research journal, 2015.09. (in Maebashi, Gunma, Japan)

前桥工科大学交流总结

交流时间及地点：2015.9.7~2015.9.26，其中除了19~23日赶上日本的silver week，跟着段老师去了东京外，其余时间均在前桥工科大学。

总体上由于那边的实验室没有与我相关的研究方向可以对接，所以在开始的一周内除了做了一次presentation之外，都是在接收和了解。后面的两周中随着交流进一步深入，开始协助对方实验室的同学做一些关于脑电和肌电的实验。

具体的收获与感想如下所述：

关于科研与学习

9月8日到9月14日

基本上是处于相互了解的阶段，主要活动就是听各种汇报，以及由我们来做一些汇报。

8号那天前桥工大ZhuLab的朱赤老师为我们介绍的他最新一篇论文的工作（A Novel Power Add-on Unit for Attendant Propelled Wheelchairs with Sensorless Speed Control and Power Assistance）。给我印象最深的就是在他的工作中有一个很重要的环节就是对轮椅上下坡时的受力与速度情况做了很详尽的建模和理论分析（如下图），在此基础上提出了自己的方法并完成了实体产品的研发。

我觉得相比于我自己的研究工作来看，不论是开始做的扫描匹配，以及后来以此为基础的增量式建图，或者是帮孙广毅老师做的测距和MotionCapture，本质上来讲我所做的都是一些将方法付诸应用，或者面向应用直接寻找方法的工作，而没有针对所面对的实际问题做任何理论上的建模并尝试寻求最优的解决方案。也可能是因为这些基本都是横向项目，所以一直都在以对待工程问题的态度来看待并解决这些问题，但从我自己的角度对于现在所到达的程度是不满意的。

9号和10号两天时间是双方学生的汇报，段老师让我也临时准备一个。我就将最后一次组会的内容临时做了一些删减，译成英文，做了个简单的presentation（交流PPT下载）。不过因为对方实验室没有人做相关方向，段老师那边过去的人中也没有相关方向，所以对于我的研究方向也没有机会做更深入的探讨。 其余的几天基本就是在协助对方做一些脑电信号的采集（已签过同意书）。

9月15日到9月19日

这一阶段，段老师带着一部分学生去东京大学进行交流，留我们五个人（包括一个实验室老师）在前桥。

这时正好有一个对方实验室的中国留学生来找我们咨询一些滤波算法的问题，他想通过对脑电信号和肌电信号的关系进行建模，从而完成由脑电信号对肌电信号的预测。通过深入的交流，我觉得这部分工作可能用到的方法我还算是了解，可以应付的来，就把这个工作接下来了。

首先根据某参考文献（下图）和朱赤老师的指导，他计划用线性模型来对脑电与肌电信号的关系进行拟合。

如上图公式中所示，为文献中所用到的线性模型，其中\(y(t)\)为五维向量，表示的是步态信息，\(S_n(t)\)表示当前时刻通道\(n\)的脑电信号值。其实根据我对脑电和肌电信号的直观观察，开始我是对线性模型持怀疑态度的。但因为我对此的认识也不是太深入，再加上文献中也确实是通过实验验证了这一点，所以也就暂且假定线性模型是可以进行拟合的。

经过差不过两天纠结的讨论时间，定下来初步的实验方案：

1. 对多通道的脑电信号直接进行采样，即一个时间点采样得到的是7个通道的脑电信号值。因为之前他在对脑电信号进行处理中对7个通道做了PCA，提取了主成分合成为一个通道，但我觉得对于线性模型，尤其是对于这种高频信号，单通道对单通道的建模似乎更不容易进行拟合。

2. 每个采样点取0.1s的窗口大小。原信号都是1kHz，过截止频率为45Hz的低通滤波器，再经降频后得到100Hz信号。这样每个窗口中的信号点个数为10个，一共7个通道，也就是一个采样中共70个信号值。为什么降频到100Hz，我考虑的是在对信号进行载波时，载波频率需要大于两倍采样频率才可以对信号进行还原（香农定理）。同样道理，想要保留45Hz以下频段中的有效信息，采样频率是否也应该在两倍以上才可以？

3. 由上述脑电信号的一次采样，来推测当前时刻的肌电信号。但他之前在用肌电信号的时候会对其进行半波整流和平滑等处理，有点像包络检波的过程，将其由高频降到低频。这样的话这一步我不太确定是用处理之前的好还是之后的好。

9月20日到9月22日

这前后5天的时间是日本的silver week，我们五人也随段老师来到东京，住在上野附近。

这期间那个留学生给我发来了一些初步的实验结果，不是很理想。我大概问了下情况，因为当时身在东京不能直接看到实验的情况，只是通过他的描述进行一些猜测。

我注意到他说得到的线性模型的参数有很多都是0，不知道为什么突然想到大一上您的建模与辨识的课上接触到的那个“病态问题”……说实话我对这个并不是很理解，只记得如果有这个问题的话模型会对输入数据非常敏感，所以就把这个问题也列出来作为验证项之一。还有就是我又想到之前在确定实验方案的过程中，我只考虑了脑电信号的频率信息，并没有考虑肌电信号的，因为在每一个采样点上肌电信号就只有一个值，所以这个是否也有可能是问题所在。

下图是我当时给他反馈的一些猜测。

9月23日到9月25日

23号回到前桥，不过这几天安排较满，23号是他们本科生的中期答辩练习，24号正式中期答辩，25号安排我们几个人再做一次presentation（交流PPT下载）。

所以这几天只是在偶尔的空档中一起分析一下实验结果。由于理论基础实在薄弱，没能成功根据实验结果再做什么反推论证的工作。只能是根据猜测又做了一些尝试。下图记录了部分结论。

奇怪的是唯一一次略好的结果是对脑电信号进行了数据标准化之后。对于此我实在没有想明白线性模型与输入数据的正态分布之间存在着什么关系。

关于文化与生活

总体的两个感觉：

1. 认真严谨，尤其在生活舒适度方面做足了工作。
2. 重礼重法不重情。

暂不详述。