[发明专利]基于调制的生物运动视觉感知的脑-机接口方法

摘要

基于调制的生物运动视觉感知的脑‑机接口方法，先进行基于调制的生物运动范式设计及实现，再搭建脑‑机接口平台，最后进行脑电信号的处理与目标辨识，本发明基于信号调制进行视觉刺激，通过频率的调制实现有限频率内增加刺激目标个数，有效解决传统基于稳态视觉诱发电位脑‑机接口刺激频率有限的问题，通过高频闪烁与低频运动调制实现低频生物运动的有效刺激，将无法辨识的低频生物运动信息通过调制作用调制到高频信号的边频带上，通过对高频闪烁频率、高频闪烁频率与低频运动频率的和频与差频特征识别，实现对低频生物运动的有效辨识，可以有效扩展脑‑机接口的可用频率范围，为同频刺激的脑控下肢康复训练系统搭建奠定基础。

主权项

1.基于调制的生物运动视觉感知的脑‑机接口方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于调制的生物运动范式设计及实现：基于调制的生物运动范式由多个LED灯组成，将LED灯摆放在生物光节点的位置进而设计出不同的生物形状，并将LED灯分为不同组别，改变LED灯的光强和相位产生生物运动视觉效果；基于调制的生物运动范式实现步骤为：将LED灯与单片机的输出连接，单片机的输入与计算机的输出连接，单片机具有定时器功能，实现对LED灯的亮度和相位变化进行控制；所述的单片机由定时器输出PWM波，PWM波的占空比按照式(1)进行变化，同时使用定时器中断进行循环，则实现多频组合调制刺激，刺激频率为f₁，f₂，...，f_n的排列组合，即由n个频率最多产生个刺激目标，刺激目标在大脑视觉区诱发出相应的刺激频率，其中：另外，通过改变式(1)中正弦函数的相位，使不同组LED灯具有固定的相位差，产生基于高频光强闪烁和低频运动调制的生物运动的视觉刺激，其中光闪烁刺激由组1中LED灯PWM波占空比以式(2)变化来实现，运动刺激由组2和组3中LED灯PWM波占空比分别以式(3)和式(4)变化来实现，而运动刺激由DR2和DR3中的相位差pi形成；该视觉刺激在大脑视觉区诱发出高频闪烁频率、高频闪烁频率与低频运动频率的和频与差频，并能够作为以生物运动频率脑控同步驱动机器人被动运动的刺激范式；DR1＝(300+300×sin(2×π×F×t))/900  (2)DR2＝(250+200×sin(2×π×F×t)+200×sin(2×π×f×t))/900              (3)DR3＝(250‑200×sin(2×π×F×t)‑200×sin(2×π×f×t))/900              (4)其中：F为高频闪烁频率，高频闪烁频率大于30Hz，f为低频运动频率，低频运动频率小于3Hz；步骤2，搭建脑‑机接口平台：将电极帽上电极的输出与脑电采集设备的输入连接，脑电采集设备的输出与计算机的输入连接，使用者头戴电极帽坐于设计的刺激范式前；步骤3，脑电信号的处理与目标辨识：由LED灯呈现数个具有不同频率的多频组合调制的刺激范式和基于光强和运动调制的生物运动刺激范式，使用者每次注视其中的任意一个，通过脑电采集设备采集使用者注视刺激范式时的脑电信号，然后经过滤波、放大，将处理后的脑电信号输入计算机，将采集到的脑电信号利用典型相关分析进行特征提取，选用以刺激频率和刺激频率的线性组合频率为频率的正弦和余弦函数为典型相关分析的匹配模板函数进行在线辨识，保存结果后，返回重复进行步骤3，进行下一轮目标识别。