[發明專利]一種基于核主角的眼電控制鼠標裝置

在審

• 申請號: 202011216679.X
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112379788A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 李旭光;甘良志;胡文;薛文軒
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G06F3/038
• 分類號: G06F3/038;A61B5/398
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進

一種基于核主角的眼電控制鼠標裝置，包括眼電信號采集端、眼電信號接收端、眼電信號處理和鼠標控制端。眼電信號采集端包括：采集電極模塊、信號濾波模塊、模數轉換模塊、單片機模塊、射頻模塊和供電模塊；眼電信號接收端包括：RF接收模塊，串行通訊模塊、USB接口；眼電信號處理和鼠標控制端直接在電腦上運行，通過編程實現。本發明通過使用主控芯片為STM32F407ZGT6單片機，有著高性能、低功耗、低成本的優點；選擇RFD22301芯片作為無線通訊模塊；選擇ADS1299作為模數轉換芯片，支持8多通道無線傳輸；使用核主角方法對眼電信號進行分類，實現眼動控制鼠標。

技術領域

本發明屬于醫療電子和機器學習領域，具體涉及一種基于核主角的眼電控制鼠標裝置。

背景技術

隨著電子技術和機器學習技術的發展，越來越多智能設備運用于改善殘疾人的生活質量，本發明能夠讓肢體殘疾的病人通過眼球的運動控制電腦鼠標，讓殘疾人也能無障礙地與電腦交互。

傳統的眼球動作判斷裝置，一般通過攝像機拍攝眼球運動的照片，然后將照片送入電腦對照片進行分類，此方法實現復雜，成本較高，實時性差。因檢測眼球動作需要配備攝像機，使用者要保持身體位置不變，實用價值很小。隨著科技發展，出現了眼動儀設備，用于記錄人在處理視覺信息時的眼動軌跡特征，廣泛用于注意、視知覺、閱讀等領域的研究。但造價高昂，不適合普通用戶的使用。

通常眼電信號采集后通過數據線連接至電腦，這種數據傳輸方式帶來很大的干擾，不利于對數據的分析。

傳統的機器學習方法處理眼電信號需要訓練神經網絡，需要大量參數，不能觀察之間的學習過程，輸出結果難以解釋，會影響到結果的可信度；學習時間過長,特別是當隱藏結點數量很大時，甚至可能達不到學習的目的。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于核主角的眼電控制鼠標裝置解決現有技術存在的缺陷，該裝置采用RFD22301無線射頻模塊來進行眼電信號的傳輸，解決了傳統信號傳輸帶來的干擾問題。本發明包括眼電信號采集端、眼電信號接收端、眼電信號處理和鼠標控制端。通過核主角算法對采集的眼電信號進行分類，得到結果后用于鼠標控制。

本發明采用核主角算法解決眼電信號分類問題，原理如下：

兩個零均值的隨機變量X和Y。{a1,…,an}和{b1,…,bm}分別是隨機變量X和隨機變量Y的兩組樣本。

假設他們構成兩個行向量A＝{a1,…,an}和B＝{b1,…,bm}。

對應子空間分別是Ua＝span{a1,…,an}和Ub＝span{b1,…,bm}

這兩個空間的主角被定義為θ,滿足:

cosθ＝maxu^Tv,u∈U_b,v∈U_a

u^Tu＝v^Tv＝1

設u＝By，v＝Ax

則u^T＝y^TB^T

式重新描述為：

cosθ＝maxy^TB^TAx

拉格朗日子乘法求極值：

推得:

x＝β(B^TA)^-1B^TBy

y＝α(A^TB)^-1A^TAx