[發明專利]一種基于腦機接口的在線半監督文字輸入系統及方法

有效

• 申請號: 201310461601.8
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103488297A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 顧正暉;張錦濤;俞祝良
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

1.一種基于腦機接口的在線半監督文字輸入系統，其特征在于：包括

腦電信號采集系統，用于采集用戶腦電信號，并對采集到的腦電信號進行處理；

信號處理模塊，用于將采集的腦電信號進行低通濾波、次數平均和下采樣處理，然后將電極帽所有通道的數據依次串接起來構成一個樣本特征向量；

在線分類模塊，用于根據信號處理模塊提取的特征，對最小二乘支持向量機分類器進行在線更新并用其進行在線分類；

視覺刺激界面，用于誘發用戶產生P300信號，并且在該界面上顯示用戶需要輸入的字符，顯示最小二乘支持向量機分類器預測的結果。

2.根據權利要求1所述的基于腦機接口的在線半監督文字輸入系統，其特征在于，所述視覺刺激界面上總共包含有40個字符，以4行10列的矩陣形式顯示在計算機的屏幕上展示給用戶。

3.根據權利要求1所述的基于腦機接口的在線半監督文字輸入系統，其特征在于，所述視覺刺激界面上包含有兩個編輯框，其中一個編輯框中顯示用戶訓練階段所要輸入的系統的字符；另一個編輯框用于反饋顯示用戶在輸入模式下所輸入的字符。

4.一種基于腦機接口的在線半監督文字輸入方法，其特征在于，包括系統初始化步驟、系統監督訓練步驟和系統文字輸入步驟：

系統初始化：

用戶帶上與計算機連接的電極帽，開啟計算機屏幕的視覺刺激界面，在計算機屏幕視覺刺激界面上顯示字符；其中每個字符按照隨機順序閃爍，設定在用戶輸入一個字符過程中，每個字符重復閃爍A次，相鄰字符閃爍的時間間隔為C秒，相鄰兩個字符輸入的時間間隔為B秒；

系統監督訓練：

（1）系統隨機選取m個目標字符，并提示用戶輸入這m個目標字符，用戶注視需要輸入的目標字符；在用戶注視目標字符期間，計算機對用戶的腦電信號數據進行采集；

（2）將采集的腦電信號進行低通濾波、次數平均和下采樣處理，然后將電極帽所有通道的數據依次串接起來構成一個樣本特征向量；

（3）將目標字符對應的特征向量標記為+1，將其它字符對應的特征向量標記為-1；然后采用這些特征向量及其對應標簽的訓練數據集建立初始最小二乘支持向量機分類器；

系統文字輸入：

（a）首先系統轉換為用戶輸入模式，用戶注視界面中其要輸入的字符，計算機對用戶的腦電信號數據進行采集；

（b）將采集到的腦電信號進行低通濾波、平均和下采樣處理后，提取每個字符的特征向量，形成稱為塊的數據集；

（c）計算當前塊中每個字符特征向量對應于當前最小二乘支持向量機分類器的隱含變量值，將隱含變量值最大的特征向量對應的標簽標記為+1，其它特征向量對應的標簽標記為-1，作為它們的預測標簽；

（d）根據各特征向量和各特征向量當前的預測標簽對最小二乘支持向量機分類器進行在線更新；重新計算當前塊中每個字符特征向量對應于更新后的最小二乘支持向量機分類器的隱含變量值，將隱含變量值最大的特征向量對應的標簽標記為+1，其它特征向量對應的標簽標記為-1，作為它們的預測標簽；

（e）判斷最小二乘向量機分類器的更新次數是否達到Z次；

若是，則進入步驟（g）；

若否，則進入步驟（f）；

（f）檢測塊中各特征向量前后兩次的預測標簽是否對應相等；

若是，則進入步驟（g）；

若否，則進入步驟（d）繼續更新最小二乘支持向量機分類器；

（g）停止更新，將預測標簽為+1的特征向量對應的字符確定為輸入字符,完成一個字符的輸入；用戶注視下一個要輸入的字符，繼續執行步驟（b）。

5.根據權利要求4所述的基于腦機接口的在線半監督文字輸入方法，其特征在于，設定用戶輸入一個字符過程中，每個字符重復閃爍9次，相鄰字符閃爍的時間間隔為25毫秒，相鄰兩個字符輸入的時間間隔為3秒。

6.根據權利要求4所述的基于腦機接口的在線半監督文字輸入方法，其特征在于，系統在訓練階段，所述步驟（1）中系統隨機選取2～6個目標字符，并提示用戶依次輸入這2～6個目標字符；即所述m為2～6。