[发明专利]便携式脑电采集设备及其在SSVEP和运动想象中的应用

权利要求书

1.一种便携式脑电采集设备，其特征在于，包括，系统供电电路(1)、脑电极帽转接线(2)、PGA放大电路(3)、AD转换器(4)、STM32处理器(5)和WIFI模块(6)，其中，所述脑电极帽转接线(2)的输入端连接脑电极帽用于采集脑电信号，输出端依次连接PGA放大电路(3)、AD转换器(4)和STM32处理器(5)，所述STM32处理器(5)分别连接PGA放大电路(3)和AD转换器(4)用于对PGA放大电路(3)和AD转换器(4)的工作状态进行控制，所述WIFI模块(6)连接STM32处理器(5)用于通过无线局域网使STM32处理器(5)与上位机进行通信，所述系统供电电路(1)分别连接PGA放大电路(3)、AD转换器(4)、STM32处理器(5)和WIFI模块(6)用于提供电源。

2.根据权利要求1所述的便携式脑电采集设备，其特征在于，其中，

所述的系统供电电路(1)提供3.3伏和5伏两种直流电源；

所述的电极帽转接线(2)采用国际标准1.5mm孔式插口；

所述的PGA放大电路(3)采用可编程增益放大器，能通过程序调节放大倍数，提高测量精度；

所述的AD转换器(4)的转换精度为24位；

所述的STM32处理器(5)采用STM32F407ZET6芯片，STM32处理器(5)一方面接收AD转换器发送的数字信号，一方面对AD转换器的工作状态进行控制；

所述的WIFI模块(6)最大传输速率为40Mbps。

3.根据权利要求1所述的便携式脑电采集设备，其特征在于，所述的STM32处理器(5)基于数据压缩感知理论将接收到的脑电信号μ进行压缩，得到观测信号将观测信号通过WIFI模块(6)上传至上位机，然后上位机基于正交匹配追踪算法确定稀疏系数的估计，进而重构脑电信号估计作为实际应用中的脑电信号。

4.根据权利要求3所述的便携式脑电采集设备，其特征在于，所述STM32处理器(5)基于数据压缩感知理论将接收到的脑电信号μ进行压缩，包括：

(1)选用一组稀疏基B为选稀疏集的个数，对长度为J的脑电信号μ进行稀疏表示：系数向量η满足该系数向量η中非零元素个数远小于B，其中稀疏基选用正弦基、余弦基、小波基和curvelet基中的一种；

(2)取用大小为M×J的高斯观测矩阵矩阵中任意元素均服从高斯分布N(0,1/M)，观测信号表示为：其中是大小为M×B的传感矩阵，M是得到的观测信号的维数，满足观测矩阵和稀疏矩阵必须满足不相关性的要求。

5.根据权利要求3所述的便携式脑电采集设备，其特征在于，所述上位机基于正交匹配追踪算法确定稀疏系数的估计，进而重构脑电信号估计包括：

(1)以观测信号以及传感矩阵G为输入，并设定稀疏度初始化残差构建索引集初始化迭代次数q＝1；

(2)分别计算残差r_q-1和传感矩阵G_q-1的所有列g_j,j∈[1,B]的内积，G₀＝G，确定内积中最大值对应的角标λ_q∈[1,B]，即

(3)更新索引集Λ_q＝Λ_q-1∪{λ_q}，记录传感矩阵G_q-1中的重建原子集合即每一次迭代将使得传感矩阵增多一列；

(4)确定重构脑电信号估计并更新残差q＝q+1；

(5)判断迭代次数是否满足若满足，则停止迭代；若不满足，返回第(2)步。