[發明專利]視覺運動相關神經信號為載體的人機交互方法

有效

• 申請號: 200910076207.6
• 申請日: 2009-01-05
• 公開（公告）號: CN101464728A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 洪波;高上凱;高小榕;郭飛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/048;A61B5/0496;A61B5/0476
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱 琨

技術領域

本發明屬于涉及一種視覺運動相關神經信號為載體的人機交互方法，屬于生物醫學工程及人機交互技術領域，可作為無手操作的新型的計算機交互方法，也可作為殘障人士操作計算機的方法。

背景技術

人與計算機的交互活動已經成為信息時代日常生活的重要組成部分，人機交互技術因此成為計算機科學研究的重要組成部分。特別是近年來，隨著計算機技術的迅猛發展，研究更加人性化的全新的人機交互技術變得異常活躍，也取得了可喜的進步。除了最基本的鼠標、鍵盤等人機交互方式外，還包括以下內容：

1.基于人體動作識別的人機交互技術

目前較成熟的的基于人體動作識別的人機交互技術包括：人臉識別、面部表情識別、身體運動跟蹤、眼動跟蹤、手勢識別等等。然而這些需要通過運動來實現的人機交互存在著一定的局限性。一般情況下，人腦和外部環境的通訊是通過外周神經和肌肉通道來完成，但這一通道可能會因為一些疾病或損傷而被削弱或破壞，例如脊髓側索硬化癥、脊髓損傷、腦癱、肌萎縮等。另外，在某些特殊環境下，也需要組建一個非肌肉的通道，以傳輸信息，或控制外部世界。這些要求目前傳統的人機交互技術是很難實現的。

2.基于神經信號的人機交互技術

腦機接口是基于神經信號的人機交互技術，它將人腦的信號直接轉換成對外部設備的控制命令，解讀由外界刺激或思維活動引起的大腦變化，通過構造人腦與計算機及其他設備間不依賴于人的正常輸出通道的信息傳輸通路，使得大腦可以直接和外部環境進行信息交互。現有的基于腦電的BCI系統使用的信號主要包括事件相關電位、穩態視覺誘發電位、慢皮層電位、感覺運動節律。然而使用上述信號的腦機接口系統在識別正確率、信息傳輸率、個體差異、環境適應性等方面還有很多待解決的問題。這些腦機接口技術中，基于視覺誘發電位的人機交互方法最為成熟，也是交互速度最快的。但其弱點是依賴于閃爍的視覺刺激，需要較強的視覺對比度，有的對背景亮度也有要求。特別是當用于一般的計算機用戶界面時，人機交互單元的背景亮度、對比度變化范圍較寬，目前已有的腦機接口方法無法很好地實現這種環境下的人機交互。

運動感知是視覺系統的基本功能之一，視覺運動誘發電位在研究人的運動視覺處理機制中有重要價值，基礎研究和臨床診斷中都有著廣泛應用。目前的研究集中在生理機制的探索研究，還沒有應用到人機交互領域。本發明將視覺運動相關神經信號用于人機交互系統，是一種全新范式下的腦-機接口。與目前傳統的人機交互方法相比，本發明不需要任何動作和語言，直接通過用戶的腦電信號與外界交流，因此適用于殘疾人等特殊人群，也適用于一些需要人際自動控制的領域。

與目前已有的基于穩態視覺刺激，P300電位等腦機接口系統相比，本發明具有適用范圍，適用人群更廣，人機交互界面更友好，用戶操作不易疲勞等優點。如中國專利“基于P300腦電位的中文輸入BCI系統”(200710164418.6)要求產生P300電位的兩個前提是：1.對象期望的事件必須是小概率事件；2.此事件的具體發生時刻應該是隨機的。而基于視覺運動相關神經信號的交互系統沒有這些限制條件；此外，中國專利“基于瞬態視覺誘發電位提取腦機接口信號的方法”(200310121033.3)，以及“基于腦電穩態誘發響應的控制系統”(99122161.3)這類腦機接口系統中，要求界面有較高的對比度，所以，這些腦機接口系統只能在特定界面上實現簡單的人機交互，而本發明中的人機交互方法和系統對刺激目標的大小，對比度要求很低，可以方便地與現在通用的計算機界面以及相應的軟件結合起來，實現真實環境下的人機交互；另外，因為視覺運動刺激無閃爍，本發明相比上述的腦機接口系統，有低閃爍的特點，這樣用戶在使用時不容易疲勞，使人機交互的過程更加自然，友好。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以視覺運動相關神經信號為載體的人機交互新方法，使得特殊場合和特殊人群的人機交互更加方便友好。

本發明的特征在于，該方法依次含有以下步驟：

步驟1，把包括運動的線條、圖形、字母在內的視覺運動元素添加到包括菜單、選項、操作指令在內的計算機界面上的人機交互單元中，所述人機交互單元中的所述的視覺運動元素的運動時間起點互不相同，而且開始運動的先后順序是隨機的，這些隨機排序的視覺運動多次反復出現；