[发明专利]基于往复摆动视觉感知的稳态诱发电位脑-机接口方法

摘要

一种基于往复摆动视觉感知的稳态诱发电位脑‑机接口方法，利用人眼对摆动运动感知的敏感性，采用红色扇形往复摆动作为范式，以等角速度方式实现扇形往复摆动，通过脑电采集设备采集使用者注视刺激图案时产生的脑电信号，经过放大、滤波与A/D转换后，将处理后的脑电信号输入计算机，采集到的脑电信号利用典型相关分析实现对脑电信号的特征提取及分类识别，本发明融合了色彩、形状、运动等视觉信息，且范式面积较小，人眼接受的刺激较少，降低了使用者的视觉疲劳，提高了EEG信噪比，在中频段也可以诱发出刺激频率。对注视目标辨识准确率也更高，具有低闪烁，低适应性的特点，可以提升脑‑机接口的交互性能。

主权项

1.基于往复摆动视觉感知的稳态诱发电位脑‑机接口方法，其特征在于，包括以下步骤：1)红色扇形往复摆动范式设计：根据色彩空间理论，选用红色作为刺激范式颜色，背景色设为白色，将扇形半径设为360像素，摆动角度范围设置为120°；设扇形运动频率为f，即往复摆动一个周期所需时间的倒数，反转频率为fc，即扇形摆动方向改变的频率，该范式刺激效果以f为基频，能量集中在其二倍频，即反转频率fc处，将反转频率fc作为诱发的SSMVEP信号基频；范式图案是通过显示屏一帧一帧呈现的，屏幕刷新率为fr，则范式呈现一个周期所需帧数n为：n＝fr/f      (1)由于帧数n需为整数，这里将其圆整为N，扇形每一帧转过的角度Deg为：Deg＝(120*2)/N     (2)得到转角后，将扇形弧度Ang设置为：Ang＝Deg+2      (3)在扇形每一次摆动过程中有2°的交叠，更加有利于辨识；为了使扇形对称摆动，需要设置一个初始摆动位置角度Startang0:Startang0＝360‑(N/2*Deg)/2    (4)Startang0表示每一刺激开始时扇形初始位置角度；范式图案通过显示屏一帧一帧呈现，只要改变每一帧扇形初始摆动位置角度就实现扇形的往复摆动：Startangi+1＝Startangi+k*Deg      (5)其中i表示第i帧范式图案；根据式(5)知，通过改变k的值实现扇形的往复运动，k取1时，顺时针转，k取‑1时，逆时针转；正式应用时，首先设置范式刺激频率，根据式(1)计算出帧数，根据式(2)计算出转角，根据式(3)计算扇形的弧度，根据式(4)、式(5)，改变扇形初始摆动角度就实现其往复摆动；2)搭建脑‑机接口实验平台：电极帽通过脑电采集设备和主控制器的输入连接，主控制器的输出通过显示屏扩展和屏幕的输入连接，使用者头戴电极帽端坐于屏幕前，头部距离屏幕100‑120cm，测量电极为O1、Oz、O2、POz、PO4和PO8，左耳垂放置参考电极，FPz处为地电极，给各测量电极注入导电膏，保证电极与头皮良好接触；3)范式呈现与识别：主控制器通过显示屏扩展使屏幕上呈现数个刺激频率不同的红色扇形往复摆动范式，使用者每次注视刺激范式图案中任意一个，通过脑电采集设备采集使用者注视范式图案时产生的脑电信号，然后经过放大、滤波与A/D转换后，将处理后的脑电信号输入主控制器，将采集到的脑电信号利用典型相关分析进行特征提取及分类识别；4)识别结果通过屏幕输出，完成视觉反馈后，返回步骤3)，进行下一轮的目标辨识。