[发明专利]基于SSVEP脑机接口的脑电波指令识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脑指令识别技术，具体涉及基于SSVEP脑机接口的脑电波指令识别方法。

背景技术

研究表明，当受到一个固定频率的视觉刺激的时候，人的大脑视觉皮层会产生一个连续的与刺激频率有关（刺激频率的基频或倍频处）的响应。这个响应被称为稳态视觉诱发电位—Steady-StateVisualEvokedPotentials,SSVEP。它可以可靠地应用于脑-机接口系统（BCIs）。

为了接收、检测并分析SSVEP信号，现有技术提供了一种FM-SSVEP刺激器系统，一种基于固定频率的稳态视觉刺激器系统，是指利用固定的几个不同的频率分别作为刺激信号，然后采集大脑在受到这些刺激时的脑电信号，进行数据分析和处理，进而得到SSVEP信号的频率，通过SSVEP信号的标志频率与刺激信号的频率进行对比，即可反馈出刺激信号的信息，从而完成指令的传递，该技术可应用到使用脑电拨号、控制等多个领域。

由于SSVEP中刺激信号有效频段较窄的特点，FM-SSVEP是利用几个不同的固定频率为指令进行编码，那么就存在频率分布的问题，另外由于在进行信号分析处理时，倍频干扰的存在更加限制了FM-SSVEP的应用，造成频率分布拥挤，指令编码数少，易相互干扰，解调和识别难等诸多缺陷。而FM-SSVEP由于其技术本身的限制，很难来解决这些问题，这就限制了刺激器的发展，当应对多指令应用时捉襟见肘。

为了解决上述技术问题，现有采用FSK技术替代FM技术，提供了一种FSK-SSVEP刺激器系统(SSVEP-BasedBrain–ComputerInterfacesUsingFSK-ModulatedVisualStimuli,IEEETRANSACTIONSONBIOMEDICALENGINEERING,VOL.60,NO.10,OCTOBER2013),（如图1所示）通过频移键控的方式设计一系列将“0”、“1”进行排列组合的指令编码，再根据一一对应的原则，将各指令编码与特定的指令进行一一对应，也将各指令编码与特定的刺激信号进行一一对应。

采用训练学习的方法，先采用一种指令编码所对应的刺激信号来作用人眼，然后采集人脑对应的SSVEP脑电波信号，并采用处理设备“记住”此时SSVEP脑电波信号，再采用编程的方式，使处理设备将SSVEP脑电波信号与训练用的指令编码硬性关联起来。以此方法实现每种编码与对应SSVEP脑电波信号的关联。

实际应用时，处理设备只需要识别SSVEP脑电波信号与所“记住”哪一个电波信号图形比对相同，就能直接得出与其硬性关联的编码以及相关的指令信息。

上述处理方法实现的是SSVEP脑电波信号与指令编码的硬性关联，需要进行多次（与指令编码数量相同）训练学习，使处理设备预先记住所有指令编码对应的电波信号图形后才能投入应用。

发明内容

本发明意在提供一种基于SSVEP脑机接口的脑电波指令识别方法，相应的SSVEP脑机接口在使用前无需训练学习，就能对SSVEP脑电波信号与指令进行自动关联的脑电波指令识别方法，应用该方法的出错率低。

本方案中的基于SSVEP脑机接口的脑电波指令识别方法，包括如下步骤:

a.FSK编码，设计与具体指令一一对应的指令编码，所述指令编码包括码元和特征位，码元是由确定位数的标志位组成，所述标志位包括“0”与“1”，所述标志位通过排列组合形成与指令数量一致的码元，所述特征位为“2”，位于指令编码的起始位和/或终止位；

b.将屏幕上划分出与各指令编码一一对应的显示区域，由三种频率f₀、f₁和f₂信号分别表征两个标志位与一个特征位；按照指令编码中标志位与特征位的排列顺序，在与指令编码对应的显示区域内依次显示频率值为f₀、f₁和f₂的闪烁刺激信号，统一设定每次闪烁刺激信号的持续时间为T；f₀、f₁和f₂中任意两值相乘的乘积即为两者的最小公倍数；

c.观视者根据自身对具体指令的需要，根据一一对应关系，注视屏幕上的某一个显示区域，然后采集观视者的SSVEP信号；