[發明專利]一種基于周圍視野標定刺激誘發腦電解碼的視線跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010315015.2
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111580645B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 明東;周曉宇;許敏鵬;肖曉琳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: 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

本發明公開了一種基于周圍視野標定刺激誘發腦電解碼的視線跟蹤方法，包括：根據大腦對視覺刺激響應的空間特異性原理對刺激進行編碼，設計刺激范式；根據個人意圖注視某一目標點，帶有空間方位信息的視覺標定刺激通過視覺通路輸入，腦電采集系統實時采集頭皮腦電信號，將信號經放大、濾波后輸入計算機；計算機對腦電信號進行降采樣及有效特征數據段截取，并借助空間濾波提取VEPs特征，基于VEPs特征識別算法解碼出“視覺標定刺激”與“視覺中心位置”間的方位信息，并計算“視覺標定刺激位置調整參數”反饋調節視覺標定刺激呈現位置；當連續多次計算視線中心位置一致時，停止調整視覺標定刺激位置，并輸出視線中心位置坐標。

技術領域

本發明涉及視線跟蹤領域，尤其涉及一種基于周圍視野標定刺激誘發腦電解碼的視線跟蹤方法。

背景技術

視線追蹤技術是利用機械、電子、光學、計算機算法等各種檢測手段獲取受試者當前視覺注意方向的技術，它廣泛應用于人機交互、心理研究、虛擬現實和軍事等多個領域。目前，精度較高、應用較多的視線追蹤技術為瞳孔-角膜反射技術。瞳孔-角膜反射技術通過近紅外光源照射眼睛使其產生明顯的反射現象，后通過攝像機記錄反射光構成的圖像，利用亮瞳孔和暗瞳孔的原理，提取出眼球圖像內的瞳孔，用角膜反射法校正攝像機與眼球的相對位置，以角膜反射點作為攝像機和眼球的相對位置的基點，瞳孔中心位置坐標表示視線位置。在實際應用中，光源及攝像機的安裝要求顯示器具有較高的裝配深度。由于近紅外光源對眼部的直接照射，為確保安全性，使用者的活動范圍和設備的使用時間常常受到限制。此外，視線追蹤的精度受使用者的頭部影響較大。

腦-機接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一個將中樞神經系統活動直接轉化為人工輸出的系統，它能夠替代、修復、增強、補充或者改善中樞神經系統的正常輸出，從而改善中樞神經系統與內外環境之間的交互作用。BCI通過采集和分析不同刺激下受試者的腦電信號，再使用一定的工程技術手段建立起人腦與計算機或其它電子設備之間的交流和控制通道。目前，BCI已在醫學臨床、游戲開發、軍事、交通、社會科學及認知科學等領域顯露出其應用前景。在各種類型的BCI中，基于VEPs的BCI系統是發展較為成熟的一種類型。VEPs是使用者眼部受到外部光線刺激，在其大腦初級視覺皮層區域檢測到的電信號。

根據視網膜映射原理可知，VEPs對不同空間位置處的視覺刺激表現出空間特異性。如圖1所示，視覺系統由視神經、視交叉神經、視束、外側膝狀體、視放射、初級視覺皮層構成。光通過左側或右側角膜刺激視網膜上的感光桿、視錐細胞、并通過視神經及視交叉神經傳導至丘腦處的外側膝狀核，最終視覺信號傳遞至初級視覺皮層。由于視交叉神經的對側性質，左側視野的視覺信息將被傳導至視覺皮層的右側枕葉。視覺纖維在枕葉皮層投射時上半視野投射到距狀裂下唇，下半視野投射到距狀裂上唇。更具體地，視覺刺激所在視野與相應視覺信號傳遞至的視覺皮層區域對應關系如圖2所示。

發明內容

本發明提供了一種基于周圍視野標定刺激誘發腦電解碼的視線跟蹤方法，本發明基于視網膜映射原理利用VEPs的空間特異性結合特征解碼算法實現視線追蹤和定位，與傳統的視線追蹤技術相比，該技術具有抗頭部運動干擾性強、安全性好等特點。進一步完善系統的構成，有望實現一種有效的實時視線追蹤技術，詳見下文描述：

一種基于周圍視野標定刺激誘發腦電解碼的視線跟蹤方法，所述方法包括以下步驟：

根據大腦對視覺刺激響應的空間特異性原理對刺激進行編碼，設計刺激范式；

根據個人意圖注視某一目標點，帶有空間方位信息的視覺標定刺激通過視覺通路輸入，腦電采集系統實時采集頭皮腦電信號，將信號經放大、濾波后輸入計算機；

計算機對腦電信號進行降采樣及有效特征數據段截取，并借助空間濾波算法提取VEPs特征，基于VEPs特征識別算法解碼出“視覺標定刺激”與“視覺中心位置”間的方位信息，并計算“視覺標定刺激位置調整參數”反饋調節視覺標定刺激呈現位置；