[发明专利]基于脑机接口的游戏装置及其游戏方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种游戏装置和方法，特别是一种基于脑机接口的装置和方法。

背景技术

脑－机接口（Brain Computer Interface， BCI）是一种由人脑与计算机或其它电子设备建立起来的，基于脑电信号而不倚赖于外周神经和肌肉组织这些常规的人脑信息输出通道，实现人与外界信息交流和控制的全新通讯系统。BCI研究的目的就是要从各种不同的脑电信号中识别出使用者的意图。这将为那些由于受到肌萎缩性脊髓侧索硬化、脑干损伤、严重脊髓损伤等疾病影响，或是由于车祸等不幸事件而完全失去行为能力但思维正常的人搭建新的与外部世界交流的通道。

alpha波为自发脑电信号的主要成分之一，与视觉皮层的闲散节律相对应，频率为8~13Hz,振幅约为20~100μv。清醒闭目时alpha波出现,睁眼、思考问题，或接受其他刺激时, alpha波消失而出现快波，这一现象称为alpha波阻断现象。整个大脑皮层都产生alpha波，但是在枕部最为明显。几乎所有脑神经功能正常的人在短时间闭眼后，脑电中alpha波幅值均可明显增强，不同个体的alpha波幅值虽然具有明显个体差异，但是同一个体在睁眼、闭眼两种状态下alpha波幅值具有明显差异。因此，通过改变人的睁眼和闭眼动作，调节其alpha波，就可以实现简单的BCI操作。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种基于脑机接口的游戏装置，操作者可以通过睁、闭眼调节脑电信号，实现对游戏的操作控制，其脑电信号采集具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移等特点。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有电极、脑电信号采集盒和PC机，

电极，用于采集操作者睁、闭眼时的产生的原始模拟脑电信号，将传输至脑电信号采集盒；

脑电信号采集盒，将采集到的原始模拟脑电信号进行放大、滤波、模数转换，并传输至PC机；

PC机，接收脑电信号采集盒发送的数字信号，进行滤波、能量平均处理，与门限电压进行比较，产生控制脉冲指令，用于控制游戏目标操作。

进一步，所述脑电信号采集盒包括有信号采集盒和信号转发盒

信号采集盒，用于采集原始模拟脑电信号，对采集的信号进行放大、消除电平、模数转换，并将信号发送至信号转发盒；

信号转发盒，接收到来自信号采集盒的信号，进行处理并上传至PC机。

进一步，所述信号采集盒包括有前置放大电路、基线漂移电路、高频滤波器、低频滤波放大器、电平迁移电路、程控放大电路、模数转换电路和无线发射器，

前置放大电路，电极采集到的原始模拟脑电信号通过前置放大电路进行信号放大；

基线漂移电路，将前置放大电路放大后的模拟信号进行限幅处理，防止信号波峰超出测量范围；

高频滤波器，对基线漂移电路处理后的模拟信号进行高频滤波；

低频滤波放大器，对经高频滤波后的模拟信号进行低频滤波处理，并对其进行二次放大；

电平迁移电路，将低频滤波放大器处理后的信号的基线电平调整到1.1V；

程控放大电路，对电平迁移电路处理后的信号进行三次放大；

模数转换电路，对处理后的模拟信号进行采样转换为数字信号；

无线发射器，将处理完成后的数字信号发送至信号转发盒。

进一步，所述信号转发盒包括有无线接收器、微处理器和USB接口芯片

无线接收器，用于接收信号采集盒传送的无线数字信号；

微处理器，对接收到的数字信号进行格式转换；

USB接口芯片，将转化后的信号通过USB接口传送至PC机。

进一步，所述信号采集盒还包括有输入保护电路，将电极采集到的信号电压进行限制。

本发明的另一个目的就是提供一种基于脑机接口的游戏方法，它通过记录操作者睁、闭眼产生的脑电波，发出对游戏的操作指令进行游戏。

本发明的另一个目的是通过这样的技术方案实现的，其步骤如下：

1）采集操作者睁、闭眼时的产生的原始模拟脑电信号；

2）对电极采集到的脑电波模拟信号进行放大、滤波、模数转换，通过脑电波信号区分操作者是睁或闭眼状态，设置在睁眼状态下输出控制命令“0”，闭眼状态下输出控制命令“1”；

3）将操作者通过睁、闭眼输出的控制命令输入游戏，转换为游戏对应的操作动作，完成对游戏的控制过程。

进一步，步骤2）中所述区分操作者睁或闭眼状态的具体方法为：对每T时间内的脑电波信号alpha波进行一次平均能量计算