本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機(jī)接口信號識別方法。本方法為：1)將若干不同圖片以不同閃爍頻率通過一視覺刺激單元同時顯示，并采集被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號；2)數(shù)據(jù)處理單元對腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理，然后進(jìn)行特征提取和判決，初步確定該被測試者注視的圖片；3)打亂顯示圖片的閃爍頻率，采集腦電信號；然后對此次采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理，然后對處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，確定該被測試者注視的圖片，如果此次確定的圖片與步驟2相同，則將該圖片作為最終確定的識別信息輸出；如果不同，則判定該被測試者沒有注視該視覺刺激單元顯示的任何一幅圖片。本發(fā)明專利技術(shù)可有效地提高腦電信號識別的準(zhǔn)確性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于神經(jīng)工程
，具體涉及穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位和腦-機(jī)接口信號識別方法。
技術(shù)介紹
腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface, BCI)是基于腦電信號實(shí)現(xiàn)大腦和計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備直接通訊和控制的系統(tǒng)。腦-機(jī)接口可以把大腦發(fā)出的信息直接轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動外部設(shè)備命令，并且可代替人的肢體等實(shí)現(xiàn)人與外部世界的交流和對外部環(huán)境的控制。腦-機(jī)接口系統(tǒng)為人的大腦開辟了一條全新的與外界進(jìn)行信息交流和控制的途徑，使得利用人腦信號直接控制外部設(shè)備的想法成為可能。目前的腦-機(jī)接口系統(tǒng)存在著侵入式與非侵入式兩大類。侵入式的腦-機(jī)接口所獲得的信號精度相對較高，信噪比高，易于分析處理，但需要對使用者進(jìn)行開顱手術(shù)，不便于長時間的信號采集，且容易對使用者的腦部造成感染或損傷，危險(xiǎn)性較大。非侵入式的腦-機(jī)接口雖然其獲取的腦信號噪聲大，信號特征的可區(qū)分性差，但同時它的信號相對容易獲取，不會對使用者的腦部造成傷害，而且隨著信號處理方法和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對頭皮腦電圖信號(electroencephalogram, EEG)的處理已經(jīng)能夠達(dá)到一定的水平，使得非侵入式的腦-機(jī)接口系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)際生活應(yīng)用成為可能。近年來，腦-機(jī)接口技術(shù)發(fā)展非常迅速，已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲娛樂、康復(fù)工程以及航天、軍事等領(lǐng)域體現(xiàn)出重要的價(jià)值。事件相關(guān)電位(Event Related Potentials, ERPs)是指和刺激事件相關(guān)、并且在時間上同刺激鎖定的腦電信號平均后所觀察到的一系列電位變化。它不僅依賴于外界刺激的物理屬性，也與大腦的主觀加工和認(rèn)知狀態(tài)有密切的關(guān)系。視覺誘發(fā)電位(VisualEvoked Potential, VEP)是一種應(yīng)用廣泛的事件相關(guān)電位成分，它是指神經(jīng)系統(tǒng)接受視覺刺激(例如圖形或閃光刺激)所產(chǎn)生的特定電活動。當(dāng)視覺刺激固定為某一個頻率時(一般大于6Hz)，其引起的VEP在時間上發(fā)生重疊，大腦視覺皮層會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(Steady State VEP, SSVEP),該誘發(fā)電位信號呈現(xiàn)與視覺刺激一致的周期性,通過分析該信號的頻譜可以實(shí)現(xiàn)不同頻率及不同相位條件下的視覺刺激，是一種極具應(yīng)用價(jià)值的腦-機(jī)接口輸入信號。以穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位作為輸入信號的腦-機(jī)接口系統(tǒng)有信息傳輸率高、訓(xùn)練時間短、特征易提取等優(yōu)點(diǎn)，但是由于腦電信號很不穩(wěn)定以及經(jīng)常會有肌電信號的干擾，從而導(dǎo)致分類時經(jīng)常會出現(xiàn)一些錯誤。本文提出了一種主動確認(rèn)的方式，可以有效降低錯判率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機(jī)接口信號識別方法，即屏幕上呈現(xiàn)多個閃爍圖片，被測試者只注視其中的某一幅圖片，當(dāng)檢測到被測試者注視某幅圖片時，利用主動確認(rèn)的方式，打亂所有圖片的閃爍頻率(圖片內(nèi)容不變)，再次進(jìn)行檢測，若兩次相同，則我們認(rèn)為前一次的檢測是正確的，若不同，則認(rèn)為前一次是誤檢測。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為一種穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機(jī)接口信號識別方法，其步驟為I)建立一視覺刺激單元，用于顯示若干不同內(nèi)容的圖片，供被測試者注視時使用；2)將若干不同內(nèi)容的圖片以不同閃爍頻率通過該視覺刺激單元同時顯示，并采集該被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號，存儲到數(shù)據(jù)處理單元；3)該數(shù)據(jù)處理單元對所采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理；4)對步驟3)處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，初步確定該被測試者注視的圖片；5)打亂該視覺刺激單元所顯示圖片的閃爍頻率，并采集該被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號，存儲到數(shù)據(jù)處理單元；然后該數(shù)據(jù)處理單元對此次采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理；6)對步驟5)處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，確定該被測試者注視的圖片，如果此次確定的圖片與步驟4確定的圖片相同，則將該圖片作為最終確定的識別信息輸出；如果不相同，則判定該被測試者沒有注視該視覺刺激單元顯示的任何一幅圖片。進(jìn)一步的，步驟2)之前，首先將視覺刺激單元顯示為黑屏，采集被測試者注視該視覺刺激單元黑屏設(shè)定時長內(nèi)的腦電信號并存儲到數(shù)據(jù)處理單元；然后該數(shù)據(jù)處理單元利用靜息時腦電信號的平均頻譜對所采到的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)。進(jìn)一步的，所述設(shè)定時長為10s。進(jìn)一步的，采集所述腦電信號的方法為在該被測試者頭部枕葉Oz位置安放一EEG電極，一側(cè)耳廓位置安放參考電極，另一側(cè)耳廓位置安放接地電極，將電極采集的信號通過差分放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器后得到被測試者的腦電信號。進(jìn)一步的，初步確定該被測試者注視的圖片的方法為將步驟3)處理后腦電信號對應(yīng)于每一圖片的能量，作為對應(yīng)圖片的腦電信號特征；選取腦電信號特征值最大者與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，當(dāng)高過該設(shè)定閾值時，則初步判定被測試者注視的是該腦電信號特征值最大者對應(yīng)的圖片；則否則判斷被測試者沒有注視任何一幅圖片，重復(fù)步驟2) 4)。進(jìn)一步的，步驟3)中，該數(shù)據(jù)處理單元對所采集的腦電信號中EEG電極采集的信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理。該穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機(jī)接口系統(tǒng)的主動確認(rèn)裝置，包括以下模塊(如圖1)1.刺激模塊刺激模塊主要是包括一個大顯示屏。目的是將含有特定內(nèi)容的圖片利用顯示屏顯示出來，供被測試者注視時使用(如圖2)。2.信號采集模塊信號采集模塊主要包括電極，差分放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(如圖3)。目的是采集被測試者的腦電信號，并利用無線傳輸將腦電信號傳到接收端。3.信號處理模塊信號處理模塊主要包括噪聲估計(jì)及降噪處理，特征提取及分類(如圖4)。由于腦電信號不穩(wěn)定，且可能有肌電等信號的干擾，所以為了提升信噪比，使系統(tǒng)更為魯棒，我們需要在接收數(shù)據(jù)之后進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理，之后利用各頻率能量作為特征，進(jìn)行分類，從而得到被測試者所注視的圖片。4.主動確認(rèn)模塊經(jīng)過一次分類判決后，我們主動的打亂圖片閃爍頻率，再進(jìn)行一遍降噪、分類和判決，若結(jié)果和前一次相同，則認(rèn)為前一次判決準(zhǔn)確，從而達(dá)到了一個確認(rèn)的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的積極效果為本專利技術(shù)不僅保持了穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即信息傳輸率高，訓(xùn)練時間短，特征易提取等，而且還提出一種主動確認(rèn)的方式，借此提高分類正確率。附圖說明圖1是本專利技術(shù)流程圖； 圖2是刺激界面示意圖(刺激圖片顯示的順序和數(shù)量都可以根據(jù)需求變化)；圖3是信號采集模塊流程圖；圖4是彳目號處理模塊流程圖。具體實(shí)施例方式下面參照本專利技術(shù)的附圖，更詳細(xì)地描述本專利技術(shù)的最佳實(shí)施例。基于主動確認(rèn)的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦-機(jī)接口方法，包括以下步驟步驟一在被測試者頭部枕葉Oz位置安放腦電圖儀電極(EEG電極)，一側(cè)耳廓位置安放參考電極，另一側(cè)耳廓位置安放接地電極，通過電極采集的信號通過差分放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器后得到被測試者的腦電信號(如圖2和圖3)，并利用無線設(shè)備和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用計(jì)算機(jī)儲存采集的腦電信號。步驟二 利用顯示屏幕顯示刺激圖片，首先顯示屏?xí)@示IOs的黑屏，目的是為了記錄靜息時的腦電信號，以便后面進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理。之后將6個(數(shù)目可增可減，隨需求而定)含有特定內(nèi)容(例如喝水，吃飯，看電視等)的不同頻率的閃爍圖片同時呈現(xiàn)在顯示屏上，呈現(xiàn)位置分別在屏幕左上、中上、右上、左下、中下、右下，被測試者頭部距離顯示屏為50 100厘米(如圖2)。步驟三被測試者注視上述6個圖片中的一個或屏幕的中央?yún)^(qū)域(即并不注視其中任何一幅圖片)。步驟四對EEG電極所采到的信號本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦?機(jī)接口信號識別方法，其步驟為：1)建立一視覺刺激單元，用于顯示若干不同內(nèi)容的圖片，供被測試者注視時使用；2)將若干不同內(nèi)容的圖片以不同閃爍頻率通過該視覺刺激單元同時顯示，并采集該被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號，存儲到數(shù)據(jù)處理單元；3)該數(shù)據(jù)處理單元對所采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理；4)對步驟3)處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，初步確定該被測試者注視的圖片；5)打亂該視覺刺激單元所顯示圖片的閃爍頻率，并采集該被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號，存儲到數(shù)據(jù)處理單元；然后該數(shù)據(jù)處理單元對此次采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理；6)對步驟5)處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，確定該被測試者注視的圖片，如果此次確定的圖片與步驟4確定的圖片相同，則將該圖片作為最終確定的識別信息輸出；如果不相同，則判定該被測試者沒有注視該視覺刺激單元顯示的任何一幅圖片。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機(jī)接口信號識別方法，其步驟為 1)建立一視覺刺激單元，用于顯示若干不同內(nèi)容的圖片，供被測試者注視時使用； 2)將若干不同內(nèi)容的圖片以不同閃爍頻率通過該視覺刺激單元同時顯示，并采集該被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號，存儲到數(shù)據(jù)處理單元； 3)該數(shù)據(jù)處理單元對所采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理； 4)對步驟3)處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，初步確定該被測試者注視的圖片; 5)打亂該視覺刺激單元所顯示圖片的閃爍頻率，并采集該被測試者注視該視覺刺激單元的腦電信號，存儲到數(shù)據(jù)處理單元；然后該數(shù)據(jù)處理單元對此次采集的腦電信號進(jìn)行噪聲估計(jì)和降噪處理； 6)對步驟5)處理后的腦電信號進(jìn)行特征提取和判決，確定該被測試者注視的圖片，如果此次確定的圖片與步驟4確定的圖片相同，則將該圖片作為最終確定的識別信息輸出；如果不相同，則判定該被測試者沒有注視該視覺刺激單元顯示的任何一幅圖片。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)之前，首先將視覺刺激單元顯示為黑屏，采集被測試...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳璽宏，朱風(fēng)云，張廣程，
申請(專利權(quán))人：北京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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