BCI 的黎曼幾何方法

共變異數矩陣特徵

在黎曼式 BCI 中,主要特徵不是頻帶功率或原始時間序列,而是多通道試次的空間共變異數矩陣(SCM)。對一段 C 個通道乘以 T 個取樣點的資料段 X,樣本共變異數約為經適當去均值與濾波後的 (1/(T-1)) X X^T:一個 C×C 的對稱矩陣,對角線為各通道的變異數(即頻帶功率),非對角線為通道間的協同變化,也就是 CSP 所利用的空間結構。單一個共變異數矩陣即可摘要整個試次。

共變異數同時編碼源功率與空間混合,因此對運動想像等振盪型範式而言,它所攜帶的資訊幾乎等同於一整條 CSP 加頻帶功率管線所萃取者,卻不需針對特定範式訓練濾波器。由於共變異數在溫和條件下為對稱正定,它們位於一個彎曲的流形上而非平坦向量空間,這正是為何要以黎曼幾何、而非樸素歐氏運算來處理它們。

對一段經 8-30 Hz 帶通濾波的 22 通道運動想像試次,一個 22×22 的共變異數矩陣即取代整段資料作為特徵;其特徵結構已反映哪些感覺運動源在活動。

整個試次濃縮為單一個 SPD 矩陣。

要使共變異數良態且為 SPD,通常需 T > C 並先做帶通濾波;秩虧或病態的共變異數(樣本少、通道多)會破壞幾何結構,必須以收縮估計補救。

又称
spatial covariance featureSCM featuresample covariance matrix空間共變異數特徵