[发明专利]一种基于混合脑机接口的多功能字符输入系统

权利要求书

1.一种基于混合脑机接口的多功能字符输入系统，其特征在于，包括：

混合脑电信号刺激模块，用于刺激产生P300和SSVEP的混合脑电信号，并对脑电信号数据采集和保存；

脑电信号处理模块，用于脑电信号采集后的数据预处理、特征提取和信号分类；

异步控制模块，用于系统输入状态与空闲状态的切换，基于EOG进行异步控制；

中英文字符输入模块，用于根据混合脑电信号的分类识别结果进行中、英文字符的输入显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合脑机接口的多功能字符输入系统，其特征在于：所述混合脑电信号刺激模块包含SSVEP刺激范式模块和P300刺激范式模块，其中：

所述SSVEP刺激范式模块用于一级区域字符选择，SSVEP刺激范式以R行C列的形式均匀分布尺寸和样式相同的刺激区域，分别有英文字符刺激区域、功能键刺激区域和数字刺激区域，这些刺激区域之间的行距和列距分别保持相同，其中1＝R＝8,取整数，1＝C＝8,取整数；在每个英文字符刺激区域中能够包含N个英文字符，1＝N＝8,取整数，英文字符的排列按照字母表顺序；在功能键刺激区域中显示为shift文本，该刺激区域能够根据系统功能，设置为不同的功能键；在数字刺激区域中，每个刺激区域中只包含一个整数数字，数字为0到9的整数，数字刺激区域不相邻；所有刺激区域以不同的固定频率进行闪烁，频率的设置范围在8-15Hz,任意频率之间倍数频率不能相同，当用户注视某一个刺激区域，则会产生所注视的刺激区域的SSVEP脑电信号，产生SSVEP脑电信号后即进行保存；

所述P300刺激范式模块用于二级区域字符选择，P300刺激区域以M行N列的形式均匀分布尺寸和样式相同的刺激区域，其中1＝M＝8,取整数，1＝N＝8,取整数，每个刺激区域之间的行距和列距分别保持相同；在进行二级区域字符选择时，用户注视某一刺激区域，每个刺激区域闪烁一次后，即可产生对应的P300脑电信号，并对脑电信号进行保存。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合脑机接口的多功能字符输入系统，其特征在于：所述脑电信号处理模块包含P300脑电信号处理模块和SSVEP脑电信号处理模块；

所述P300脑电信号处理模块和SSVEP脑电信号处理模块的处理过程相同，包含以下步骤：

1)脑电信号预处理，采用了变换域自适应滤波算法；在P300和SSVEP刺激范式中产生了P300或SSVEP脑电信号后，对采集到的脑电信号使用变换域自适应滤波算法进行滤波处理；设计一个N阶滤波器；定义n为时刻；定义X(n)为n时刻的输入向量；定义W(n)为n时刻N阶变换域自适应滤波的参数矩阵；定义y(n)为n时刻的滤波输出信号；定义d(n)为n时刻的期望输出信号；定义e(n)为n时刻的误差信号；

X(n)＝[x(n),x(n+1),…,x(n-N+1)]^T (1)

W(n)＝[w₀(n),w₁(n),…,w_N-1(n)]^T (2)

其中，x(j)为n时刻的对应的输入值，j＝n,n+1,…,n-N+1；w_i(n)为n时刻的第i个权值，i＝0,1,…N-1；T表示转置；N阶滤波器的输出为：

y(n)＝W(n)^TX(n) (3)

滤波器的误差信号为：

e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-W(n)^TX(n) (4)

根据最小均方差准则，定义最小化目标函数为J(W),W为参数矩阵W(n)的简写；

J(W)＝E{|e(n)|²}＝E{|d(n)-W(n)^TX(n)|²} (5)

对J(W)对W求导，令导数为0可得：

其中为求导符号，经过式(6)的求导可得最适应W；经过变换域自适应滤波算法的脑电信号用于脑电信号特征提取中；

2)采用快速傅里叶变换对经过变换域自适应滤波算法得到的脑电信号进行特征提取，经过特征提取后的数据采用支持向量机分类器进行分类处理；

3)脑电信号分类，采用支持向量机分类器作为分类器：利用经过快速傅里叶变换后的脑电信号特征构建分类决策超平面，选择对应的核函数，再选择分类决策函数进行分类；

通过上述脑电信号处理，能够将SSVEP脑电信号和P300脑电信号进行识别，即可知道在SSVEP刺激范式和P300刺激范式下的所注视的区域；输出所对应的英文字符或数字，作为中英文字符输入模块的输入。