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人类睡眠监测方法及睡眠质量分析的研究

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目录

摘要

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 睡眠数据获取及处理方法的研究现状

1.2.2 特征设计及特征选择方法的研究现状

1.2.3 睡眠阶段划分方法的研究现状

1.3 本文主要研究工作

1.4 本文章节安排

第2章 基于傅里叶和小波变换提取睡眠数据的研究

2.1 引言

2.2 基于离散傅里叶对呼吸信号的分解和重构

2.2.1 非周期信号的傅里叶变换

2.2.2 离散信号傅里叶变换

2.2.3 栅栏效应与频谱泄露

2.2.4 傅里叶对睡眠数据的分解及呼吸信号的重构

2.3 基于小波变换对信号的分解与呼吸信号的重构

2.3.1 离散小波变换与小波基的选择

2.3.2 Mallat算法

2.3.3 数据的边界处理

2.3.4 小波变换对原数据的分解及对呼吸信号的重构

2.4 基于小波与傅里叶结合方式对睡眠数据处理

2.4.1 傅里叶变换和小波变换优缺点

2.4.2 结合小波和傅里叶对睡眠数据解析

2.5 实验结果及分析

2.5.1 数据集

2.5.2 特征选取与分类器选择

2.5.4 实验结果

2.6 本章小结

第3章 基于体动信号和呼吸信号上的特征选取方法的研究

3.1 引言

3.2 体动信号的获取及特征提取

3.2.1 睡眠数据中体动信号的检测

3.2.2 对称延展及一元二次线性插值对数据填补

3.2.3 体动特征提取

3.3 呼吸信号上呼吸特征提取

3.3.1 呼吸峰的检测算法

3.3.2 呼吸信号时域特征提取

3.3.3 呼吸信号频域特征提取

3.3.4 小波系数特征提取

3.4 特征选择方法

3.4.1 基于F分值特征选择方法

3.4.2 基于快速相关过滤FCBF的特征选择方法

3.4.3 基于最小冗余最大相关mRMR的特征提取方法

3.4.4 基于Bayes低损降维LLDR的特征提取方法

3.5 实验结果及分析

3.5.1 实验环境

3.5.2 特征选择的阈值设定

3.5.3 不同分类器的特征选择

3.5.4 体动去除对分类结果的影响

3.6 本章小结

第4章 基于二叉决策树的多贝叶斯分类器组合及选择方法研究

4.1 引言

4.2 贝叶斯分类器

4.2.1 朴素贝叶斯分类器

4.2.2 TAN贝叶斯分类器

4.3 基于二叉决策树的多贝叶斯分类器组合及选择方法

4.3.1 基于二叉决策树的多贝叶斯组合分类方法

4.3.2 多贝叶斯分类器动态选择方法

4.3.3 基于二叉决策树的多贝叶斯分类器组合及选择方法

4.4 实验结果与分析

4.4.1 实验环境

4.4.2 结果分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

声明

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摘要

良好的睡眠是恢复体力、维持心理和生理健康的必备条件。睡眠质量与人类的身心健康息息相关,人们已经逐步认识到睡眠健康的重要性,并得知睡眠阶段分布情况对睡眠质量起至关重要的作用。因此人们设计便捷、大众化的可穿戴设备监测睡眠。可穿戴设备存在抗干扰性和可用性差、准确率低等问题,其所产生的数据具有噪声高,质量低的特点。为了能在这类低质量数据上得到较好的睡眠分析结果,设计并实现简洁易用的睡枕监测睡眠。在睡眠数据预处理、特征设计及选择、分类方法三个方向进行研究,达到较高的睡眠分类准确率的目的,主要研究内容如下:
  1.睡枕所获取的原数据具有非周期性、有限性、离散性特点,为获取隐含其中的呼吸信号,研究离散傅里叶变换和离散小波变换的基本原理,提出基于离散傅里叶对呼吸信号的重构方法和基于离散小波变换对呼吸信号的重构方法。为能够在时域和频域上描述呼吸信号细节信息,结合FFT能准确获得各频谱分量的优点,以及DWT能在时域上较准确地获取各频带信号的优点,提出基于FFT+DWT的呼吸信号获取方法。
  2.特征的设计以及选择对分类效果极为重要。本文提出体动提取算法、呼吸峰检测算法获取体动信息和呼吸信息。在体动信号上,设计专有特征描述体动量、体动持续时间、体动分布等。为捕捉呼吸变化情况对睡眠阶段的影响,分别在时域与频域上提取样本熵和动态时间规整相关特征描述呼吸与睡眠状态的关系。实现F-score、FCBF、mRMR、LLDR四种特征选择方法,以此对特征进行筛选去除冗余特征,验证设计的特征有效性。
  3.单分类器针对本文数据分类并不能达到较好的效果,为能够最大程度上描述数据质量较差的生理信号与睡眠阶段之间的关联,在睡眠阶段划分方面,根据生理信号在睡眠各阶段的差异性,设计具有二叉决策树的多贝叶斯分类器组合及选择方法.通过决策以及分类器集成的方式提高分类准确度。

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