[发明专利]一种基于脑电的光调控智能灯刺激方法及其装置

说明书

该发明公开了一种基于脑电的光调控智能灯刺激方法及其装置，涉及脑电信号处理领域，应用于特定脑波的诱导领域。本发明通过对脑电信号的分析，提供稳定的LED闪烁频率，以及实时改变LED灯的亮度和颜色，及时调整相应的刺激，避免使用者产生视觉疲劳。本发明对脑电信号进行分析，生成相应的控制策略控制LED灯，通过光敏检测传感器检测LED灯的闪烁频率，将该闪烁频率反馈给神经网络反馈控制器，以提供更加稳定的LED闪烁频率。本发明通过外接键盘和单片机，控制LED灯的颜色，能够最大限度地减少使用者的视觉疲劳。

技术领域

本发明涉及脑电信号处理领域，应用于特定脑波的诱导领域。

背景技术

脑电信号是大脑自发活动产生的电信号，和其他生理信号一样，脑电信号也具有频率、幅值和相位等属性。一般按其频率不同可将其划分为delta频段、theta频段、alpha频段、beta频段和gamma频段。研究表明，脑波位于alpha频段时，人感到最放松。在临床和实际康复应用中，有时需要使用者的脑电节律处于特定的频段，来检查大脑的状态或锻炼大脑用于康复训练。目前存在的通过脑电信号对灯光频率和亮度进行控制的装置，如专利CN201310289586公开了一种基于脑波控制的智能LED变色灯及其智能控制的装置，但这种方法只实现了基于脑电控制LED灯光颜色的变化，可以减缓使用者的视觉疲劳，但是不能起到诱导大脑产生特定频率的作用；再如专利CN201120007074.X公开了一种基于alpha脑波的光刺激诱导装置制造方法，但这种方法只实现了对alpha脑波的诱导，且灯光频率也不够稳定，长时间使用会导致使用者产生视觉疲劳。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脑电的光调控智能灯刺激方法、基于该方法的装置，可以通过对脑电信号的分析，提供稳定的LED闪烁频率，以及实时改变LED灯的亮度和颜色，及时调整相应的刺激，避免使用者产生视觉疲劳。

本发明是这样来实现的，一种基于脑电的光调控智能灯刺激方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)采集脑电信号：利用脑电采集模块实时采集脑电信号，经过脑电放大器放大后通过超宽带数据发送模块将采集到的脑电信号通过无线信道发送出去；

(2)脑电信号处理：利用超宽带数据接收模块接收来自超宽带数据发送模块发送的脑电数据，然后将接收到的脑电信号传输给脑电信号处理模块，对脑电信号进行滤波处理，包括去除基线，带通滤波等；对滤波后的数据进行预处理，将滤波后的脑电信号分段做局部实时处理，对每段数据做加窗函数处理，将得到的每个窗函数的数据做离散傅里叶变换；将预处理后的脑电数据送入神经网络反馈控制器，经过神经网络反馈控制器处理后生成控制信号；具体如下：

将(2)中处理后的脑电信号作为输入信号，系统模型表示如下：

y(k+1)＝g(y(k),y(k-1),…,y(k-m),u(k),u(k-1),u(k-n))     (1)

其中，u(k)为k时刻系统的控制输入，即(2)中处理后的脑电信号，y(k)为k时刻系统的输出，m和n分别为输出和输入的延时时间，g(·)为神经网络可识别的未知函数，采用四层BP神经网络对系统进行建模，模型输出为：

其中，y_m(k+1)是神经网络模型的预测输出，其中和f(·)分别是第一个隐含层和第一个隐含层的激活函数，W_I和B_I分别是输入层和第一隐含层之间的权值矩阵和阈值矩阵，W_H和B_H分别为两个隐含层之间的权值矩阵和阈值矩阵，W_O和B_O分别为第二次隐含层与输出层之间的权值矩阵和阈值矩阵，x_m(k)是神经网络的输入，x_m(k)是：