[發明專利]基于膠囊神經網絡的腦啟發式自動駕駛輔助系統及方法

有效

• 申請號: 202210221486.6
• 申請日: 2022-03-09
• 公開（公告）號: CN114312819B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 馬力;陳昆;劉泉;艾青松;汪成祥;臧杰;王慶宇
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B60W50/08
• 分類號: B60W50/08;A61B5/00;A61B5/256;A61B5/318
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

1.一種基于膠囊神經網絡的腦啟發式自動駕駛輔助系統，其特征在于：所述系統包括腦電信號采集系統A、錯誤相關負電位分析系統B、運動想象分析系統C、自動導航控制系統D；

所述腦電信號采集系統A：用于采集用戶的腦電數據并發送到上位機進行處理；

所述錯誤相關負電位分析系統B：使用膠囊神經網絡實現錯誤相關負電位ERN的檢測功能，根據用戶的腦電數據提取駕駛者大腦中的錯誤相關負電位信號，輸出發生錯誤反應和無錯誤反應兩種標志指令信號，以反映當前的車輛導航狀態正確性；所述錯誤相關負電位分析系統B包括ERN信號預處理單元（3）和膠囊神經網絡單元（4），所述ERN信號預處理單元（3）對腦電數據進行預處理，完成腦電數據的篩選、重參考、濾波、獨立主成分分析、分段，選擇一個時間窗口，按照設定時間間隔將腦電數據轉化為腦電地形圖，所述膠囊神經網絡單元（4）對ERN信號預處理單元（3）輸出的腦電地形圖進行分類提取，根據是否提取到ERN信號來輸出發生錯誤反應和無錯誤反應兩種標志指令信號；

所述運動想象分析系統C：根據用戶的腦電數據判斷用戶大腦的駕駛意圖：

所述運動想象分析系統C包括運動想象信號預處理單元（5）、信號特征提取單元（6）和信號分類識別單元（7）；所述運動想象信號預處理單元（5）完成腦電數據的濾波、分段、基線校準、重參考、獨立主成分分析，以得到純凈的腦電數據；所述信號特征提取單元（6）對腦電數據進行信號的特征提取，以提取獲得高度分化的特征向量；信號分類識別單元（7）接收信號特征提取單元（6）提取的特征向量信號，基于SVM向量機進行分類，分類得到向左、向右或保持現狀的三種指令；

所述自動導航控制系統D：基于ROS仿真平臺實現，用于模擬車輛自動駕駛場景，實現對未知場景定位、建圖以及路徑規劃，接收所述錯誤相關負電位分析系統B輸出的發生錯誤反應和無錯誤反應兩種標志指令信號和運動想象分析系統C輸出的指令信號，通過PID控制進一步計算輸出的駕駛狀態變化量，控制車輛導航狀態的更新。

2.根據權利要求1所述的一種基于膠囊神經網絡的腦啟發式自動駕駛輔助系統，其特征在于：所述腦電信號采集系統A由信號采集單元（1）和腦電信號預處理單元（2）組成，所述信號采集單元（1）采集用戶腦部表皮特定點位的電位信號，所述腦電信號預處理單元（2）對采集的腦電信號進行放大、濾波處理。

3.根據權利要求2所述的一種基于膠囊神經網絡的腦啟發式自動駕駛輔助系統，其特征在于：所述由信號采集單元（1）通過FP1~O2共32個EEG通道進行腦電信號的采集，其中電極FP1、F3、F7、FC5、FC1、FP2、F7、F4、F8、FC6、FC2通道的信號用于錯誤相關負電位分析系統B進行特征提取和分類，電極C3、C4和Cz通道的信號用于運動想象分析系統C進行運動想象信號的進行時域、頻域、空間域以及能量域的特征提取。

4.根據權利要求1所述的一種基于膠囊神經網絡的腦啟發式自動駕駛輔助系統，其特征在于：所述自動導航控制系統D包括實時定位單元（8）、建圖單元（9）、路徑規劃單元（10）和類腦處理單元（11）；所述實時定位單元（8）用于根據傳感器接受到的數據通過數據模型進行定位計算，根據視覺傳感器、激光雷達和陀螺儀輸入的信息，輸出世界坐標系和里程計坐標系的轉換關系，推導出車輛基坐標系與世界坐標系的轉換關系，實現定位功能；所述建圖單元（9）采用gmapping工具算法實現周圍環境信息掃描，構建輸出環境地圖，基于視覺傳感器信息、陀螺儀信息和里程計信息創建基于概率的二維柵格地圖；所述路徑規劃單元（10）采用navigation工具包集，接收建圖單元（9）生成的地圖、傳感器數據流和里程計信息，輸出速度和角速度指令至車輛控制底盤，進而控制行駛狀態，實現路徑規劃和避障功能；所述類腦處理單元（11）接收所述錯誤相關負電位分析系統B輸出的標志指令信號和運動想象分析系統C出的指令信號，通過接收并記憶傳感器的局部采集信息，推理形成完整的多層經驗地圖，映射至真實場景，實時修正行駛狀態。