[发明专利]基于人眼扫视信号的人机交互式二维定位方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学和信息学交叉领域，具体说就是基于人眼扫视信号的人机交互式二维精确定位方法。

背景技术

假肢能够辅助残疾人完成更多的工作，对他们进行正常的生活和更好地融入社会起到重要作用，为了实现智能假肢的自然控制，不仅要从人体生物信息中获取控制任务，而且还需要控制过程中机械臂的位置反馈；而眼电图(EOG)是目前唯一一种产生于生物电的眼球运动记录技术，它可以作为人机交互中的输入指令为仿生机械臂提供精确定位。

人眼是一个双极性球体，角膜相对于视网膜呈正电位，视网膜相对于角膜呈负电位，当人眼自然平时前方时有一个基准电位，而当眼球作扫视运动时，角膜、视网膜间会产生电位差从而产生眼电图(electro-oculogram，EOG)，EOG信号不可避免地会叠加肌电(EMG)、脑电(EEG)以及皮肤电压信号，但通过适当的带通滤波仍可得出：人眼扫视电位差与眼球转动角度存在一定数学关系；由于EOG信号容易采集，且信噪比较高，可以通过放置在眼眶周围的电极直接检测到。尽管EOG信号容易检测，但也不可避免的存在以下问题：

1.现有的EOG研究主要集中在水平方向上，由于受眼睑运动伪差和眨眼的影响，垂直方向上眼动的研究很少，虽然眼电信号特征提取与识别算法易于实现，但存在检测正确率低，在噪声环境下鲁棒性差的缺点。

2.由EOG信号的特点和被试个体差异可知在EOG角度辨识实验中很难建立一个普遍适用的眼球转动角度和扫视电位差之间的对应关系。

3.EOG信号存在个体差异，基于EOG扫视信号的二维精确定位较为困难，人眼、仿生机械臂交互式定位系统国内未见类似研究。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术存在的问题所提出的一种新颖的基于人眼扫视信号的人机交互式二维定位方法；

本发明通过如下技术方案实现：

包括眼电信号预处理，人眼扫视定位模型建立以及人眼、仿生机械臂坐标系快速标定三个阶段：

1)眼电信号预处理阶段是对眼电信号进行带通滤波和端点检测；包括以下步骤：所述眼电信号预处理阶段的带通滤波截止频率为0.1Hz-10Hz；

对滤波后的眼电信号进行端点检测，检测扫视动作发生对应的眼电信号的起始点和终止点，端点检测步骤主要包括信号分帧和求取短时能量两部分，其中信号分帧是将连续的眼电信号转换为多段短时信号，进而对分帧后的短时信号求短时能量；

2)人眼扫视基本定位模型建立是基于多次扫视实验的统计数据经线性拟合得到的，具体实验步骤如下：

a、训练

a1、将眼电导连分别放置在双眼外眦10mm处并采用相对参考来检测水平扫视信号，上下导连距瞳孔30mm对称分布采用相对参考来检测垂直扫视信号；

a2、统计不同被试重复做已知角度扫视所对应峰值差，寻找角度与扫视信号峰值差之间的对应关系，建立基本定位模型；

所述基本定位模型中，人眼扫视信号峰值差与对应扫视角度呈线性关系(h表示水平方向，v表示垂直方向)；

U_h＝k_hθ_h+b_h      U_v＝k_vθ_v+b_v

b、模型匹配

所述基本定位模型基于大量被试统计数据得出，单个被试具体实验时需根据至少三个已知角度扫视来对单次定位模型进行归一化，将定位模型统一到基本模型中：