皮肤电研究: 情绪识别的特征提取与选择

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皮肤电活动(EDA)是情绪状态的重要信息来源。使用少量特征和数据集测试它们识别情感的适用性研究首次探索了梅尔频率倒谱系数(MFCC)相关的统计特征,并发现其优于所有其他特征组,包括最常用的皮肤电导响应(SCR)相关特征。

GSR皮电分析方法

皮肤电活动(EDA)是情绪状态的重要信息来源。EDA是皮肤的电导率,通常在手掌部位测量,可以反映认知和情绪的变化,例如认知努力、情绪唤醒。EDA是一种非平稳信号,它是两种不同成分的集合:

1.强直成分(tonic component),皮肤电导率的一般水平,随时间缓慢变化;

2.相位成分(phasic component),在强直成分的基础上表现出更尖锐的峰值,这通常由刺激时瞬时交感神经的激活造成,在某些个体中也自发产生。

EDA的强直成分称皮肤电导水平(SCL),短期相位响应称皮肤电导响应(SCR)。EDA信号通常先快速增加,然后慢速下降到基线水平(见图1)。EDA平均水平通常在2-20微秒,不同的个体有1-3微秒的波动,峰谷到峰值的典型上升时间约1-3秒,SCR幅值开始恢复的一半时间(half recovery)为2-10秒。EDA成本低、易收集,已普遍应用于心理学研究的。

2.相关研究

EDA情绪识别通常用于评估各种环境体验,例如娱乐游戏、驾驶、患者-机器人交互。先前研究探索了EDA各种特征的预测能力,包括时域、频域、时频特征。

EDA是非平稳信号,适合用小波进行建模。

1.离散小波变换。小波被离散采样时的小波变换称离散小波变换(DWT)。去噪后的DWT小波系数特征已用于人机交互的情绪状态分类。

2.平稳小波变换。平稳小波变换(SWT)分析EDA也具有优势。SWT是重复、线性的,与DWT相比,SWT的移动不变,且提供了更好的低频段采样率。SWT已应用于EDA信号去噪,SWT更高效、计算的复杂度低。

梅尔频率倒谱特征

EDA信号可以由一系列重叠、快速变化的相位SCR表征,这些SCR覆盖在缓慢变化的强直活动(SCL)上,使皮肤电导(SC)的数据分解变得复杂,也限制了经典方法评估SCR的能力。催汗神经活动被认为是EDA的驱动因素,它由一系列不同冲动(如催汗神经活动突发, sudomotor nerve burst)组成,这些突发会触发特定的脉冲响应(如SCR)。