一種腦-機接口視覺刺激方法及信號識別方法技術

本發明專利技術公開了一種腦-機接口視覺刺激方法及信號識別方法。本發明專利技術的視覺刺激方法為將待顯示圖像以設定頻率的正弦調制方式進行調制顯示出來；調制的屬性包括：亮度、大小、形狀、翻轉角度。信號識別方法為：1)將若干不同圖像按照正弦調制方式以不同閃爍頻率同時顯示，并采集被測試者的腦電信號；2)對腦電信號進行特征提取和判決，初步確定該被測試者注視的圖像；3)打亂顯示圖像的閃爍頻率，采集腦電信號并確定該被測試者注視的圖像，如果此次確定的圖像與步驟2相同，則將該圖像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像。本發明專利技術可大大緩解眼疲勞，有效地提高腦電信號識別的準確性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于神經工程
，具體涉及穩態視覺誘發電位和腦-機接ロ視覺刺激方法及信號識別方法。
技術介紹
腦-機接ロ(Brain-Computer Interface, BCI)是基于腦電信號實現大腦和計算機或其他設備直接通訊和控制的系統。腦-機接ロ可以把大腦發出的信息直接轉換為能夠驅動外部設備命令，并且可代替人的肢體等實現人與外部世界的交流和對外部環境的控制。目前的腦-機接ロ系統存在著侵入式與非侵入式兩大類。侵入式的腦-機接ロ所獲得的信號精度相對較高，信噪比高，易于分析處理，但需要對使用者進行開顱手術，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，危險性較大。非侵入式的腦-機接ロ雖然其獲取的腦信號噪聲大，信號特征的可區分性差，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的不斷進步，對頭皮腦電圖信號(electroencephalogram, EEG)的處理已經能夠達到一定的水平，使得非侵入式的腦-機接ロ系統逐漸替代侵入式的腦-機接ロ系統，并在生物醫學、虛擬現實、游戲娛樂、康復エ程以及航天、軍事等領域體現出重要的價值。事件相關電位(Event Related Potentials, ERPs)是指和刺激事件相關、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知狀態有密切的關系。視覺誘發電位(VisualEvokedPotential, VEP)是ー種應用廣泛的事件相關電位成分，它是指神經系統接受視覺刺激(例如圖形或閃光刺激)所產生的特定電活動。當視覺刺激固定為某ー個頻率時(一般大于6Hz)，其引起的VEP在時間上發生重疊，大腦視覺皮層會產生穩態視覺誘發電位(Steady State VEP, SSVEP),該誘發電位信號呈現與視覺刺激一致的周期性,通過分析該信號的頻譜可以實現不同頻率及不同相位條件下的視覺刺激，是ー種極具應用價值的腦-機接ロ輸入信號。以穩態視覺誘發電位作為輸入信號的腦-機接ロ系統有信息傳輸率高、訓練時間短、特征易提取等優點，但是這類系統的刺激信號大多都是用方波調制亮度，這樣會大大增加使用者眼睛的疲勞程度。
技術實現思路
針對現有技術中存在的技術問題，本專利技術的目的是提供一種穩態視覺誘發電位腦-機接ロ視覺刺激方法及信號識別方法，即我們利用ー種以固定頻率周期性變化的信號，如正弦波，調制視覺刺激圖像的亮度、大小、形狀和翻轉角度來產生視覺刺激。與傳統刺激方法相比，本方法可以靈活設定視覺刺激的刺激頻率，并且可以降低使用者的眼睛疲勞程度。本專利技術的技術方案為:—種腦-機接ロ視覺刺激方法，其特征在干，將待顯示圖像以設定頻率的正弦調制方式進行調制顯示出來；其中對待顯示圖像的下列ー種或多種屬性進行調制:亮度、大小、形狀、翻轉角度；a)對圖像亮度的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的亮度，當正弦波信號幅度為最小值時圖像在顔色空間的亮度最小，當正弦波信號幅度為最大值時圖像在顔色空間的売度最大；b)對圖像大小的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的邊長，當正弦波信號幅度為最小值時圖像邊長變化為原始圖像邊長的n分之一，當正弦波信號幅度為最大值時圖像邊長變化為原始圖像邊長的n倍，當正弦波信號幅度為最大值一半時圖像邊長與原始圖像相同，n為自然數；c)對圖像形狀的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的形狀，當正弦波信號幅度為最小值時圖像各邊向內凹的弧度最大，當正弦波信號幅度為最大值時圖像各邊向外凸的弧度最大，當正弦波信號幅度為最大值一半時圖像與原始圖像相同；d)對圖像翻轉的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的翻轉角度，當正弦波信號幅度為最小值時圖像與原始圖像相同，即不翻轉；當正弦波信號幅度為從最小值到最大值變化吋，圖像根據預先設定的軸，按照預先設定的方向從0度翻轉到90度；當正弦波信號幅度為從最大值到最小值變化吋，圖像根據預先設定的軸，按照預先設定的方向從90度翻轉到0度。進ー步的，所述正弦波信號的頻率與待顯示圖像所在的顯示設備垂直刷新同步信號同歩。進一步的，所述正弦波本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種腦?機接口視覺刺激方法，其特征在于，將待顯示圖像以設定頻率的正弦調制方式進行調制顯示出來；其中對待顯示圖像的下列一種或多種屬性進行調制：亮度、大小、形狀、翻轉角度；a)對圖像亮度的調制方法為：用正弦波信號的幅度調制圖像的亮度，當正弦波信號幅度為最小值時圖像在顏色空間的亮度最小，當正弦波信號幅度為最大值時圖像在顏色空間的亮度最大；b)對圖像大小的調制方法為：用正弦波信號的幅度調制圖像的邊長，當正弦波信號幅度為最小值時圖像邊長變化為原始圖像邊長的n分之一，當正弦波信號幅度為最大值時圖像邊長變化為原始圖像邊長的n倍，當正弦波信號幅度為最大值一半時圖像邊長與原始圖像相同，n為自然數；c)對圖像形狀的調制方法為：用正弦波信號的幅度調制圖像的形狀，當正弦波信號幅度為最小值時圖像各邊向內凹的弧度最大，當正弦波信號幅度為最大值時圖像各邊向外凸的弧度最大，當正弦波信號幅度為最大值一半時圖像與原始圖像相同；d)對圖像翻轉的調制方法為：用正弦波信號的幅度調制圖像的翻轉角度，當正弦波信號幅度為最小值時圖像與原始圖像相同，即不翻轉；當正弦波信號幅度為從最小值到最大值變化時，圖像根據預先設定的軸，按照預先設定的方向從0度翻轉到90度；當正弦波信號幅度為從最大值到最小值變化時，圖像根據預先設定的軸，按照預先設定的方向從90度翻轉到0度。...

【技術特征摘要】
1.一種腦-機接ロ視覺刺激方法，其特征在干，將待顯示圖像以設定頻率的正弦調制方式進行調制顯示出來；其中對待顯示圖像的下列ー種或多種屬性進行調制:亮度、大小、形狀、翻轉角度； a)對圖像亮度的調制方法為:用正 弦波信號的幅度調制圖像的亮度，當正弦波信號幅度為最小值時圖像在顔色空間的亮度最小，當正弦波信號幅度為最大值時圖像在顔色空間的売度最大； b)對圖像大小的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的邊長，當正弦波信號幅度為最小值時圖像邊長變化為原始圖像邊長的n分之一，當正弦波信號幅度為最大值時圖像邊長變化為原始圖像邊長的n倍，當正弦波信號幅度為最大值一半時圖像邊長與原始圖像相同，n為自然數； c)對圖像形狀的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的形狀，當正弦波信號幅度為最小值時圖像各邊向內凹的弧度最大，當正弦波信號幅度為最大值時圖像各邊向外凸的弧度最大，當正弦波信號幅度為最大值一半時圖像與原始圖像相同； d)對圖像翻轉的調制方法為:用正弦波信號的幅度調制圖像的翻轉角度，當正弦波信號幅度為最小值時圖像與原始圖像相同，即不翻轉；當正弦波信號幅度為從最小值到最大值變化吋，圖像根據預先設定的軸，按照預先設定的方向從O度翻轉到90度；當正弦波信號幅度為從最大值到最小值變化吋，圖像根據預先設定的軸，按照預先設定的方向從90度翻轉到0度。2.按權利要求1所述的方法，其特征在在于所述正弦波信號的頻率與待顯示圖像所在的顯示設備垂直刷新同步信號同歩。3.按權利要求1所述的方法，其特征在于所述正弦波信號為|siruoT+ i，co為頻率。4.一種腦-機接ロ信號識別方法，其步驟為: 1)建立ー視覺刺激単元，用于顯示若干不同內容的圖像，供被測試者注視時使用； 2)將若干不同內容的圖像按照權利要求1所述方法調制后以不同閃爍頻率通過該視覺刺激単元同時顯示，并采集該被測試者注視該視覺刺激単元的腦電信號，存儲到數據處理單元； 3)該數據處理單元對所采...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳璽宏，朱風云，劉文韜，王寧，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：