[發(fā)明專利]基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口的腦控無人機方法

有效

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• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111487988B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 明東;梅杰;許敏鵬;肖曉琳;王麗婕
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G06F3/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了一種基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦?機接口的腦控無人機方法，包括：構建SSVEP刺激界面設置一個“Keep”指令置于刺激界面中心，用于保持無人機飛行狀態(tài)，起到“偽異步”的控制效果，當刺激界面工作在在線模式時，時長為Δt的SSVEP刺激片段將連續(xù)閃爍，直至用戶操控無人機過程結束；EEG數(shù)據(jù)模塊基于任務相關成分分析和線性判別模型的滑動時間窗方法對采集到的Δt時長的腦電信號進行處理，將分類結果映射到不同的無人機飛行控制指令向量；無人機飛行控制模塊將m+1個EEG數(shù)據(jù)模塊輸出的控制指令向量進行融合，將融合后的指令向量傳輸給無人機，實現(xiàn)無人機的飛行控制。本發(fā)明利用腦機接口對無人機實現(xiàn)靈活、穩(wěn)定及魯棒的控制，使用者對無人機控制時不再依賴雙手。

技術領域

本發(fā)明涉及腦控無人機領域，尤其涉及一種基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口的腦控無人機方法。

背景技術

腦-機接口(brain-computer interface，BCI)是指不依賴于外周神經(jīng)和肌肉，在人腦和外部設備之間建立起直接交流的通路。其為那些身體殘疾但又有著完整意識的人，提供了一種與外部世界交流的有效入境。近年來，非侵入式頭皮腦電圖(electroencephalography，EEG))由于其相對較低的硬件費用和較高的時間分辨率被廣泛用在腦-機接口系統(tǒng)中。最常用的腦控信號有P300，感覺運動節(jié)律(sensorimotor rhythm，SMR)和穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(steady-state visual evoked potential，SSVEP)。SSVEP是對重復性視覺刺激的周期性神經(jīng)反應，它在視覺皮層中以閃爍頻率及其諧波出現(xiàn)。當前，基于SSVEP的腦-機接口已達到較高的信息傳輸速率(information transfer rate，ITR)，并且是最快的腦機接口范式。

腦-機接口技術的發(fā)展促使研究人員利用其開發(fā)基于腦機接口的實時機器人系統(tǒng)，包括腦控輪椅、外骨骼以及針對健康或殘疾人的輔助系統(tǒng)。無人機因其便捷靈活，價格低廉安全可控性強等特點，在軍事和民用領域得到了廣泛應用。目前，無人機的控制形式以手動遙控模式為主，因此使用者的雙手將被持續(xù)占用，無法同步進行其他工作。利用腦-機接口控制無人機，使得使用者在操控無人機的過程中解放雙手，為實現(xiàn)多任務處理的工作提供了前提保障。

目前已有的腦控無人機技術主要依賴于運動想象腦機接口，雖然用戶可以利用腦機接口實現(xiàn)對無人機的控制，但仍然存在諸多限制：

1、無人機飛行控制指令較少，操控不夠靈活；2、腦機接口信息傳輸速率較低，無法實現(xiàn)精確實時控制；3、多數(shù)研究從第三視角控制無人機，缺乏沉浸體驗。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口的腦控無人機方法，本發(fā)明為實現(xiàn)利用腦機接口對無人機實現(xiàn)靈活、穩(wěn)定及魯棒的控制，使得使用者對無人機控制時不再依賴其雙手，詳見下文描述：

一種基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口的腦控無人機方法，所述方法包括：

構建SSVEP刺激界面：設置一個“Keep”指令置于刺激界面中心，用于保持無人機飛行狀態(tài)，起到“偽異步”的控制效果，當刺激界面工作在在線模式時，時長為Δt的SSVEP刺激片段將連續(xù)閃爍，直至用戶操控無人機過程結束；

EEG數(shù)據(jù)模塊：基于任務相關成分分析和線性判別模型的滑動時間窗方法對采集到的Δt時長的腦電信號進行處理，同時將分類結果映射到不同的無人機飛行控制指令向量；

無人機飛行控制模塊：將m+1個EEG數(shù)據(jù)模塊輸出的控制指令向量進行融合，將融合后的指令向量傳輸給無人機，實現(xiàn)無人機的飛行控制。

其中，所述方法還包括：當刺激界面工作在離線模式時，

每個試次，在開始時都會提供時長為t_rest提示和視線轉移時間；P個連續(xù)的Δt的SSVEP閃爍片段依次呈現(xiàn)，SSVEP刺激的閃爍以正弦編碼方式采樣；在每個閃爍段之前，將刺激開始時刻記錄在與腦電數(shù)據(jù)同步的刺激通道上。