[發明專利]基于眼電圖信號的便攜式無線人機交互系統

無效

• 申請號: 200910099273.5
• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN101644952A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 陳衛東;李昕;劉俊;郝耀耀;鄭筱祥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 周 烽

技術領域

本發明涉及一種人機交互系統，尤其涉及一種通過人眼部運動直接控制外部設備的便攜式人機交互系統。

背景技術

隨著計算機技術的發展，通過計算機對外界環境進行交互和控制已經成為一種普遍使用的方法。人機接口HMI(Human-machine?Interface又名人機界面)就是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，其功能是控制有關設備的運行并執行通過人-機交互設備傳來的有關的各種命令和要求，主要依靠可輸入輸出的外部設備和相應的軟件來完成。傳統意義上的人機接口方式包括鍵盤、鼠標等。顯然這些傳統意義上的HMI接口都是通過人的肢體信息與計算機互動實現的。但是，目前社會上有相當部分的弱勢團體，如運動神經元疾病(Motor?Neuron?Disease，M.N.D)等之類疾病的患者，無法使用雙手來與其他人進行互動。如果能夠設計出一種不須依靠肢體的人-機接口，并在此基礎上設計出一套進行信息交流的人機交互系統，讓病人或殘疾人能夠依靠自己的意念，獨立的與外界進行信息交流，這將會是社會的一大福音。所以我們提出一種通過分析和記錄人的眼電圖信號，來實現人-機交互功能的方法。

雖然早在1960，C.Kris就已經提出了利用眼電圖技術來跟蹤人眼球的狀態，但是直到上世紀90年代，隨著醫學技術和材料科學的進步，國外科研工作者才在眼電圖領域的研究取得了重大的進展。90年代初期，美國波士頓大學計算機學院的James?Gips教授領導研究團隊研究出了一種可以輔助殘疾人用眼睛控制電腦的輔助康復設備EagleEyes。并在1993年發表的文章《Direct?control?ofthe?computer?through?electrodes?placed?around?the?eyes》中簡要介紹了他們制作的系統。另外，進入21世紀，世界其他國家在該領域上也取得了不小的進展。

在此領域上，國內研究方向一般分為三類。一類是簡單的應用，如安徽大學與東南大學在2007年提出了了基于眼電控制的服務型機器人控制系統，該系統通過采集操作者的眼電圖信號作為控制信號，通過操作者不同的連續眨眼次數來控制機器人做相應的前/后運動等；一類偏重的是眼電信號處理算法，如重慶大學在2007年從時域分析出發，提出了幅度閾值法和微分法兩種眼動信息識別方法等；最后一類則是主要偏重于心理認知方面的研究。相對來說，我國在該領域的研究上處于起步階段，亟待在核心技術上實現突破，研發出具有自主知識產權的產品。

目前，國內外出版物尚沒有公開基于眼電圖技術的便攜式人機交互系統的報道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于眼電圖(Electro-OculoGraphy，EOG)信號的便攜式無線人機交互系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于眼電圖信號的便攜式無線人機交互系統，它包括：

一用于采集用戶眼電圖信號的信號采集器；

一用于放大原始眼電圖信號的雙通道信號放大器；

一用于眼電圖信號處理的信號處理器；和

一用于傳輸用戶指令的Zigbee無線傳輸模塊；

其中，信號采集器、雙通道信號放大器、信號處理器和Zigbee無線傳輸模塊依次相連。

進一步地，所述信號采集器由五個電極組成；所述雙通道信號放大器主要由右腿驅動模塊、前置放大及帶通濾波模塊、二級放大及電平抬升模塊依次相連組成；所述信號處理器主要由信號濾波模塊、特征提取模塊、模式匹配模塊三個模塊依次連接組成。

本發明的有益效果是：

1、利用使用者眼球運動的眼電圖信號，實現由使用者自主控制電視機電腦等外部設備。

2、利用該系統，運動功能障礙或語言功能喪失的殘障人士和ICU病房的特殊病人可以獨立的完成與外界進行交流，控制其它設備等以前無法獨立完成的事務。

附圖說明

圖1是眼電圖原理示意圖；

圖2是雙通道信號放大器結構框圖；

圖3是雙通道信號放大器、Zigbee模塊及串口轉USB接口電路圖，其中，(a)為電源模塊、(b)為右腿驅動模塊、(c)為前置放大及帶通濾波模塊、(d)為二級放大及電平抬升模塊、(e)為Zigbee模塊、(f)為串口轉USB接口；

圖4是信號處理器處理流程框圖。

具體實施方式

下面根據附圖詳細說明本發明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。

本發明基于眼電圖技術的便攜式人機交互系統，包括：

一用于采集用戶眼電圖信號的信號采集器，