[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于多通道表面肌電信號(hào)的手繪軌跡重建方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710848790.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108108654A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊鐘亮;陳育苗;文楊靚;趙丹;陸玄青;賈淼;石進(jìn)珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/00
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/00;G06F3/01;A61B5/0492;A61B5/0488;A61B5/00
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發(fā)明涉及一種基于多通道表面肌電信號(hào)的手繪軌跡重建方法，可達(dá)到重建原始繪圖軌跡的效果。本發(fā)明中的預(yù)測(cè)模型以坐標(biāo)差而非原始坐標(biāo)為目標(biāo)向量，動(dòng)態(tài)地反映了肌肉動(dòng)作，與肌電信號(hào)的變化形成直接的因果關(guān)系，提高了重建精度；以拇指肌肉按壓?jiǎn)?dòng)按鈕的動(dòng)作作為肌電信號(hào)采集的觸發(fā)動(dòng)作，應(yīng)用自然；僅用表面肌電信號(hào)和繪圖軌跡的非線性橫、縱坐標(biāo)回歸模型，簡(jiǎn)潔高效，在肌電信號(hào)識(shí)別領(lǐng)域表現(xiàn)出了很大的應(yīng)用潛力，對(duì)康復(fù)工程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)器人控制等領(lǐng)域的研究具有一定的參考意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及肌電信號(hào)識(shí)別領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多通道表面肌電信號(hào)的 手繪軌跡重建方法。

背景技術(shù)

繪畫(huà)是人類(lèi)的一項(xiàng)基本技能，隨著計(jì)算機(jī)及其周邊設(shè)備的推廣，通過(guò)交互式 電子寫(xiě)字板來(lái)繪畫(huà)相對(duì)便捷，應(yīng)用廣泛，但一些研究者發(fā)現(xiàn)，在電子寫(xiě)字板上繪 畫(huà)并不如在紙上繪畫(huà)來(lái)得自然，目前的計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)一定程度上抑制了設(shè) 計(jì)的自由性。眾所周知，繪畫(huà)是神經(jīng)系統(tǒng)和上肢神經(jīng)肌肉活動(dòng)之間復(fù)雜的相互作 用，因此，肌電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的交互技術(shù)可以應(yīng)用于基于手勢(shì)的更精確的交互式數(shù)字 繪圖工具的設(shè)計(jì)。

表面肌電信號(hào)是儀器采集的由于肌肉收縮產(chǎn)生的電信號(hào)，通過(guò)對(duì)表面肌電信 號(hào)的轉(zhuǎn)換處理、分析利用，可以應(yīng)用于康復(fù)工程、生物醫(yī)學(xué)工程、機(jī)器人控制、 計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)等人機(jī)工程領(lǐng)域。

公知的肌電信號(hào)識(shí)別當(dāng)前對(duì)于手繪、手寫(xiě)等精細(xì)動(dòng)作識(shí)別相對(duì)較少，且存在 較多的技術(shù)難點(diǎn)導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用，近年來(lái)美國(guó)有研究人員采用卡爾曼濾波 與維納濾波的方法實(shí)現(xiàn)從多通道表面肌電信號(hào)重建0-9的手寫(xiě)數(shù)字。然而，當(dāng)前 尚未有研究人員提出一套行之有效的基于多通道表面肌電信號(hào)的手繪軌跡重建 方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：針對(duì)現(xiàn)有交互式數(shù)字繪圖工具在交互流暢度上的不足，應(yīng) 用肌電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的交互技術(shù)，提出一種手繪軌跡重建方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于多通道表面肌電信 號(hào)的手繪軌跡重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立基本手繪形狀集；

步驟2、在受試者的實(shí)驗(yàn)肌肉所對(duì)應(yīng)的皮膚位置貼上電極片，實(shí)驗(yàn)肌肉包含 觸發(fā)肌肉與功能肌肉，其中觸發(fā)肌肉為拇收肌，用于繪畫(huà)動(dòng)作起點(diǎn)判斷，功能肌 肉為三角肌、橈側(cè)伸腕短肌、肱三頭肌、指伸肌、橈側(cè)腕屈肌、尺側(cè)腕伸肌與肱 二頭肌，用于特征提取與進(jìn)一步的軌跡重建；

步驟3、受試者從基本手繪形狀集中選取一副基本繪畫(huà)形態(tài)開(kāi)始進(jìn)行手繪， 手繪開(kāi)始時(shí)，受試者用拇指按壓電子筆的啟動(dòng)按鈕并保持該動(dòng)作，此時(shí)拇收肌的 肌電信號(hào)發(fā)生劇烈起伏，通過(guò)該肌電信號(hào)通道判斷出手繪動(dòng)作的起點(diǎn)，并觸發(fā)與 功能肌肉對(duì)應(yīng)的七個(gè)通道的肌電信號(hào)有效記錄；

步驟4、在繪制過(guò)程中，將手繪動(dòng)作的起點(diǎn)設(shè)為特征提取的起點(diǎn)，此后每Ams 連續(xù)進(jìn)行提取功能肌肉的表面肌電信號(hào)，根據(jù)每Ams的表面肌電信號(hào)計(jì)算出一個(gè) 肌電均方根值作為特征值；

步驟5、將特征值代入肌電手繪軌跡重建模型，相應(yīng)地計(jì)算輸出橫、縱坐標(biāo) 上Nms前后的重建坐標(biāo)差，其中，所述肌電手繪軌跡重建模型的獲取方法包括 以下步驟：

步驟5.1、追蹤受試者每一次繪畫(huà)試驗(yàn)中的繪圖軌跡，以Ams為間隔收集各 個(gè)時(shí)刻下的繪畫(huà)軌跡坐標(biāo)，并進(jìn)行坐標(biāo)形式轉(zhuǎn)換，將原始坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)差的形 式，i時(shí)刻的坐標(biāo)可以表示為(xi，yi)，i-1時(shí)刻的坐標(biāo)可以表示為(xi-1，yi-1)，則 i時(shí)刻與i-1時(shí)刻的坐標(biāo)差(Δxi，Ayi)計(jì)算為：