Filter Bank Convolutional Neural Network for SSVEP Classification

计算机科学 卷积神经网络 模式识别(心理学) 人工智能 过滤器组 谐波 脑-机接口 分类器(UML) 脑电图 特征提取 语音识别 滤波器(信号处理) 计算机视觉 工程类 电气工程 精神科 电压 心理学
作者
Dechun Zhao,Tian Wang,Yuanyuan Tian,Xiaoming Jiang
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9: 147129-147141 被引量:16
标识
DOI:10.1109/access.2021.3124238
摘要

Harmonics in electroencephalogram (EEG) caused by visual stimulation are the main basis of classification of steady-state visual evoked potential (SSVEP). However, the correlation of various harmonics, which could improve the classification performance especially when evoked EEG components are much weaker than spontaneous EEG components, has not been take into consideration in the design of classifier in previous studies. In this study, we proposed a filter bank convolutional neural network (FBCNN) method to optimize SSVEP classification. Three filters with passbands covering each harmonic of SSVEP signals are used to extract and separate the corresponding components, and the information from them are transformed into frequency domain. Subsequently, we introduce a novel convolutional neural network (CNN) architecture with three parallel CNN channels to extract and learn the harmonic features in passbands, and conclusions on the correlation among harmonics can finally be made by pair-add-up operations and dimension reductions to weigh the feature vectors. The proposed FBCNN is evaluated on two public datasets (Dataset1: 12-class, 10 subjects; Dataset2: 40-class, 35 subjects) to compare with other methods. The experimental results illustrate that FBCNN method improves the performance of CNN-based SSVEP classification methods and has a great potential to be applied in SSVEP-based BCI.

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