EMG信号滤波分析
Purpose
本实验旨在对比肌肉（手臂）的EMG信号（1000Hz）在高通滤波（25Hz）和整流后，在低通环节采取不同滤波方式的差异。
Method
- 巴特沃斯低通滤波—3order，4Hz
- 均值滤波—100阶
- 中值滤波—100阶
考虑到滤波所造成的幅值损失，滤波后的信号作乘2处理
Result
Discussion
- 关于本实验中的“乘2”操作，是考虑到EMG信号和滤波的特性，EMG为交变的信号，其变化的周期的幅值能在一定程度上反应肌肉的**程度（肌肉电位变化），而滤波器在进行滤波操作时具有“平均”的特点，经滤波的信号无法达到原信号最大幅值，这样一定程度上降低了信号的分辨率，如图2所示。考虑了信号经高通、整流后，在0到单周期幅值之间变化，所以进行“乘2”操作，这样方便对比滤波信号与预处理信号之间的相位关系。
- 从波形的相似程度来看，中值滤波要优于低通滤波和滑动均值滤波（后面可做一下相关性分析）。尤其是中值滤波的相位滞后要远小于低通滤波（最大可达200ms），这在一些步态分析中，如分析行走过程中的不同阶段肌肉的**程度，有一定意义。为了支持这一分析，我们做了几组对比实验：
- 可以看出，在提高低通滤波的截止频率后，虽然波形更加贴近原信号，但出现了明显的震荡，没有中值滤波那样平稳；而在提高中值滤波的阶数（即时间常数）后，并没有出现非常明显的相位滞后或延时。
Conclusion
在本实验中对几种低通/平滑滤波在EMG信号中进行了测试。实验结果表明，相较于低通滤波，中值滤波的结果相位滞后更小，更接近原始波形。虽然中值滤波的波形没有低通滤波平滑，但对于不使用EMG信号微分信息的情况下， 这个问题没有太大影响，且在大多数步态、肌肉分析中，小延时比波形平滑更显重要。由此，使用中值滤波代替低通滤波或成为EMG信号分析的一种基本方式。
Appendix
- 包含ADRC相位补偿滤波的波形比较