Bachelor's Thesis

User Interface Control Using EMG Signals

Final Thesis 3.15 MB Appendix 13.13 MB

Author of thesis: Bc. Adam Brilla

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vratislav Čmiel, Ph.D., MBA

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design and implementation of a system for real-time recognition of myoelectric gestures using the concept of edge computing. The proposed solution is designed to be subject-dependent and serves to assist in the emulation of a hardware keyboard. The thesis is structured into 11 chapters. The introductory section provides a theoretical overview of upper limb anatomy, acquisition, filtering, feature extraction, classification of surface electromyographic signals, and commercial and clinical systems.
The practical section focuses on the proposed system, its results, and subsequent real-time implementation.

Keywords:

EMG, electromyography, UI, user interface, signal processing, HCI, classification, feature extraction, computer control

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Doc. Kudrna položil otázku, zda je pracoviště, se kterým bylo spolupracováno, v kontaktu s potenciálními uživateli navrženého řešení. Ing. Smital položil otázku, zda práce vycházela pouze z vlastních naměřených dat a zda byl jejich rozsah dostatečný pro tvorbu deep learning modelu. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Kudrna, Ph.D. (předseda)
Ing. Markéta Jakubíčková, Ph.D. (místopředseda)
MUDr. Zuzana Nováková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Smital, Ph.D. (člen)
Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D. (člen)
Ing. Larisa Chmelíková, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D.

Student se ve své práci zaměřil na zpracování EMG signálu za účelem ovládání UI počítače. V teoretické části práce student popisuje jak teorii akvizice EMG signálu, tak rovněž metody pro zpracování a klasifikaci EMG signálu. V praktické části student realizuje klasifikaci pomocí lineární diskriminační analýze a pomocí 1D konvoluční neuronové sítě. Tyto metody porovnává a dostatečně diskutuje.
Student k práci přistupoval aktivně, využíval konzultací, kde ukazoval dílčí pokroky , navrhoval a konzultoval další postup práce. Po formální stránce je práce na dobré úrovni, jen s drobnými nedostatky. U některých vzorů v úvodu teorie schází vysvětlení jednotlivých proměnných, členění některých kapitol jako např. „Diskuze“ do jednotlivých podkapitol považuji za zbytečné a spíše to působí rušivě. V práci trochu postrádám také podrobnější popis demonstrační aplikace zmíněné v kapitole 11.
I přes tyto drobné výtky považuji zadání práce za zcela splněné a navrhuji hodnocení 90/A. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Teoretická část práce je zpracována přehledně a zahrnuje všechny podstatné oblasti související s řešeným tématem, zejména akvizici a filtraci signálů, extrakci příznaků, klasifikaci sEMG signálu i možnosti využití metod založených na EMG v oblasti interakce člověka s počítačem. Rešerše je logicky strukturovaná a opírá se o dostatečné množství relevantní literatury, čímž vytváří vhodný odborný základ pro navazující praktickou část. Dílčí nedostatky lze spatřovat pouze v některých bibliografických záznamech, například u citace [13], kde chybí autor, a u citací [14] a [34], které jsou uvedeny pouze ve formě (téměř) holých URL adres. Tyto nedostatky mírně snižují formální a bibliografickou kvalitu práce.

Návrhová část práce je zpracována dobře a je vhodně doplněna názorným blokovým schématem zapojení. Obdobně pozitivně lze hodnotit také kapitolu 7 „Metodika zberu dát a priebeh merania“, která srozumitelně popisuje postup sběru dat a průběh měření. V této části bych však uvítal doplnění fotodokumentace reálného zapojení a celkového experimentálního setupu.

Praktická část je celkově zpracována kvalitně. Dosažené výsledky jsou věcně interpretovány a přiměřeně zdůvodněny. Pozitivně hodnotím zejména postupnou prezentaci výsledků od zpracování signálů přes tabulkové a grafické vyhodnocení až po jejich diskusi. Práce tak poskytuje ucelený obraz o navrženém řešení i jeho praktickém ověření. Přesto se v textu vyskytují některé technické nepřesnosti a nekonzistence. Příkladem je rozdíl mezi uváděnou délkou segmentu 59 a 60 vzorků. V kapitole 8, věnované návrhu a trénování modelu, je opakovaně uvedeno, že okno o délce 200 ms při vzorkovací frekvenci 300 Hz odpovídá 60 vzorkům na kanál, například na straně 40: „Dĺžka okna je stanovená na 200 ms, čo pri frekvencii 300 Hz zodpovedá 60 vzorkám na kanál.“ Naproti tomu v kapitole 11, která se zabývá reálným nasazením na Raspberry Pi, je u embedded skriptu uvedena segmentace signálu do oken o délce 200 ms s následným převzorkováním na pevný rozměr 59 vzorků požadovaný klasifikátorem. Tato odlišnost není v práci dostatečně vysvětlena. Další nesoulad lze pozorovat také v uváděném frekvenčním rozsahu sEMG signálu, kde práce na různých místech pracuje s odlišnými hodnotami užitečného spektra, případně v rozdílu mezi doporučenou a skutečně použitou vzorkovací frekvencí.

Určité rezervy má práce rovněž v pečlivosti formálního zpracování textu. Vyskytují se zde mnohé překlepy a jazykové nepřesnosti, například chybné uvedení pojmu sEMG jako „Sourface EMG“, případně chyba ve jménu vedoucího práce v poděkování. Tyto nedostatky sice zásadním způsobem nesnižují technickou hodnotu práce, avšak u závěrečné kvalifikační práce by bylo vhodné věnovat finální jazykové a formální kontrole větší pozornost.

Za diskutabilní lze považovat zařazení kapitoly 11 „Realizácia systému v reálnom čase“, která je umístěna až bezprostředně před závěrem a působí spíše jako samostatně doplněná část než jako organicky provázaná součást metodiky, návrhu či implementace. Kapitola přitom obsahuje důležité informace o reálném nasazení systému, včetně zmínky o grafickém rozhraní a klientské aplikaci napsané v jazyce Python s využitím knihovny Tkinter. Tato aplikace však není v práci blíže představena, nejsou uvedeny ukázky jejího uživatelského rozhraní, popis funkcionality ani její začlenění do celkového pracovního postupu. Současně není tato aplikace doložena ani v přílohách.

Celkově práci považuji za zdařilou. Student prokázal schopnost zpracovat odborné téma od teoretického rozboru přes návrh řešení až po jeho praktickou realizaci a vyhodnocení. Výsledkem je reálný a funkční výstup, který naplňuje stanovené cíle práce. S ohledem na uvedené dílčí technické a formální nedostatky hodnotím práci 80 body. Topics for thesis defence:
  1. Čím konkrétně byla realizována augmentace dat a proč nezlepšila výsledek?
  2. V kapitole 11 uvádíte, že součástí řešení byla také klientská aplikace vytvořená v jazyce Python s využitím knihovny Tkinter. Můžete blíže popsat, jaké konkrétní funkce tato aplikace zajišťovala, jak vypadalo její grafické rozhraní a proč nebyla její ukázka nebo zdrojový kód zahrnut do práce či příloh?
Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová