[发明专利]基于运动翻转视觉感知的稳态诱发电位脑-机接口方法

摘要

基于运动翻转视觉感知的稳态诱发电位脑-机接口方法，先在使用者头部安放电极，测得的脑电信号送往计算机，然后将牛顿环运动刺激单元通过计算机屏幕同时呈现在使用者面前，在刺激呈现过程中，牛顿环运动刺激单元按正弦调制方式进行收缩和扩张，形成两个方向上的周期往复振荡运动，形成牛顿环运动刺激单元后，使用者注视牛顿环运动刺激单元中的任意一个，计算机同步采集刺激开始与结束标志位，并通过测试电极采集脑电波信号，计算出相关系数最大的刺激目标，判定并通过屏幕指示出目标，再进行下一次目标识别任务，本发明具有低闪烁，低适应性的特点，不易引起使用者视觉疲劳及大脑响应信号的降低，适宜于长期使用的脑-机交互场合。

主权项

1.基于运动翻转视觉感知的稳态诱发电位脑-机接口方法，其特征在于，含有以下步骤：步骤1，在使用者头部视觉枕区安放测量电极，在其单侧耳垂位置处安放参考电极，在其头部前额处安放地电极，电极测得的脑电信号经放大和模数转换后送往计算机；步骤2，将2个以上按不同翻转频率进行稳态振荡运动的牛顿环运动刺激单元通过计算机屏幕同时呈现在使用者面前，使用者头部距离计算机屏幕为50～100厘米，牛顿环运动刺激单元为明暗相间同心圆环，明亮区域和暗区域面积相等，在刺激呈现过程中，牛顿环运动刺激单元按正弦调制方式进行收缩和扩张，形成两个方向上的周期往复振荡运动，收缩与扩张运动之间的交替变化频率为正弦调制频率的2倍，定义为牛顿环运动刺激单元的运动翻转频率，牛顿环运动刺激单元的收缩和扩张运动的具体实现方式为：牛顿环生成函数：z=C*cos(x²+y²+phi) （1）其中：C：常数x,y：牛顿环内的像素点对应的x,y坐标phi：牛顿环相位值通过调制牛顿环相位值由0至π时，牛顿环进行收缩运动；调制牛顿环相位值由π至0时，牛顿环进行扩张运动，牛顿环运动刺激单元的收缩和扩张运动采用正弦调制牛顿环相位值的方式实现：phi(t)=π2+π2*sin(2*π*f*t-π2)---(2)]]>相位调制计算公式（2）中参数的变换关系如下：f*t=frn*wfr=wn---(3)]]>由以上公式（2）～（3）推导得知牛顿环相位调制的计算公式为phi(w)=π2+π2*sin(2*π*w/n-π2)---(4)]]>其中：f：正弦调制频率值，为运动翻转频率值的t：时间变量f_r：屏幕刷新率n：一个正弦调制周期所需的刷新帧数w：帧数变量，范围为1~m*f_r的整数，对应于屏幕刷新率f_r下m秒的实验长度，牛顿环运动刺激单元通过公式（4）实现收缩和扩张运动，并据此形成2个以上牛顿环运动刺激单元，步骤3，形成2个以上牛顿环运动刺激单元后，按以下步骤进行：步骤3-1，使用者注视2个以上牛顿环运动刺激单元中的任意一个，使用者注视的牛顿环运动刺激单元称为目标，而其他牛顿环运动刺激单元称为非目标；步骤3-2，计算机同步采集刺激开始与结束标志位，并通过测试电极采集脑电波信号，使用典型相关分析方法计算出相关系数最大的刺激目标，具体包含以下操作：首先，对脑电信号作滤波和陷波处理；其次，将脑电信号按照刺激开始与结束标志位进行截取得到稳态运动诱发电位；再次，将单轮实验稳态运动诱发电位信号分别与每个翻转频率所代表的正余弦参考信号进行典型相关分析，计算出每个翻转频率对应的最大相关系数值；步骤3-3，根据计算得到的每个翻转频率对应的最大相关系数值，将其中最大值对应的运动翻转频率所属的牛顿环运动刺激单元判定为使用者所注视的目标；步骤4，计算机通过屏幕指示出使用者所注视的目标，实现对使用者的视觉反馈；步骤5，计算机完成目标识别后，返回步骤3，重复步骤3和步骤4，进行下一次目标识别任务。