[发明专利]一种基于多通道表面肌电信号的手绘轨迹重建方法

说明书

本发明涉及一种基于多通道表面肌电信号的手绘轨迹重建方法，可达到重建原始绘图轨迹的效果。本发明中的预测模型以坐标差而非原始坐标为目标向量，动态地反映了肌肉动作，与肌电信号的变化形成直接的因果关系，提高了重建精度；以拇指肌肉按压启动按钮的动作作为肌电信号采集的触发动作，应用自然；仅用表面肌电信号和绘图轨迹的非线性横、纵坐标回归模型，简洁高效，在肌电信号识别领域表现出了很大的应用潜力，对康复工程、计算机辅助设计、机器人控制等领域的研究具有一定的参考意义。

技术领域

本发明涉及肌电信号识别领域，特别是涉及一种基于多通道表面肌电信号的 手绘轨迹重建方法。

背景技术

绘画是人类的一项基本技能，随着计算机及其周边设备的推广，通过交互式 电子写字板来绘画相对便捷，应用广泛，但一些研究者发现，在电子写字板上绘 画并不如在纸上绘画来得自然，目前的计算机辅助绘图系统一定程度上抑制了设 计的自由性。众所周知，绘画是神经系统和上肢神经肌肉活动之间复杂的相互作 用，因此，肌电信号驱动的交互技术可以应用于基于手势的更精确的交互式数字 绘图工具的设计。

表面肌电信号是仪器采集的由于肌肉收缩产生的电信号，通过对表面肌电信 号的转换处理、分析利用，可以应用于康复工程、生物医学工程、机器人控制、 计算机图形设计等人机工程领域。

公知的肌电信号识别当前对于手绘、手写等精细动作识别相对较少，且存在 较多的技术难点导致无法实现实际应用，近年来美国有研究人员采用卡尔曼滤波 与维纳滤波的方法实现从多通道表面肌电信号重建0-9的手写数字。然而，当前 尚未有研究人员提出一套行之有效的基于多通道表面肌电信号的手绘轨迹重建 方法。

发明内容

本发明的目的是：针对现有交互式数字绘图工具在交互流畅度上的不足，应 用肌电信号驱动的交互技术，提出一种手绘轨迹重建方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于多通道表面肌电信 号的手绘轨迹重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立基本手绘形状集；

步骤2、在受试者的实验肌肉所对应的皮肤位置贴上电极片，实验肌肉包含 触发肌肉与功能肌肉，其中触发肌肉为拇收肌，用于绘画动作起点判断，功能肌 肉为三角肌、桡侧伸腕短肌、肱三头肌、指伸肌、桡侧腕屈肌、尺侧腕伸肌与肱 二头肌，用于特征提取与进一步的轨迹重建；

步骤3、受试者从基本手绘形状集中选取一副基本绘画形态开始进行手绘， 手绘开始时，受试者用拇指按压电子笔的启动按钮并保持该动作，此时拇收肌的 肌电信号发生剧烈起伏，通过该肌电信号通道判断出手绘动作的起点，并触发与 功能肌肉对应的七个通道的肌电信号有效记录；

步骤4、在绘制过程中，将手绘动作的起点设为特征提取的起点，此后每Ams 连续进行提取功能肌肉的表面肌电信号，根据每Ams的表面肌电信号计算出一个 肌电均方根值作为特征值；

步骤5、将特征值代入肌电手绘轨迹重建模型，相应地计算输出横、纵坐标 上Nms前后的重建坐标差，其中，所述肌电手绘轨迹重建模型的获取方法包括 以下步骤：

步骤5.1、追踪受试者每一次绘画试验中的绘图轨迹，以Ams为间隔收集各 个时刻下的绘画轨迹坐标，并进行坐标形式转换，将原始坐标转换为坐标差的形 式，i时刻的坐标可以表示为(xi，yi)，i-1时刻的坐标可以表示为(xi-1，yi-1)，则 i时刻与i-1时刻的坐标差(Δxi，Ayi)计算为：