[发明专利]引入对象连续动作的稳态视觉诱发范式设计及辨识方法

说明书

本发明公开了一种引入对象连续动作的稳态视觉诱发范式设计及辨识方法，在范式设计中引入对象连续动作，将对象的一个连续动作分解为若干张图片，按时间顺序进行连续黑白闪烁，形成动态图片闪烁单元，在计算机上呈现以刺激使用者产生稳态视觉诱发电位，采集使用者注视某一闪烁单元时的脑电信号，传至计算机处理，采用基于个人特征修正的典型相关分析算法进行目标辨识，结果反馈给使用者，同时控制对象完成相应动作，再进行下一次目标辨识。本发明能根据不同的应用对象设计相应的稳态视觉诱发范式，达到“所见即所得”的控制效果，改善使用者个体间差异性，并提高识别正确率，能广泛应用于各类基于稳态视觉诱发范式的脑‑机接口系统中。

技术领域

本发明涉及脑-机接口技术领域，具体涉及一种引入对象连续动作的稳态视觉诱发范 式设计及辨识方法。

背景技术

脑-机接口技术是通过在人或动物的大脑和外部设备之间建立直接的信息交流渠道， 从而实现对外部设备的直接控制。一些因患肌萎缩性侧索硬化等神经退行性疾病而致运动 功能受损的人，或因患闭锁综合症而丧失运动与语言交流能力的人，可以通过脑-机接口 技术获得一种对外控制与交流的途径。随着科学技术的发展，该技术已经扩展到神经康复、 辅助增强、游戏娱乐及航天军事等领域。

稳态视觉诱发电位作为一种重要的脑-机接口范式，是大脑对以一定频率(大于6Hz) 调制的外部视觉刺激的周期性响应。该范式下大脑视觉皮层的脑电信号会在刺激频率及其 谐波频率处出现明显的峰值特征，通过提取和识别该特征信号，即可作为控制信号来控制 外部设备。基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口，相比于运动想象、P300等范式，所需电 极少、抗干扰能力强、信息传输率高，具有较好的实用价值和应用前景。然而传统的基于 稳态视觉诱发电位的脑-机接口系统，针对不同的对象，多采用简单的黑白圆闪烁、棋盘格等刺激范式，刺激方式简单，长时间使用容易引起使用者的视觉疲劳，降低识别正确率，用户体验度较差，同时对于不同使用者的实际效果差别较大，个体间差异性明显。

目前国内外学者对稳态视觉诱发脑-机接口的研究，多集中于刺激范式、脑电信号解 码等方面，鲜有研究如何针对不同的对象设计相应的稳态视觉诱发范式。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种引入对象连续动作的稳态视觉 诱发范式设计及辨识方法，以控制可手张开、手闭合、手腕内旋、手腕外旋的二自由度假 手为例，在范式设计过程中，引入假手连续动作过程，设计相应的动态图片闪烁单元，吸引使用者的注意力，不易产生视觉疲劳，并达到“所见即所得”的控制效果，改善用户体 验；同时，采用基于个人特征修正的典型相关分析算法进行稳态视觉诱发电位的目标辨识， 以提高识别正确率，并改善个体间差异性过大的问题。

为了达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

引入对象连续动作的稳态视觉诱发范式设计及辨识方法，包括以下步骤：

步骤1，为使用者佩戴好脑电采集设备，记录使用者头部视觉枕叶区的脑电信号，采 集的脑电信号经蓝牙无线传输至计算机；其中，脑电采集设备采用16通道的EmotivEPOC 脑电放大器，各通道按照国际10/20标准放置，放大器的采样频率为128Hz；

步骤2，被控对象为二自由度假手，分别拍摄假手手腕内旋、手腕外旋、手张开、手闭合四个连续动作的视频，等时间间隔提取每个动作视频下至少八帧图片，对每帧图片进行灰度处理和二值化处理，每个动作视频下的八帧图片按照时间顺序依次以正弦调制方式进行黑白翻转刺激，构成一个动态图片闪烁单元；其中，每个动态图片闪烁单元中每帧图片的闪烁时间相同，不同动态图片闪烁单元的正弦调制频率不同，图片黑白翻转频率为正弦调制频率的两倍；

步骤3，使用者在四个动态图片闪烁单元中选择一个进行注视，计算机同步采集注视 过程中的脑电信号传至计算机进行处理；

步骤4，对脑电信号进行处理，包括脑电信号预处理和目标辨识，具体包括如下步骤：