3.2.2

肌电手势数据集


肌电手势数据集以前臂表面肌电信号(sEMG)为核心采集对象,目标是建立肌肉激活模式与手势类别之间的可重复映射关系。当前主流数据集可分为两类:以 Ninapro 系列为代表的标准稀疏电极数据集,以及以 CapgMyo 和 CSL-HDEMG 为代表的高密度 sEMG 数据集。

肌电手势数据集对比矩阵 · 13 个数据集 独立窗口 ↗

Ninapro 系列

Ninapro(Non-Invasive Adaptive Prosthetics)是目前规模最大、覆盖最系统的公开肌电手势数据库,由瑞士 HES-SO 等机构持续构建,自 2014 年起陆续发布 10 个子数据库(DB1–DB10),累计覆盖 180 余项数据采集,受试者兼含健全人与前臂截肢者。

DB1–DB7 的采集遵循统一范式:受试者观看屏幕上的手势示范视频,依次重复执行每类手势 10 次,分三个练习组完成——手指基本动作、等距/等张手部配置与基本腕部动作、握持与功能性动作。

数据库年份手势类受试者通道数采样率传感器模态核心研究问题
DB12014522710100 HzsEMG + 运动学分类基准建立
DB220144940122000 HzsEMG + 运动学 + IMU + 力多模态扩展
DB320144911(截肢)122000 HzsEMG + 运动学 + IMU + 力截肢者适用性
DB420175210122000 HzsEMG + 运动学采集设备对比
DB52017521016200 HzsEMG + 运动学低成本 Myo Armband
DB62017710142000 HzsEMG跨日重复性
DB720174022122000 HzsEMG + IMUIMU 辅助控制
DB8201991282000 HzsEMG指关节连续解码
DB920205277100 Hz仅运动学运动学基准库
DB1020201545162000 HzsEMG + IMU + 眼动假肢+眼手协调

三个关键节点

DB3(2014)——截肢者数据的引入。在 DB1/DB2 健全受试者基准建立后,DB3 立即纳入 11 名前臂截肢者,测试幻肢运动意图的 sEMG 可识别性。截肢者的残端肌肉激活模式与健全人存在显著差异,DB3 的加入使 Ninapro 具备了临床假肢控制研究的基础条件。

DB6(2017)——跨日稳定性的正视。DB6 专门针对 sEMG 的时间非平稳性问题设计,要求同一受试者在连续 5 天、每天 2 次的条件下重复采集相同的 7 类抓握手势。这是 Ninapro 系列中唯一以"稳定性衰减"而非"分类准确率"为核心研究目标的数据库。

DB8(2019)——从分类到回归的范式转变。DB8 放弃离散手势分类,转而采集连续手指动作的关节角度序列,任务目标变为从 8 通道 sEMG 连续预测指关节弯曲角度。这标志着肌电领域进入连续解码范式。

高密度 sEMG 数据集

标准稀疏电极(8–16 通道)仅能捕获局部肌肉的平均激活强度,而高密度 sEMG(HD-sEMG)通过密集电极阵列获取前臂肌肉的空间激活分布图,从根本上改变了特征提取的信息维度。

CapgMyo DB-a(2016)由浙江大学发布,采用 8×16 矩阵差分电极阵列,共 128 个通道。核心贡献在于将 sEMG 信号视为二维"肌电图像"处理:每个时刻的 128 通道信号构成一张空间激活热力图,单帧可达 89.3% 识别准确率,结合多数投票机制可提升至 99%。

CSL-HDEMG(2015)由不来梅大学发布,采用 7×24 双极电极阵列,共 192 个通道(业界通道密度最高),采样率 2048 Hz。其通道数消融实验可量化确定维持特定精度所需的最低电极密度,为可穿戴设备硬件设计提供直接依据。

综合对比

数据集年份手势类受试者通道数含截肢者核心特色
Ninapro DB12014522710分类基准,最常引用
Ninapro DB22014494012最大受试者规模,含力传感
Ninapro DB32014491112唯一纯截肢者分类基准
Ninapro DB52017521016低成本 Myo Armband 可复现
Ninapro DB6201771014跨日稳定性专项基准
Ninapro DB820199128部分连续关节角度回归基准
Ninapro DB102020154516眼手协调+多模态融合
CapgMyo DB-a2016818128瞬时 HD-sEMG 图像识别
CSL-HDEMG2015275192通道密度最高,通道消融基准