，趙慧龍，張向剛*，秦開宇
（電子科技大學(xué)航空航天學(xué)院人機(jī)耦合技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，成都611731）

為了對(duì)蹲、站、行走支撐與行走擺動(dòng)四類人體典型運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行有效的分類辨識(shí)，三位健康且未經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的受試者被邀請(qǐng)參加運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)人體下肢股內(nèi)側(cè)肌的表面肌電信號(hào)（Electromyography，EMG）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄。通過時(shí)域、頻域、時(shí)頻域方法，對(duì)特征值進(jìn)行提取，發(fā)現(xiàn)下肢股內(nèi)側(cè)肌的表面肌電信號(hào)在下蹲、起立、行走支撐期和行走擺動(dòng)期四類運(yùn)動(dòng)方式下的動(dòng)態(tài)特征具有明顯的差異性。基于上述結(jié)論，介紹了一種基于支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）的誤識(shí)別樣本二次分類方法，對(duì)上述典型運(yùn)動(dòng)類型進(jìn)行了辨識(shí)分析。與傳統(tǒng)單次樣本識(shí)別結(jié)果相比，本文所發(fā)展的基于SVM特征值分析的誤識(shí)別樣本二次分類方法能較好地提高識(shí)別效果，樣本辨識(shí)結(jié)果顯示時(shí)域和時(shí)頻域的識(shí)別效果最好，時(shí)頻域方法抗外界干擾能力較好。

下肢；表面肌電信號(hào)；特征提??；支持向量機(jī)；時(shí)頻域

1　引言

近些年，宇航員地外生存的健康保障課題已被認(rèn)定為最具挑戰(zhàn)的最高優(yōu)先級(jí)技術(shù)［1］。從近地走向深空，是載人航天的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。我國(guó)載人航天在完成“三步走”戰(zhàn)略目標(biāo)之后，探索的腳步將逐步邁向地球高軌、月球、近地小行星、火星等目的地［2］。然而，載人航天實(shí)踐表明，中長(zhǎng)期空間站駐留，將會(huì)導(dǎo)致宇航員心血管功能障礙、骨質(zhì)丟失、肌肉萎縮、免疫功能下降、空間運(yùn)動(dòng)病等生理效應(yīng)［3］。人體肌肉神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)特征能有效地評(píng)估上述生理效應(yīng)的變化規(guī)律，安全運(yùn)動(dòng)鍛煉能提高人體健康水平和身體素質(zhì)。因此，提供一種安全、可靠且有效的個(gè)性化運(yùn)動(dòng)方案可以幫助宇航員提高心血管系統(tǒng)健康，預(yù)防功能退化性疾病，如骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等［4］。對(duì)表面肌電信號(hào)（Surface Electromyogram，SEMG）的研究能夠幫助分析肌肉的勞損程度，預(yù)測(cè)肢體運(yùn)動(dòng)信息，評(píng)估宇航員在地外生活中日常運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉活動(dòng)能力的影響。表面肌電信號(hào)是通過電極引導(dǎo)、放大而從肌肉表面記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的非平穩(wěn)一維時(shí)間序列生物電信號(hào)，它能夠反映肌肉強(qiáng)度和人的運(yùn)動(dòng)特征［5］。人的運(yùn)動(dòng)意圖通常通過神經(jīng)興奮刺激肌肉細(xì)胞的收縮與舒張實(shí)現(xiàn)［1，2，6］，由于不同的肢體運(yùn)動(dòng)中肌肉收縮的模式不同，導(dǎo)致相應(yīng)的表面肌電信號(hào)的特征也具有差異，在人的意圖控制下產(chǎn)生的表面肌電信號(hào)能較好地反映出肢體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作特征，評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)意圖［1，3］。

傳統(tǒng)的基于表面肌電信號(hào)的人體運(yùn)動(dòng)特征分析方法往往僅針對(duì)時(shí)域或頻域信息對(duì)人體不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行特征分析與提?。?-9］。這些方法都將肌電信號(hào)視為平穩(wěn)或者短時(shí)平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行處理，然而實(shí)際上肌電信號(hào)應(yīng)為非平穩(wěn)信號(hào)［1，5，6］。為了有效地分析SEMG的非平穩(wěn)性，小波變換被應(yīng)用到了SEMG的特征提?。?0，11］。它是將時(shí)域和頻域分析相結(jié)合，對(duì)表面肌電信號(hào)的時(shí)間和頻率所包含的信息研究。由于運(yùn)動(dòng)刺激產(chǎn)生的表面肌電信號(hào)的非平穩(wěn)隨機(jī)性、時(shí)變和易干擾等特性，小波變換也很難對(duì)由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的SEMG特征提取進(jìn)行一般性概括［6，12］。

本文首先對(duì)人體下肢下蹲、起立、行走擺動(dòng)和行走支撐四個(gè)典型基本動(dòng)作的肌電（EMG）信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)查。為了有效降低跨個(gè)體差異性（Inter subject variability），每位受試者對(duì)每個(gè)動(dòng)作試驗(yàn)進(jìn)行3次試驗(yàn)，同時(shí)每次試驗(yàn)也對(duì)該動(dòng)作重復(fù)20次。而考慮到同個(gè)體差異性（Intra subject variability），三位健康且未經(jīng)過專業(yè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的受試者（年齡范圍在20～30歲）被邀請(qǐng)參加試驗(yàn)，在試驗(yàn)前1小時(shí)僅被允許攝入適量的食物。三位受試者分別進(jìn)行了下蹲、起立、行走擺動(dòng)和行走支撐四類動(dòng)作的實(shí)驗(yàn)，單通道肌電采集系統(tǒng)（如圖1所示）被采用來獲取運(yùn)動(dòng)時(shí)股內(nèi)側(cè)肌的表面肌電信息。其次，為了揭示上述四類基本動(dòng)作的可分類性程度，時(shí)域、頻域和時(shí)-頻域三類特征提取方法被采用，支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）分別對(duì)上述四個(gè)動(dòng)作的時(shí)域、頻域和時(shí)-頻域特征進(jìn)行分類驗(yàn)證與對(duì)比分析，同時(shí)也提出了一種基于支持向量機(jī)（SVM）特征值分析的誤識(shí)別樣本二次分類方法（Double-round Feature Recognition and Filtering，DFRF），較好地改善了特征的可辨識(shí)率（包括時(shí)域、頻域和時(shí)-頻域特征）。

2　實(shí)驗(yàn)介紹

本實(shí)驗(yàn)在電子科技大學(xué)航空航天學(xué)院人機(jī)耦合實(shí)驗(yàn)室完成。為觀察不同受試者在下肢運(yùn)動(dòng)時(shí)的股內(nèi)側(cè)肌活動(dòng)反應(yīng)，三名受試者被邀請(qǐng)，每位受試者設(shè)定代號(hào)為A～C，受試者基本資料如表1所示。

表1　受試者基本資料Table 1 Data of the sub jects

實(shí)驗(yàn)所采用的SEMG傳感器包括信號(hào)的檢測(cè)、信號(hào)放大、信號(hào)濾波、A/D轉(zhuǎn)換，通過串口輸入到PC機(jī)上。如圖1所示：

測(cè)試對(duì)象為正常人群，且該被測(cè)試對(duì)象身體健康、體態(tài)正常、身體各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀況良好，無任何關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)障礙疾病。同時(shí)，為了減小同一對(duì)象和主體間的差異性，在進(jìn)行SEMG采集前24 h內(nèi)，被測(cè)試者須避免任何形式的劇烈運(yùn)動(dòng)，并保證下肢肌肉的舒適感。實(shí)驗(yàn)要采集下肢的下蹲、起立、行走擺動(dòng)期和行走支撐期四種動(dòng)作的數(shù)據(jù)，如圖2和圖3所示，其中圖2中的A—B為下蹲，B—C為起立，圖3中的A—C為擺動(dòng)期、C—E為支撐期。由于四種動(dòng)作與膝關(guān)節(jié)密切相關(guān)，控制膝蓋彎曲等動(dòng)作，因此本文針對(duì)股內(nèi)側(cè)肌的肌肉運(yùn)動(dòng)反應(yīng)特征進(jìn)行采集與記錄［13］。

圖1　肌電信號(hào)傳感器Fig.1 Sensor of the SEMG signal

與其他生物電信號(hào)一樣，SEMG本身非常微弱，信噪比較低，易受周圍噪聲信號(hào)的干擾，盡管在電路設(shè)計(jì)中已充分考慮，但在實(shí)際SEMG采集過程中仍需采用一定的措施加以抑制：信號(hào)采集之前，用濕巾擦洗貼片位置并晾干；在粘貼電極片時(shí)，電極片的正負(fù)兩端沿肌纖維的長(zhǎng)軸方向縱向放置，并將電極片粘貼在肌腹處，用手輕輕按壓，保證電極片與皮膚接觸良好并牢牢固定；表面肌電電極片均為一次性粘貼，不能重復(fù)使用［13］。

數(shù)據(jù)采集過程中，受試者做有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作周期大約為3 s，每次采集大約1 min，對(duì)每個(gè)受試者的每個(gè)動(dòng)作每次采集20次，每次采集完之后測(cè)試者要休息10min，然后再接著采集下一組，每個(gè)動(dòng)作每個(gè)人采集3組，然后從中挑選出采集效果比較好的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

原始數(shù)據(jù)進(jìn)行10階中位值濾波以去除采集過程中由于通信錯(cuò)誤等原因產(chǎn)生的奇異點(diǎn)，然后進(jìn)行20～500 Hz帶通濾波以去除低頻和高頻的噪音并加絕對(duì)值，最后用50階滑動(dòng)平均濾波器反復(fù)濾波10次以得到平滑的時(shí)域信號(hào)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示（其中灰色區(qū)域?yàn)樗袠颖镜姆秶?，即所有樣本都在灰色區(qū)域中，黑色加粗線為所有樣本的平均值）。

圖4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果（左上：行走擺動(dòng)，右上：行走支撐，左下：下蹲，右下：起立）Fig.4 Experiment results（upper left：sw ing phase，upper right：support phase，lower left：stand-squat transition，lower right：squatstand transition）

頻域信號(hào)如圖5所示，上述動(dòng)作被選取任意20個(gè)樣本，通過20～500 Hz的帶通濾波器之后，計(jì)算出其功率譜密度，然后對(duì)20個(gè)樣本求平均。

圖5　頻域肌電信號(hào)圖Fig.5 Frequency-domain feature of EMG signals

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)上述四類動(dòng)作在時(shí)域中均存在較大的差別性（如圖4所示），且下蹲、起立和步態(tài)這三個(gè)動(dòng)作之間的幅值有比較大的差別，而步態(tài)中的擺動(dòng)期和支撐期在面積上有一定差別；上述動(dòng)作的功率譜在幅度上也存在差異，下蹲、起立和擺動(dòng)支撐之間有較大差異，但是下蹲和起立之間差異較小，且支撐和擺動(dòng)之間差異也較小（如圖5所示）。

表2　時(shí)域特征均值及標(biāo)準(zhǔn)差Table 2 Average and standard deviation of time-domain features

3　特征提取及分析

本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果分別進(jìn)行了時(shí)域、頻域和時(shí)頻域三種方法的比較分析。

時(shí)域分析方法采用了平均絕對(duì)值肌電值（MAV）、均方根（RMS）、絕對(duì)值積分（iEMG）和過零點(diǎn)數(shù)（ZC）四種提取方法［7］。表2介紹了上述方法對(duì)動(dòng)作特征的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表2可知，在時(shí)域中下蹲、起立與支撐和擺動(dòng)三者之間的MAV、RMS和iEMG差異比較大，說明這三個(gè)特征在這三者之間的類間距離很大，具有相當(dāng)?shù)目煞中?，而MAV的標(biāo)準(zhǔn)差小說明聚類性好；支撐擺動(dòng)之間的iEMG和ZC差異比較大，且標(biāo)準(zhǔn)差小，說明它們之間的類間距很大且聚類性很好，具有很好的可分性。

對(duì)于頻域分析方法，本文采用了常用的平均功率頻率（MNF）、中值頻率（MDF），作為表面肌電信號(hào)的頻域特征值指標(biāo)［14］。表3揭示了上述動(dòng)作樣本的MNF和MDF的標(biāo)準(zhǔn)值與偏差。由表3可知，在頻域中下蹲、起立、支撐和擺動(dòng)四者之間的MDF差異比較大，說明這個(gè)特征在這四者之間的類間距離很大，具有可分類性，而擺動(dòng)和支撐的MDF標(biāo)準(zhǔn)差小說明擺動(dòng)和支撐的聚類性也很好。

表3　頻域特征均值及標(biāo)準(zhǔn)差Table 3 Average and standard deviation of frequencydomain features

最后，本文采用了基于小波變換的時(shí)頻域特征提取方法，對(duì)第2節(jié)所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。圖6展示了本文所采用的5層小波分解方式。給定一個(gè)長(zhǎng)度為N的信號(hào)S，離散小波分解（DWT）最多可以把信號(hào)分解成log2N個(gè)頻率級(jí)。第一步分解開始于信號(hào)S，分解后分解系數(shù)由兩部分組成：低頻系數(shù)向量D1和高頻系數(shù)向量H1，向量D1是由信號(hào)S與低通分解濾波器經(jīng)過卷積運(yùn)算得到的，向量H1是由信號(hào)S與高通分解濾波器經(jīng)過卷積運(yùn)算得到的。在下一步分解中，用同樣的方法把低頻系數(shù)D1分成兩部分，即把上面的S用D1代替，分解后返回尺度2的低頻系數(shù)D2和高頻系數(shù)H2，再往下分解依此類推。最后得到一個(gè)低頻系數(shù)列D5和五個(gè)高頻系數(shù)列H5，H4，H3，H2，H1。基于上述分解，本文選用db3小波函數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以下是對(duì)上面6個(gè)系數(shù)列提取奇異值特征的結(jié)果。表4記錄了四種動(dòng)作樣本的以上特征的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。通過觀察上表可知下蹲、起立、擺動(dòng)和支撐的H4的差異比較大且標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)不大，所以H4的奇異值可分性比較好。

表4　小波變換后各層系數(shù)的奇異值的均值及標(biāo)準(zhǔn)差Table 4 The average and standard deviation for singular values of hierarchical coefficien ts after w avelet transform

4　基于SVM的分類

設(shè)給定的訓(xùn)練集｛（x1，y1），（x2，y2），…，（xm，ym）｝，其中xi∈Rn，y∈｛-1，1｝，即xi為一個(gè)樣本矢量，y表示分類的標(biāo)記，也稱為屬性矢量。如果訓(xùn)練集的所有向量均能由某超平面正確劃分，并且距離最近的異類向量之間的距離最大，則該超平面為最優(yōu)平面，其中距離超平面最近的異類向量被稱為支持向量。該超平面記為式（1）［15］：

其中，w是為最優(yōu)分類面的權(quán)系數(shù)向量，b為常數(shù)，X為輸入樣本向量。我們定義一個(gè)樣本點(diǎn)到超平面的間隔為：

現(xiàn)在對(duì)w和b歸一化，即用w/‖w‖和b/‖w‖分別代替w和b，則間隔可以寫作式（2）：

其中，σg表示幾何間隔。幾何間隔與樣本誤分次數(shù)之間的關(guān)系可表示為式（3）：

其中R=max‖xi‖，σ是樣本集合到分類面的間隔。由以上可得知構(gòu)造最優(yōu)化超平面的問題轉(zhuǎn)化為求min‖w‖，但是必須得加約束，否則幾何間隔有可能為無窮大。因此，約束條件可被表示為：

引入Lagrange乘子，得到函數(shù)：

其中ai為非負(fù)Lagrange乘子。

根據(jù)最優(yōu)化理論，存在唯一的最優(yōu)解，最優(yōu)解在該函數(shù)的極點(diǎn)處，如式（4）對(duì)w和b求偏導(dǎo)數(shù)可得式（4）：

上述是線性可分的情況，如果所給的樣本是線性不可分的，線性分類器的求解程序會(huì)無限循環(huán)下去。這必然使得它的應(yīng)用范圍大大縮小，但是它的很多優(yōu)點(diǎn)我們不愿放棄，這就引入了核函數(shù)，它將輸入空間映射到更高維的空間中。

常用的核函數(shù)包括線性核，多項(xiàng)式核和徑向基核，分別為式（5）～（7）所示：

其中γ，r和σ均為核參數(shù)。

5　結(jié)果

5.1時(shí)域結(jié)果分析

圖7為四種動(dòng)作在時(shí)域中各自的特征值分布情況：其中藍(lán)色—下蹲，紅色—起立，綠色—擺動(dòng)，黑色—支撐（經(jīng)過統(tǒng)一尺度的變換）。

圖7時(shí)域特征值分布圖Fig.7 Distribution of time-domain features

圖8為用SVM進(jìn)行識(shí)別后的結(jié)果，紅點(diǎn)為提前標(biāo)定的類別即為實(shí)際的類別，而黑點(diǎn)為用SVM識(shí)別的結(jié)果，每個(gè)樣本的紅點(diǎn)和黑點(diǎn)互相重疊的說明識(shí)別的結(jié)果是正確的，不重疊則說明是不正確的。

圖8　時(shí)域識(shí)別結(jié)果圖Fig.8 Recognition resu lts of tim e-domain features

由圖8可知，下蹲動(dòng)作中有兩個(gè)樣本識(shí)別錯(cuò)誤，被錯(cuò)劃分成了起立動(dòng)作，而擺動(dòng)樣本有一個(gè)被錯(cuò)劃分成了支撐動(dòng)作。四種動(dòng)作總的識(shí)別率為94.23%。此結(jié)果驗(yàn)證了下蹲、起立、行走擺動(dòng)和行走支撐在時(shí)域中的可分類性。

5.2頻域結(jié)果分析

圖9為四種動(dòng)作在頻域中各自的特征值分布情況：其中藍(lán)色—下蹲，紅色—起立，綠色—擺動(dòng)，黑色—支撐，橫軸表示特征值類型，縱軸表示特征值的大小（經(jīng)過統(tǒng)一尺度的變換）。

圖9　頻域特征值分布圖Fig.9 Distribution of frequency-domain features

由圖9和表3可以觀察到，其頻域特征不具有可分類性。圖10為用SVM進(jìn)行識(shí)別后的結(jié)果，其中紅點(diǎn)為提前標(biāo)定的類別即為實(shí)際的類別，而黑點(diǎn)為用SVM識(shí)別的結(jié)果，每個(gè)樣本的紅點(diǎn)和黑點(diǎn)互相重疊的說明識(shí)別的結(jié)果是正確的，不重疊則說明是錯(cuò)誤的。

由圖10可知，起立動(dòng)作中有一個(gè)樣本識(shí)別錯(cuò)誤，被錯(cuò)劃分成了下蹲動(dòng)作，而擺動(dòng)樣本有二個(gè)被分別錯(cuò)劃分成了支撐動(dòng)作和起立動(dòng)作，但是支撐中有很多被錯(cuò)劃分成了擺動(dòng)。四種動(dòng)作總的識(shí)別率為78.80%。結(jié)果驗(yàn)證了下蹲、起立、行走擺動(dòng)和行走支撐在時(shí)域中不具有可分類性。

圖10頻域識(shí)別結(jié)果圖Fig.10 Recognition results of frequencydomain features

圖11為頻域特征值大小與頻域特征的關(guān)系。

圖11　頻域特征值大小Fig.11 The am p litudes of frequency-domain features

其揭示了擺動(dòng)和支撐之間的識(shí)別率很低，然而支撐（綠色）和擺動(dòng)（黑色）的斜率差較大，因此可通過斜率區(qū)分支撐與擺動(dòng)狀態(tài)。

圖12為加上斜率（slope）的特征值分布結(jié)果：

圖12斜坡特征值分布圖Fig.12 Distribution of slope features

圖13為加上斜率后的識(shí)別結(jié)果。

與圖10結(jié)果相比，二次誤樣本的頻域識(shí)別結(jié)果（如圖10和圖13所示）有了很大改善，且僅一個(gè)樣本被錯(cuò)話分成了擺動(dòng)，另有兩個(gè)被錯(cuò)劃分成了起立。四種動(dòng)作總的識(shí)別率為88.4%，相比加策略之前有了很大的提高。

圖13　二次誤樣本的頻域識(shí)別結(jié)果圖Fig.13 The recognition results of frequency-domain features

5.3時(shí)頻域結(jié)果分析

圖14為四種動(dòng)作在頻域中各自的特征值分布情況：（經(jīng)過統(tǒng)一尺度的變換）。

圖14　時(shí)頻域特征值分布圖Fig.14 Distribution of time-frequency domain features

由圖14時(shí)域特征值分布可以更直觀的看到，以上時(shí)域特征具有比較好的可分性，它更加直觀地體現(xiàn)了我們從表4中得到的結(jié)論。

圖15為用SVM進(jìn)行識(shí)別后的結(jié)果，其中紅色的點(diǎn)為提前標(biāo)定的類別即為實(shí)際的類別，而藍(lán)色的點(diǎn)為用SVM識(shí)別的結(jié)果，每個(gè)樣本的紅色點(diǎn)和黑色點(diǎn)互相重疊的說明識(shí)別的結(jié)果是正確的，不重疊則說明是不正確的。

由圖15可知，擺動(dòng)和支撐之間的識(shí)別率比較低，而下蹲和起立的識(shí)別率還是比較高的，四種動(dòng)作總的識(shí)別率為88.8%。

圖16揭示了時(shí)頻域特征值大小與頻域特征的關(guān)系。

圖16結(jié)果分析可知，擺動(dòng)和支撐之間的識(shí)別率很低，但是仔細(xì)觀察圖16中的綠線和黑線可以發(fā)現(xiàn)，H3和H4之間的斜率相差比較大，所以我們可以用圖16中H3和H4的斜率來識(shí)別支撐和擺動(dòng)這兩個(gè)動(dòng)作。圖17為加上斜率（slope）的特征值分布結(jié)果：

圖17加斜率后特征值分布圖Fig.17 Feature distribution w ith the slope

圖18為加上斜率后的識(shí)別結(jié)果。通過比較第一次識(shí)別結(jié)果（如圖15所示）和本文提出的算法識(shí)別結(jié)果（如圖18所示），可驗(yàn)證二次誤樣本的加斜率辨識(shí)算法能有效提高四種動(dòng)作的時(shí)頻域特征的識(shí)別率，在測(cè)試樣本中的識(shí)別率達(dá)96.1%。

圖18　加斜率后的識(shí)別結(jié)果Fig.18 The recognition resultsw ith the slope

6　結(jié)論

本文利用時(shí)域、頻域和時(shí)頻域三種特征提取方法，對(duì)人體下肢EMG反應(yīng)特征進(jìn)行了提取與分析，比較了三種方法對(duì)蹲、站、行走支撐與行走擺動(dòng)四類人體典型運(yùn)動(dòng)行為可分類性，也提出并驗(yàn)證了一種基于支持向量機(jī)（SVM）特征值分析的誤識(shí)別樣本二次分類方法（DFRF）。與第一輪誤識(shí)別結(jié)果相比，該方法能有明顯的改善。驗(yàn)證結(jié)果也表明，時(shí)域和時(shí)頻域方法在離線分析中正確率最高，為了考慮外界干擾等因素時(shí)頻域方法具有較好的可靠性。

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Support Vector M achine based Feature Extraction and
Recognition of EMG Signals during Lower Extrem ity M ovement

ZHANG Yi，ZHAO Huilong，ZHANG Xianggang，QIN Kaiyu
（The Human-machine Coupling Technology Laboratory，School of Aeronautics and Astronautics，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731，China）

To effectively identify the dynamic behaviors of squat，stand，support，and swing phases ofwalking from EMG signals in the lower extremity，three healthy and untrained subjectswere invited to participate in the exercise experiment.During experiments，the EMG signals of vastusmedialis in terms of squat，stand，support，and swing phases ofwalking were investigated and the features of the time-domain，frequency-domain，and time-frequency domain were extracted respectively.The experimental data showed that those dynamic characteristics were distinctively different.Based on the observed experimental results，the authors proposed a Double-round Feature Recognition and Filtering（DFRF）approach for the error recognition samples by using Support Vector Machine-based Regression（SVM）.Compared to the previous recognitionmethods，it is advantageous that the error recognition rate can be well improved since those error recognition samples evaluated by the firstround feature recognition are further filtered following the second-round feature recognition.The proposedmethod also showed a promising result，indicating that the EMG featuresextracted by time-domain and time-frequency domain have better recognition performance than those by frequency-domain.

lower extremity；EMG；feature extraction；support vectormachine；time-frequency domain

V445，TP391

A

1674-5825（2015）02-0179-08

2014-12-01；

2015-03-13

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（ZYGX2013J123）

張羿（1984-），男，博士，講師，研究方向?yàn)樯硇盘?hào)處理、生理參數(shù)的監(jiān)護(hù)、建模與控制。E-mail：yi.zhang@uestc.edu.cn

張向剛（1973-），男，博士，副教授，研究方向?yàn)槿藱C(jī)系統(tǒng)與機(jī)器人。E-mail：csxgzhang@uestc.edu.cn