[发明专利]一种基于眨眼信号模式检测实现的人机交互系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于脑机接口（BCI，Brain Computer Interface）的应用领域，特别是涉及一种基于眨眼信号模式检测实现的人机交互系统与方法。

背景技术

目前在社会上存在着很多由于各种原因导致的暂时性和永久性全身瘫痪的病人，这些病人的大脑意识清醒，可以看清眼前的事物，可以听懂周围人的讲话，但其四肢和躯干都无法自主运动，且无法像正常人一样发音讲话，他们的生活通常也无法自理，需要家人给予非常多的照料。

这些全身瘫痪的病人另一大问题是无法有效地与家人沟通，其家人通常只能通过感觉或猜测来判断病人的意图和想法，以给予相应的照顾。病人本身虽然头脑清晰，可以听懂家人的语言表达，但由于其无法正常发音或使用手势，其真实的意图往往无法有效表达，这为其与家人的沟通带来了十分严重的障碍。这一问题长期影响病人及其家属的日常生活和情感沟通。

当前虽然有一些技术手段来帮助这些病人与外界进行沟通，例如：英国著名物理学家和宇宙学家斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking）因患有肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能发音，英特尔等公司专门为其制造了一套语音合成系统，以通过摄像头拍摄其眼睛的运动模式来控制文字输入和语音合成，这为其提供了与外界沟通的能力。但是这样一套系统是定制化生产的，其成本高、不成熟、不能产品化，难以具备量产能力，因此很难为大多数全身瘫痪的患者提供类似帮助，而当前正流行的基于脑电信号意念控制的人机交互方式，还远未走出实验室阶段，更难以商业化推广应用。

目前实现类似人机交互功能的技术主要有两类：

??一类是通过摄像头，拍摄使用者眼部的图像，并分析其眼部运行的模式，以控制人机交互相关功能；这种方式一方面受使用者具体客观情况不同的限制，例如：是否配戴眼镜以及戴镜的形状、度数等都会影响相关人机交互系统的佩戴和使用效果，另一方面还会受使用者眼睛尺寸、眼部动作大小等因素的影响，通常需要一对一定制才能满足使用者的需求，因此这类系统难以统一化量产，不利于推广。

另一类是通过脑电信号采集分析，利用使用者的主动意念来控制人机交互相关功能。这种方式由于需要对使用者进行意念控制训练，或者需要在使用者体内植入电极，其易用性和安全性目前均未走出实验室阶段，因此更难以商业化推广。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的问题而提供一种低成本、设备成熟度高、容易产品化，具备可量产能力，受使用者客观条件因素影响小，且易于掌握和使用的基于眨眼信号模式检测实现的人机交互系统，以为广大全身瘫痪不能有效与外界沟通的病人提供一种有效的与外界沟通的方式。

本发明为解决公知技术中存在的问题还提供一种应用上述系统基于眨眼信号模式检测实现人机交互的方法。本发明所提供的基于眨眼信号模式检测实现的人机交互系统，即是用于实现该方法的系统。

本发明为解决公知技术中存在的问题所采用的基于眨眼信号模式检测实现人机交互系统的技术方案是：它包括有脑电信号传感器和计算机，另外还包括蓝牙通信模块或无线射频通信模块，脑电信号传感器通过蓝牙通信模块或无线射频通信模块与计算机相连接。

所述的脑电信号传感器包括至少一个感应电极，且该感应电极应佩戴在使用者的头部前额区域，同时该传感器还应包括蓝牙通信模块或无线射频通信模块，并包含用于（1）测量使用者头部前额区域的脑电信号（2）将测量的脑电信号通过蓝牙通信模块或无线射频通信模块传输给计算机的软件。

所述的计算机应至少包含并连接（1）一台显示器（2）蓝牙通信模块或无线射频通信模块。

所述的计算机还应包含用于（1）连接脑电信号传感器（2）采集、分析和处理脑电信号传感器测量的脑电信号（3）利用脑电信号分析识别使用者是否出现眨眼信号（4）利用脑电信号分析识别使用者眨眼信号的强度（5）分析识别使用者眨眼信号的模式（6）基于眨眼信号模式检测提供人机交互功能（7）显示鼠标指针的软件；

 ??所述的人机交互功能可以包括：（1）基于眨眼信号模式检测提供鼠标指针移动控制、点击控制和滚轮控制功能（2）基于眨眼信号模式检测提供菜单项的选择控制和确认控制功能（3）基于眨眼信号模式检测提供拼音输入法输入汉字功能（4）基于眨眼信号模式检测提供标准语音合成和个性化语音合成的文字语音朗读功能（5）基于眨眼信号模式检测提供控制应用程序打开、关闭的功能等；