[發(fā)明專利]引入對象連續(xù)動作的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式設(shè)計及辨識方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611047401.8
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106951064B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小棟;張黎明;李睿;張強(qiáng);陸竹風(fēng);李瀚哲;郭健
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發(fā)明公開了一種引入對象連續(xù)動作的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式設(shè)計及辨識方法，在范式設(shè)計中引入對象連續(xù)動作，將對象的一個連續(xù)動作分解為若干張圖片，按時間順序進(jìn)行連續(xù)黑白閃爍，形成動態(tài)圖片閃爍單元，在計算機(jī)上呈現(xiàn)以刺激使用者產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位，采集使用者注視某一閃爍單元時的腦電信號，傳至計算機(jī)處理，采用基于個人特征修正的典型相關(guān)分析算法進(jìn)行目標(biāo)辨識，結(jié)果反饋給使用者，同時控制對象完成相應(yīng)動作，再進(jìn)行下一次目標(biāo)辨識。本發(fā)明能根據(jù)不同的應(yīng)用對象設(shè)計相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式，達(dá)到“所見即所得”的控制效果，改善使用者個體間差異性，并提高識別正確率，能廣泛應(yīng)用于各類基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式的腦?機(jī)接口系統(tǒng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腦-機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種引入對象連續(xù)動作的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范 式設(shè)計及辨識方法。

背景技術(shù)

腦-機(jī)接口技術(shù)是通過在人或動物的大腦和外部設(shè)備之間建立直接的信息交流渠道， 從而實現(xiàn)對外部設(shè)備的直接控制。一些因患肌萎縮性側(cè)索硬化等神經(jīng)退行性疾病而致運動 功能受損的人，或因患閉鎖綜合癥而喪失運動與語言交流能力的人，可以通過腦-機(jī)接口 技術(shù)獲得一種對外控制與交流的途徑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到神經(jīng)康復(fù)、 輔助增強(qiáng)、游戲娛樂及航天軍事等領(lǐng)域。

穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位作為一種重要的腦-機(jī)接口范式，是大腦對以一定頻率(大于6Hz) 調(diào)制的外部視覺刺激的周期性響應(yīng)。該范式下大腦視覺皮層的腦電信號會在刺激頻率及其 諧波頻率處出現(xiàn)明顯的峰值特征，通過提取和識別該特征信號，即可作為控制信號來控制 外部設(shè)備。基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦-機(jī)接口，相比于運動想象、P300等范式，所需電 極少、抗干擾能力強(qiáng)、信息傳輸率高，具有較好的實用價值和應(yīng)用前景。然而傳統(tǒng)的基于 穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦-機(jī)接口系統(tǒng)，針對不同的對象，多采用簡單的黑白圓閃爍、棋盤格等刺激范式，刺激方式簡單，長時間使用容易引起使用者的視覺疲勞，降低識別正確率，用戶體驗度較差，同時對于不同使用者的實際效果差別較大，個體間差異性明顯。

目前國內(nèi)外學(xué)者對穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)腦-機(jī)接口的研究，多集中于刺激范式、腦電信號解 碼等方面，鮮有研究如何針對不同的對象設(shè)計相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種引入對象連續(xù)動作的穩(wěn)態(tài)視覺 誘發(fā)范式設(shè)計及辨識方法，以控制可手張開、手閉合、手腕內(nèi)旋、手腕外旋的二自由度假 手為例，在范式設(shè)計過程中，引入假手連續(xù)動作過程，設(shè)計相應(yīng)的動態(tài)圖片閃爍單元，吸引使用者的注意力，不易產(chǎn)生視覺疲勞，并達(dá)到“所見即所得”的控制效果，改善用戶體 驗；同時，采用基于個人特征修正的典型相關(guān)分析算法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的目標(biāo)辨識， 以提高識別正確率，并改善個體間差異性過大的問題。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

引入對象連續(xù)動作的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式設(shè)計及辨識方法，包括以下步驟：

步驟1，為使用者佩戴好腦電采集設(shè)備，記錄使用者頭部視覺枕葉區(qū)的腦電信號，采 集的腦電信號經(jīng)藍(lán)牙無線傳輸至計算機(jī)；其中，腦電采集設(shè)備采用16通道的EmotivEPOC 腦電放大器，各通道按照國際10/20標(biāo)準(zhǔn)放置，放大器的采樣頻率為128Hz；

步驟2，被控對象為二自由度假手，分別拍攝假手手腕內(nèi)旋、手腕外旋、手張開、手閉合四個連續(xù)動作的視頻，等時間間隔提取每個動作視頻下至少八幀圖片，對每幀圖片進(jìn)行灰度處理和二值化處理，每個動作視頻下的八幀圖片按照時間順序依次以正弦調(diào)制方式進(jìn)行黑白翻轉(zhuǎn)刺激，構(gòu)成一個動態(tài)圖片閃爍單元；其中，每個動態(tài)圖片閃爍單元中每幀圖片的閃爍時間相同，不同動態(tài)圖片閃爍單元的正弦調(diào)制頻率不同，圖片黑白翻轉(zhuǎn)頻率為正弦調(diào)制頻率的兩倍；

步驟3，使用者在四個動態(tài)圖片閃爍單元中選擇一個進(jìn)行注視，計算機(jī)同步采集注視 過程中的腦電信號傳至計算機(jī)進(jìn)行處理；

步驟4，對腦電信號進(jìn)行處理，包括腦電信號預(yù)處理和目標(biāo)辨識，具體包括如下步驟：