[发明专利]基于视觉诱发P3脑电的身份识别

说明书

技术领域

本发明属于脑电的身份识别技术领域，特别是基于视觉诱发P3脑电的身份识别。

背景技术

P3自Sutton等人发现后，便引起了人们广泛的注意，被认为是了解认知神经基础的最主要信息来源和评价脑功能状态的客观指标，是“窥视”心理活动内容的一个“窗口”。因为最初发现是出现在刺激后300ms左右，因而也将这种成分叫做P300。在发现P3之后，人们很快对它的相关心理因素进行了大量研究，使P3成为事件相关电位(ERP)中研究量最大、研究持续时间最长、应用最广的成分。P3最初是由经典的Oddball实验范式诱发产生的，其基本原理是：对同一感觉通路的一系列刺激由两种刺激组成，一种刺激出现的概率较大(如85％)，称为标准刺激；另一种刺激出现的概率较小(如15％)，称为偏差刺激。两种刺激出现的顺序是随机的。当偏差刺激出现时，让被试记忆其数目，或者尽快按键。此时，偏差刺激就成为了靶刺激，在其后300ms左右观察到一个正波，即为P3。

P3的诱发方式有很多，如视觉、听觉、体感等，本发明的P3脑电是基于视觉诱发的。视觉诱发P3的一个典型应用是字符拼写(P3-Speller)，最早由Farwell和Donchin提出并运用于BCI系统中。在帮助运动障碍的残疾人完成字符输入、与外界进行交流以及控制外部设备等发面做出了巨大的贡献。但是P3-Speller的研究中，迄今为止鲜有报道用不同人的P3实现准确的字符输入。事实上，这个问题在很早以前就引起了研究者的关注，第III届BCI大赛中具有突出表现的Alain Rakotomamonjy曾在他的文章中提到：为使BCI字符输入技术能够更加有效的服务于病人，实现无需训练的、跨人(inter-subject)的识别是非常重要的。具体来讲，就是用被试A的数据来训练分类器，再用被试B的数据在训练好的分类器上进行测试，如果能得到相似水平的字符识别效果，那将是一个重大的突破。然而遗憾的是，作者坦言，就当时的数据和技术而言，进行这样跨人的识别只能得到26％的正确率，可见难度之大。但是，这个结果也从另一个角度反映了P3显著的个体差异性。正是利用这一特性，本发明提出了基于视觉诱发P3脑电信号来实现身份识别的方法。

传统的身份识别方法主要是通过身份标识物品(如钥匙、证件、银行卡等)和身份标识信息(如用户名和密码)来实现的。一旦这些“身外之物”被盗用或丢失，其身份就容易被他人冒充或取代，较低的可靠性显然已无法满足当今时代发展的需要。于是一种新型的身份识别方法孕育而生，那就是生物特征识别，近年来受到世界各国的普遍关注。生物特征识别的确切定义是：通过计算机利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份识别的一种技术。其中生理特征与身体形态相关，如DNA，指纹，人脸，声音，掌形，手部纹理，虹膜，视网膜，耳廓形状，体味，掌印等；而行为特征与人的外在行为规律相关，比如字迹，步态等，以及近些年来新提出的击键力度和节律等。

从信息科学角度来看，生物特征识别属于传统的模式识别问题，它不依赖各种人造的和附加的物品，认定的是人本身。每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，具有安全、可靠、准确等优点。同时，它很大程度的依赖于计算机技术，所以可以很方便地集成为计算机系统，实现计算机管理，大大节省了人力资源。

然而，生物特征识别技术也面临着一些挑战，比如指纹、声音、视网膜等，在严格意义上讲并不具备普遍性，而且可能会遭到有形损害。如手部烧伤可能造成指纹破坏；人脸图像无法实现双胞胎的识别；声音很容易被仿真；视网膜脱落导致其识别功能丧失等。而且使用较广的指纹、人脸、虹膜及掌形识别等生物识别技术，大多需要被监测对象的配合，有时甚至需要被监测对象完成必要的动作才能实现，不易被用户接受。

此外，生物特征伪造成为现今普遍的犯罪活动之一，造成巨大的财产损失和严重的安全隐患。研究显示，用明胶制成的假手指就可以轻而易举地骗过指纹识别系统，患白内障的人虹膜会发生变化，在隐形眼镜上蚀刻出的虚假虹膜特征也可以让虹膜识别系统真假难辨等等。犯罪手段的不断智能化、科技化，对传统生物特征识别技术提出新的挑战，同时也需要不断探索新的生物特征识别手段。

作为一种新型的生物特征，脑电具有自身独特的优势，体现在：

(1)普遍性强。每一个活体和具有生命功能的个体都能记录到脑电信号，只要大脑不停歇，脑电信号每时每刻都在产生，因而脑电具有较高的普遍性；

(2)相对稳定。脑损伤的发生率极低，因而脑电是一种在相对较长的时期内稳定存在的特征；