基于脑机接口的驾驶疲劳检测关键技术

本书采用ERP（事件诱发电位）、ERS（事件相关同步）/ERD（事件相关去同步）探索驾驶疲劳形成的神经机理。基于疲劳相关功能团，采用五种关联算法，构建功能性脑网络（FBN），应用最大生成树、最优化模型、溯源、脑网络演化模型等方法，对FBN网络拓扑络特性、动力学变化和相关网络指标进行分析。运用多特征融合算法建立检测模型，采用三种融合策略将局部特征和全局特征相融合进行检测。
本书旨在将脑机接口在驾驶安全领域的应用技术结合科研实践进行系统梳理和总结，为相关研究团队和科技人员提供参考。

本书的创新性在于： 1、详细系统的归纳总结驾驶疲劳的现有研究成果，可为相关研究团队提供一个翔实的资料； 2、从实验范式到应用系统开发，涵盖整个脑机接口研究不同阶段，为相关研究团队提供一个完整的流程参考； 3、在介绍疲劳检测模型中，以特征特点为主导，以局部性脑电信号特征、全局性脑电信号特征、多模态特征为划分进行分类介绍，更加符合驾驶疲劳检测的神经机理，为相关领域研究提供一个新的思路。

脑机接口技术是一种脑电信号应用研究的技术。随着汽车的普及，在行车舒适性和安全方面，脑机接口技术融入智能行车的研究也逐渐增加。在这些研究中，驾驶员的驾驶疲劳检测研究是一个热点。根据交通运输部统计，疲劳驾驶已经是引发重大恶性交通事故的一个重要因素，因此对驾驶员进行疲劳检测和提醒研究，对降低交通事故、降低人员伤害和财产损失有重要意义。
本书著者项目组从2014年开始进行驾驶疲劳检测研究，从驾驶疲劳实验范式、数据获取和分析、疲劳检测、驾驶疲劳特征分析、驾驶员属性分析等多方面进行了理论研究，也进行了驾驶疲劳检测系统、实验系统等应用研究，详细地归纳总结驾驶疲劳的现有研究成果，可为相关研究团队提供一个翔实的资料借鉴。同时通过从实验范式到应用系统开发，涵盖整个脑机接口研究不同阶段的介绍，可为相关研究团队提供一个完整的研究流程参考。在介绍疲劳检测模型中，本书以特征为主导，以局部性脑电信号特征、全局性脑电信号特征、多模态特征为划分线索进行分类介绍，更加符合驾驶疲劳检测的神经机理，为相关研究团队提供一个新的研究思路。
本书分为六章，涵盖了基于脑电信号的驾驶疲劳检测及相关研究内容。第一章从脑电信号、疲劳驾驶的危害、驾驶疲劳中的脑电信号和驾驶疲劳检测关键技术等方面展开讨论。第二章介绍了脑电信号研究现状，包括特征提取方法、分类方法、应用和实验范式的研究现状。第三章探讨了驾驶疲劳检测方法，包括基于驾驶行为特征、面部特征、生理信号特征和信息融合的驾驶疲劳检测。第四章介绍了基于脑电信号的驾驶疲劳检测实验，包括实验范式设计、数据采集评测和数据预处理。第五章讨论了疲劳驾驶研究中的模式识别技术，涉及局部和全局脑电信号特征的疲劳研究分析，以及多特征和分类器融合的疲劳检测模型等内容。最后，第六章探讨了基于脑电信号的驾驶疲劳验证系统研究，包括脑电信号采集研究、分析中间件设计和在线疲劳检测系统设计。
本书由尹晶海、王平、徐军莉和穆振东著。其中第一章、第四章和参考文献由王平编写和整理，第二、三章由徐军莉编写，第五章由穆振东编写、第六章由尹晶海编写。本书由国家自然科学基金课题“No.61762045”、江西省自然科学基金项目“No.20202BABL202031”和江西省教育厅科技计划项目“No.GJJ2202611”资助。
由于笔者水平所限，书中不足之处，敬请广大读者批评指正。

著者

第一章 绪论001
第一节脑电信号001
第二节疲劳驾驶的成因和危害014
第三节驾驶疲劳中的脑电信号017
第四节驾驶疲劳检测中的关键技术018

第二章 脑电信号研究现状024
第一节基于脑电信号的特征提取方法研究现状024
第二节基于脑电信号的分类方法研究现状048
第三节基于脑电信号的应用研究现状075
第四节基于脑电信号的实验范式研究现状086

第三章 驾驶疲劳检测094
第一节基于驾驶行为特征的驾驶疲劳检测096
第二节基于面部特征的驾驶疲劳检测101
第三节基于生理信号特征的驾驶疲劳检测114
第四节基于信息融合的驾驶疲劳检测121

第四章 基于脑电信号的驾驶疲劳检测实验128
第一节实验范式设计128
第二节实验数据采集和评测135
第三节实验数据的预处理138

第五章 疲劳驾驶研究中的模式识别技术151
第一节基于局部脑电信号特征的驾驶疲劳研究分析151
第二节基于局部性脑电信号特征的疲劳检测模型及其相关应用153
第三节基于全局性脑电信号特征的疲劳检测162
第四节基于全局性脑电信号特征的疲劳检测模型及其应用165
第五节基于多特征和分类器融合的疲劳检测模型176
第六节基于多分类器融合的疲劳检测模型178

第六章 基于脑电信号驾驶疲劳验证系统研究187
第一节脑电信号采集研究187
第二节脑电信号分析中间件设计198
第三节在线疲劳检测系统设计204

参考文献227