[發明專利]一種基于人臉感知的穩態視覺誘發電位腦?機接口方法

在審

• 申請號: 201711088218.7
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107748622A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 陳小剛;徐圣普
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院生物醫學工程研究所
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 王利文

技術領域

本發明屬于腦-機接口技術領域，尤其是一種基于人臉感知的穩態視覺誘發電位腦-機接口方法。

背景技術

穩態視覺誘發電位腦-機接口因較少的訓練時間、易于使用和較高的信息傳輸率而備受關注。目前，頻率編碼是構建穩態視覺誘發電位腦-機接口最為常用的方法。在這類系統中，用戶只需注視多個由不同刺激頻率編碼的閃爍塊中的某一個目標塊，通過分析記錄的穩態視覺誘發電位信號即可識別出用戶所注視的目標塊。通過這種方式，穩態視覺誘發電位腦-機接口能夠將大腦活動的意圖直接轉換為由刺激頻率編碼的命令并用于外部設備的控制。

視覺刺激是穩態視覺誘發電位腦-機接口不可或缺的一部分。視覺刺激可通過發光二極管或計算機顯示器來呈現。相比于發光二極管，計算機顯示器主要通過軟件開發而易于實現且在諸如顏色、大小和數量等刺激參數上具有更多的選擇。然而，當通過傳統分頻方法在計算機顯示器上實現刺激頻率時，能夠產生的刺激頻率受限于計算機刷新率，即所產生的刺激頻率必須能夠被計算機顯示器整除。因此，研究者尋求更為合適的方法呈現視覺刺激。一方面，研究者嘗試利用較少的刺激頻率編碼更多目標，從而提高穩態視覺誘發電位腦-機接口性能，例如，中國專利“基于左右視野兩個頻率刺激的穩態視覺誘發腦機接口方法”(200910076209.5)、“一種多頻率時序組合的穩態視覺誘發電位腦-機接口方法”(201010191598.9)以及“SSVEP-BCI系統多頻排列編碼以及識別方法”(201110376669.7)。另一方面，研究者嘗試利用新的編碼方法增強穩態視覺誘發電位的響應，提高穩態視覺誘發電位的頻率識別，進而提高系統的性能。但是，上述方法仍然難以提高誘發響應的信噪比及穩態視覺誘發電位腦-機接口的性能。

發明內容

本發明的目地在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、誘發響應信噪比高且性能穩定的基于人臉感知的穩態視覺誘發電位腦-機接口方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于人臉感知的穩態視覺誘發電位腦-機接口方法，包括以下步驟：

步驟1、使用腦電采集設備記錄用戶的腦電信號，將腦電信號實時傳輸至計算電腦；

步驟2、刺激電腦采用人臉感知的編碼方法作為穩態視覺誘發電位的誘發方式并產生刺激序列；

步驟3、根據上述刺激序列產生多個不同的刺激頻率，并用這些刺激頻率分別編碼出多個不同目標塊；

步驟4、用戶注視所述多個不同目標塊的任一個，同時刺激電腦向腦電采集設備發送一個同步觸發信號，腦電采集設備將同步觸發信號記錄在與腦電信號同步的事件通道中；計算電腦對獲取的腦電信號進行預處理，采用腦電解碼算法對預處理的腦電信號進行頻率識別；將識別的頻率成分所對應的控制命令輸出至反饋電腦。

所述腦電采集設備包括測量電極、地電極和參考電極，所述測量電極安放在用戶大腦枕區PO7、PO5、PO3、POz、PO4、PO6、PO8、O1、Oz、O2位置，測量電極分布符合國際10-20系統；所述地電極安放在FPz位置處，所述參考電極安放在頭頂Cz位置處。

所述步驟2采用人臉感知的編碼方法如下：

刺激頻率為f的刺激序列：其中square()產生方波信號，R為顯示器刷新率，i為幀索引；

刺激頻率為f的刺激序列由0和1組成；刺激序列中1出現的位置對應的幀呈現高興表情的人臉圖像，而0出現的位置對應的幀則呈現RGB值為128,128,128的灰色圖像。

所述步驟4計算電腦對獲取的腦電信號進行預處理方法為：

⑴根據刺激程序的事件觸發信號將腦電數據分割成多個事件相關的數據段；

⑵對數據段進行50Hz陷波以濾除工頻干擾；

⑶對去除工頻干擾的數據段進行250Hz降采樣處理；

⑷對降采樣數據進行1～70Hz帶通濾波。

所述步驟4對預處理的腦電信號進行頻率識別的方法為：分別計算帶通濾波信號與各刺激頻率對應的正余弦參考信號的典型相關系數，從而得到多個最大相關系數，其中最大的系數對應的頻率即為識別的頻率，其對應的目標塊即為用戶注視的目標塊。

本發明的優點和積極效果是：