[发明专利]基于现场可编程门阵列局部噪声优化的视觉脑机接口方法

权利要求书

1.基于现场可编程门阵列局部噪声优化的视觉脑机接口方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在使用者头部视觉枕区安放n个脑电信号测量电极，在前额位置安放地电极，在任一耳垂位置安放参考电极，测得的脑电信号经过采集设备进行放大、模数转换操作后发送到计算机，实现大脑皮层视觉区脑电信号的采集；

步骤2，将m个带有局部噪声、按照不同频率翻转的视觉刺激单元呈现在视觉刺激单元显示器的相应位置上，m大于等于2，视觉刺激单元为由现场可编程门阵列控制板控制显示的带有局部噪声的棋盘范式，使用者注视视觉刺激单元时，其头部距离计算机屏幕50～80cm；

步骤3，产生m个翻转频率不同的视觉刺激单元以后，计算机发送开始指令控制现场可编程门阵列控制板开始呈现视觉刺激单元，同时开始脑电信号采集，一定时间后，计算机发送结束指令控制停止视觉刺激单元的显示，结束脑电信号的采集并采用典型相关分析获得每个视觉刺激单元频率对应的最大典型相关系数；

步骤4，将所有频率对应的最大典型相关系数中最大值对应的视觉刺激单元判定为识别的目标，并反馈到计算机屏幕；返回步骤3进行下一轮任务。

2.根据权利要求1所述的基于现场可编程门阵列局部噪声优化的视觉脑机接口方法，其特征在于：所述的步骤2的具体实现过程为：通过MATLAB生成棋盘范式颜色数据，同时生成视觉噪声显示的颜色数据，将两者进行叠加，进行数据截取后转化为十六进制数；然后将获得的范式数据保存在现场可编程门阵列存储单元以进行显示。

3.根据权利要求2所述的基于现场可编程门阵列局部噪声优化的视觉脑机接口方法，其特征在于：所述的棋盘范式的生成过程为：

环形棋盘刺激单元图案的生成公式表示为：

式(1)中：r(x,y)和ang(x,y)——像素点(x,y)的半径和角度；

——收缩扩张过程中的相位值函数；

sign(v)——符号函数，即当v≥0时函数值为1，否则为-1；

W——圆环的宽度，反映径向空间频率；

A——运动幅度参数，即图案中每个圆环从最内侧运动到最外侧的径向距离；

R_inner和R_outer——内径和外径；

N_C——单个圆环包含的白色和黑色的格子数；

L₀——背景亮度，同时也是整个刺激的平均亮度；

C——黑白格子的亮度之差的一半，图案的对比度定义为c＝C/L₀；

环形棋盘刺激的运动翻转过程通过式(1)中的运动幅度A和相位函数来控制，运动幅度A表示了环形棋盘中每个圆环从最内侧扩张到最外侧或者从最外侧收缩到最内侧的径向距离，反映了运动翻转的剧烈程度；相位值函数反映了收缩-扩张的动态特征，采用正弦调制的方式，相位值函数并不是无限可分的，而与刺激显示器的刷新频率相关，因此相位值函数表达式为：

式(2)中：f_c——运动调制频率，即一个收缩-扩张周期时长的倒数；

f_s——刺激显示器刷新频率；

m_t——刺激运动时刻对应的呈现帧数；

在视觉刺激单元进行呈现的过程中，需要对显示画面按照显示屏刷新率进行离散，记显示的视频信号的刷新率为f_r，对式(2)中的t进行离散得t(n)＝n/f_r,n＝1,2,3,...，其中n为刷新帧数；此时，相位值函数的表达式改写为：

则运动翻转频率f的计算公式如下：

4.根据权利要求2所述的基于现场可编程门阵列局部噪声优化的视觉脑机接口方法，其特征在于：所述的步骤2中视觉噪声的生成公式为：

I＝I₀+NSD*randn (5)

其中，I为刺激亮度，I₀为亮度基准值，NSD为噪声标准差，代表了噪声强度，randn为产生标准正态分布随机噪声的函数；每个噪点大小为a×a像素。