[发明专利]一种Speller BCI系统及其控制方法

权利要求书

1.一种Speller BCI系统，其特征在于，所述Speller BCI系统包括：脑电数据采集模块、数据预处理模块、特征提取模块和模式识别模块，

在所述脑电数据采集模块的屏幕上显示Speller刺激界面，采集使用者的脑电信号，所述数据预处理模块对所述脑电信号进行预处理；通过所述特征提取模块提取所述脑电信号中视觉诱发的P300信号和想象动作特征；所述模式识别模块对所述视觉诱发的P300信号和所述想象动作特征进行分类识别，输出待选字符。

2.根据权利要求1所述的一种Speller BCI系统，其特征在于，所述Speller刺激界面具体为：先进行列的随机无重复闪烁，再进行行的随机无重复闪烁。

3.一种Speller BCI系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)使用者在脑电数据采集模块的屏幕上观看Speller刺激界面，注视待选字符所在区域并同时想象左右手动作，完成大小写字母的2选1或数字与符号的2选1输出，采集使用者的脑电信号；

(2)通过相干平均方式将所述脑电信号中的噪声信号去除，提取视觉诱发的P300信号；

(3)通过短时傅里叶变换获取脑电信号的二维时频图谱；

(4)对所述脑电信号的二维时频图谱进行Fisher可分性分析，获取Fisher系数二维时频图谱，获取特征频段，提取想象动作特征；

(5)对所述视觉诱发的P300信号和所述想象动作特征进行模式识别，输出待选字符；

其中，步骤(2)中的所述相干平均方式具体为：

x_n(i，t)＝p_n(i，t)+e_n(i，t) n＝1ΛN

其中，n为刺激的序号，N为刺激的总数，i为导联的序号，t为时间，x_n(i，t)为采集到的脑电信号，p_n(i，t)为第n次刺激时理想的P300信号，e_n(i，t)为总的噪声信号；设背景噪声为零均值，方差为的平稳随机信号，且不同刺激产生的噪声信号都不相关，即第m次和第n次刺激产生的噪声信号不相关；

E[e_m(i，t)e_n(i，t)]＝0 m≠n

假设每次刺激所产生的P300信号都表示成一个确定的信号p(i，t)，即

p₁(i，t)＝p₂(i，t)＝Λ＝p_N(i，t)＝p(i，t)；

其中，步骤(3)中的所述通过短时傅里叶变换获取脑电信号的二维时频图谱具体为：

使用一个有限宽度的观察窗W(t)对脑电信号x(t)进行观察，得到加窗后的脑电信号，对所述加窗后的脑电信号进行所述短时傅立叶变换，得到

STFT(t,ω)=∫-∞+∞x(τ)W*(τ-t)e-jωτdτ]]>

其中，ω是角频率，W^*(τ-t)是W(τ-t)的复共轭函数，把所述有限宽度的观察窗沿时间轴平移，得到所述脑电信号的二维时频图谱；

其中，步骤(4)中的所述Fisher可分性分析定义如下：

J=|m1-m2|2σ12+σ22]]>

其中，m₁和m₂分别为两类想象动作特征的均值、σ₁和σ₂分别为两类想象动作特征的方差；

其中，步骤(5)中的所述对所述视觉诱发的P300信号和所述想象动作特征进行模式识别，输出待选字符具体为：

进行列的随机无重复闪烁时，所述视觉诱发的P300信号和所述想象动作特征共同组成一个特征向量，作为SVM分类器的输入；进行行的随机无重复闪烁时，所述视觉诱发的P300信号和所述想象动作特征共同组成另一个特征向量，作为所述SVM分类器的另一个输入，经过所述SVM分类器的处理，确定X，Y和Z三个方向上的坐标，确定并输出所述待选字符。