[發明專利]一種基于眼電控制的智能助障家居系統

在審

• 申請號: 202110005327.8
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112578682A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 周強;田鵬飛;黃永慶
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G05B15/02
• 分類號: G05B15/02;G05B19/418
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

本發明公開了一種基于眼電控制的智能助障家居系統，通過眼電信號采集模塊采集眨眼動作信號，經眨眼識別模塊濾除無意識眨眼和前庭眼跳干擾，通過眼電離線辨識模塊構建適用于眼電信號的離線辨識模型并將其植入控制器模塊，將基本眼電動作及其組合轉化成相應的控制指令實現設備控制，并且利用人機交互模塊對外部設備上實時控制。本發明利用人機交互界面對外部設備實時反饋，實現了對外部設備的精準控制，能夠幫助肢體殘障和老齡行動不便的人群在生活上實現自理。

技術領域

本發明屬于智能助障家居領域，具體涉及一種基于眼電控制的智能助障家居系統。

背景技術

隨著生活水平和醫療水平的提高，我國老年人數量逐年增加。同時，各種疾病或意外事故導致的肢體殘疾人數也在逐年增加。這兩類人群行動不便，無法像常人一樣獨立自主的生活，需要家人或他人的長期照料，耗時費力且給自己和他人帶來諸多不便。在科技迅速發展的社會背景下，如何提高他們的生活品質，讓科技更好的輔助他們生活是非常有意義的。

現有的助障裝置大多采用鍵盤、鼠標、觸摸屏等人機交互方式與外部設備進行方便自如的交互。這需要使用者通過肢體進行操控，且其功能較為單一，不能滿足上述特殊人群的日常生活需求。考慮到生物電信號，相較于腦電信號(Electroencephalogram, EEG)、眼電信號(Electrooculogram, EOG)、心電信號(Electrocardiogram, ECG)、肌電信號(Electromyography, EMG)等，EOG信號具有波形特征明顯、控制模式多樣化、識別度高等優勢，使用者只需眼部能自如并有意識地運動，便可自主靈活的與外界進行無障礙的信息交流。

發明內容

本發明的提出了基于眼電控制的智能助障家居系統，該智能助障家居系統實現了對外部設備的精準控制，能夠幫助肢體殘障和老齡行動不便的人群在生活上實現自理。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于眼電控制的智能助障家居系統，包括眼電信號采集模塊、眨眼識別模塊、眼電離線辨識模塊、控制器模塊、人機交互模塊；眼電信號采集模塊采集眨眼動作的EOG信號，經眨眼識別模塊濾除無意識眨眼和前庭眼跳干擾，通過眼電離線辨識模塊構建適用于眼電信號的離線辨識模型并將其植入控制器模塊，將基本眼電動作及其組合轉化成相應的控制指令實現設備控制，并且利用人機交互模塊對外部設備上實時控制。

所述眼電信號采集模塊，包括有源探頭和調理電路，所述調理電路包含儀表差分放大電路、右腿驅動抵消電路（DRL）、工頻陷波器和帶通濾波器以及后級放大電路；所述有源探頭貼于眼部實時采集眼電信號，并且將采集到的信號傳遞至調理電路進行預處理。

所述眨眼識別模塊濾除無意識眨眼、眼跳干擾以及前庭眼跳干擾（VOR）的方法原理為，根據有意識眨眼信號和無意識眨眼幅值特性，利用動態閾值法濾除無意識眨眼，對眨眼信號做一次差分后信號在眨眼處會出現一個極小值和一個極大值，且極大值和極小值的比值x在一個很小的范圍內，具體精確到0.5x2的范圍內，當x0.5，判斷為左眼跳，當x2判斷為右眼跳，同時計算一次極大值與極小值之間的時間t，有意識眨眼的一次極大值與極小值之間的時間在80-120ms之間，VOR的一次極大值與極小值之間的時間在600-800ms之間，因此判斷t的大小，當t≤200ms時判定為有效眨眼，當t200ms時，判定為視為VOR干擾。

所述眼電離線辨識模塊，對去噪后的信號提取特征，并根據特征量對一次眨眼、二眨眼、三次眨眼分類，所述的眼電離線辨識模塊使用小波軟閾值的方法對影響原始EOG信號比較嚴重的肌電（EMG）、系統高頻噪聲、尖峰噪聲等干擾進行濾波，對經過小波閾值處理過的經過濾波處理后的EOG信號，提取其功率譜熵（PSE）和多尺度熵（MSE）兩種特征量，將提取到的這兩種特征量數據分為訓練集和測試集送入支持向量機（SVM）訓練模型進行分類，進而識別出一次眨眼二次眨眼和三次眨眼的三類信號。