A Spatial-Spectral-Temporal Representation Method Based on Riemannian Manifold for EEG Individual Identification

判别式 生物识别 计算机科学 模式识别(心理学) 人工智能 鉴定(生物学) 脑电图 代表(政治) 特征提取 构造(python库) 协方差 黎曼流形 歧管(流体力学) 特征(语言学) 黎曼几何 模态(人机交互) 外部数据表示 机器学习 身份(音乐) 模式 支持向量机 计算机视觉 非线性降维 协方差矩阵 信号处理
作者
Xingwei An,Wenxiao Zhong,Yang Di,Shuang Liu,Dong Ming
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:PP: 1-11
标识
DOI:10.1109/tbme.2025.3628167
摘要

With the advancement of neuroscience and computer science, electroencephalography (EEG) has drawn increasing attention as a promising modality for biometric identification, owing to its universality, permanence, and security. However, existing studies have pointed out that maintaining stable and temporally robust inter-individual features remains a major challenge in EEG-based identification. Therefore, developing effective methods for cross-time EEG-based identity recognition is essential for achieving reliable and practical biometric systems. In this study, we propose a novel EEG-based identification framework grounded in symmetric positive definite (SPD) manifolds. Specifically, we utilize the spatial covariance matrices of EEG signals to represent individual differences and introduce an enhanced feature extraction method (E-SPD-M) that simultaneously captures temporal, spatial, and spectral characteristics. These matrices are embedded into the Riemannian manifold to construct a discriminative representation space. For each subject, we build a personalized classification model and integrate their outputs to achieve accurate identification. Furthermore, we construct a comprehensive multi-task, cross-time EEG dataset and validate our approach on both our dataset and a publicly available longitudinal EEG dataset (M3CV). Experimental results demonstrate that our method achieves superior cross-time identification performance. Overall, this work offers a novel pathway for improving EEG-based biometric algorithms and extending the application of Riemannian geometry in the field.
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