一種基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于腦機(jī)接口領(lǐng)域，涉及一種基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 腦機(jī)接口（BCI，BrainComputerInterface)技術(shù)是指把從人頭皮上采集到的腦 電信號(hào)，轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)或者其他設(shè)備的控制指令，不依賴于大腦的外周神經(jīng)系統(tǒng)以及肌肉 組織等正常神經(jīng)輸出通路，建立人與外界進(jìn)行信息交流的通訊或者控制通道。這種全新的 人機(jī)接口方式通過人腦來控制外部物體在二維平面或者三維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到物隨心動(dòng)的 控制效果，是近年來腦功能研宄的熱點(diǎn)課題。由于該技術(shù)不需要借助語(yǔ)言或者肢體動(dòng)作， 因此對(duì)于嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)殘疾患者，能夠幫助他們將思維意圖傳送到計(jì)算機(jī)、神經(jīng)假肢、護(hù)理設(shè) 備、以及家用電器等外部裝置，幫助他們更方便更有效的生活和工作。
[0003]腦機(jī)接口分為植入式和非植入式兩大類。植入式腦機(jī)接口的信號(hào)精度比較高，信 噪比高，易于分析和處理，但其需要對(duì)使用者進(jìn)行開顱手術(shù)，危險(xiǎn)性比較大，目前主要用于 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研宄。非植入式腦機(jī)接口獲取的腦信號(hào)噪聲大，信號(hào)特征的可區(qū)分性差，但由于 它的信號(hào)獲取相對(duì)容易，并且隨著信號(hào)處理方法和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)頭皮腦電的處理目 前已經(jīng)能夠達(dá)到一定的水平，所以在實(shí)際生活應(yīng)用中，多使用非植入式腦機(jī)接口。
[0004] 在非植入式腦機(jī)接口中，根據(jù)攜帶使用者意愿的大腦信號(hào)的產(chǎn)生方式，腦機(jī)接口 系統(tǒng)可以分為誘發(fā)型和自發(fā)型兩種。誘發(fā)性腦機(jī)系統(tǒng)需要在外部刺激源的幫助下，產(chǎn)生攜 帶使用者意愿的大腦信號(hào)。例如通過目光轉(zhuǎn)移來選擇注視的刺激，而這個(gè)刺激能夠誘發(fā)特 定的大腦信號(hào)。自發(fā)型腦機(jī)系統(tǒng)不需要外部刺激源的幫助來產(chǎn)生攜帶使用者意愿的大腦信 號(hào)，特定的大腦信號(hào)的產(chǎn)生可以僅僅通過"想"來產(chǎn)生。這個(gè)"想"的概念包括注意力，想象 等各種意識(shí)活動(dòng)。常見的誘發(fā)性刺激方式包括P300誘發(fā)電位、穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（SSVEP， SteadyStateVisualEvokedPotential)等。
[0005] 目前利用腦機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行二維光標(biāo)控制的技術(shù)中，有多種實(shí)現(xiàn)方式：⑴使用 P300誘發(fā)電位控制光標(biāo)的垂直位移，利用運(yùn)動(dòng)想象來控制光標(biāo)的水平位移；（2)利用某種 腦機(jī)接口控制光標(biāo)移動(dòng)到相應(yīng)的位置后，再利用P300誘發(fā)電位和運(yùn)動(dòng)想象確認(rèn)光標(biāo)是否 到達(dá)了使用者的預(yù)定目的地；（3)使用P300誘發(fā)電位控制光標(biāo)的垂直運(yùn)動(dòng)，利用SSVEP誘 發(fā)電位控制光標(biāo)的水平運(yùn)動(dòng)；(4)將光標(biāo)在二維平面的運(yùn)動(dòng)分為兩兩之間夾角為120°的 三個(gè)向量，利用運(yùn)動(dòng)想象控制三個(gè)向量的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光標(biāo)在二維平面的運(yùn)動(dòng)控制；（5)采 用運(yùn)動(dòng)想象和基于LCD視覺注意的混合腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)二維光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)控制與目標(biāo)選擇，采 用LED視覺注意的腦機(jī)接口模擬計(jì)算機(jī)鍵盤，從而實(shí)現(xiàn)電子郵件的通訊功能。雖然現(xiàn)有技 術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)光標(biāo)的二維控制，但多采用兩種甚至多種外部刺激源，容易對(duì)使用者造成混亂。 在控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光標(biāo)的每一步運(yùn)動(dòng)都要依賴于腦機(jī)接口的輸入，因此使用者的工作強(qiáng) 度較大。在分解二維運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平和垂直的分解方法比較直觀，但三維向量的分解方法對(duì)使 用者要求較高，增加了操作難度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006](一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出一種基于腦機(jī)接口 的二維光標(biāo)快速控制方法，采用單一的外部刺激源，控制光標(biāo)在二維平面內(nèi)的快速運(yùn)動(dòng)，減 輕使用者負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)良好控制效果。
[0008](二）技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制方 法，其包括以下步驟：
[0010] 步驟1:將外部刺激源以界面顯示方式提供給使用者；
[0011] 步驟2 :通過腦電采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集使用者腦電信號(hào)；
[0012] 步驟3 :采用信號(hào)放大器對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行放大，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0013] 步驟4 :通過信號(hào)處理設(shè)備對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行特征提取、模式分類和指令翻譯，判斷 使用者對(duì)光標(biāo)的控制意圖；
[0014] 步驟5 :根據(jù)翻譯得到的控制意圖，采用光標(biāo)控制設(shè)備對(duì)光標(biāo)速度進(jìn)行控制；
[0015] 步驟6 :通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)光標(biāo)在顯示裝置上的二維運(yùn)動(dòng)，使用者根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng) 情況，繼續(xù)調(diào)整光標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，最終控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)到目的位置。
[0016] 其中，所述步驟4具體包括：
[0017] 步驟41 :對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行特征提??；
[0018] 步驟42 :對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行模式分類；
[0019] 步驟43 :對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行指令翻譯。
[0020] 其中，所述步驟5中，控制意圖分為5種，分別是水平加速，水平減速，垂直加速，垂 直減速，停止；前四種控制意圖分別包含7檔不同速度，第五種控制意圖使得水平速度和垂 直速度均突變?yōu)椹?;前四種控制意圖中，水平加速和水平減速的速度范圍一致，垂直加速和 垂直減速的速度范圍一致，分別為各方向的：1檔-反向較大速度、2檔-反向中等速度、3 檔-反向較小速度、4檔-零、5檔-正向較小速度、6檔-正向中等速度、7檔-正向較大速 度。
[0021] 其中，所述水平加速、水平減速、垂直加速、垂直減速四個(gè)控制指令的控制過程相 同；其中，水平加速的控制過程為：當(dāng)使用者首次注視"水平加速"時(shí)，速度為5檔正向較小 速度，第二次注視時(shí)，速度變?yōu)?檔正向中等速度，第三次注視時(shí)，速度變?yōu)?檔正向最大速 度，第四次甚至更多次注視時(shí)，速度保持7檔正向最大速度；當(dāng)需要降低速度時(shí)，注視"水平 減速"控制指令，使得當(dāng)前速度檔位降低，每注視一次，檔位降低一檔，當(dāng)速度降低至最低檔 位即1檔反向最大速度時(shí)，如繼續(xù)注視"水平減速"，則速度保持不變。
[0022] 其中，在光標(biāo)控制過程中，腦機(jī)指令改變的是光標(biāo)的速度，當(dāng)沒有腦機(jī)指令時(shí)，光 標(biāo)以當(dāng)前速度勻速行駛。在水平方向上，同一時(shí)刻，只能有"水平加速"或者"水平減速"一 個(gè)控制指令有效，當(dāng)其中一個(gè)有效時(shí)，另一個(gè)的速度檔位自動(dòng)為4檔即零速度。
[0023] 其中，在光標(biāo)控制過程中，當(dāng)給定光標(biāo)起始位置和目標(biāo)位置后，使用者根據(jù)初步估 計(jì)結(jié)果對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)光標(biāo)與目標(biāo)位置距離較遠(yuǎn)時(shí)，選擇較大速度，否則選擇較小速 度，當(dāng)光標(biāo)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，選擇"停止"控制指令，從而實(shí)現(xiàn)光標(biāo)從起始位置到目標(biāo)位置的 運(yùn)動(dòng)控制。
[0024](三）有益效果
[0025] 上述技術(shù)方案所提供的基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制方法，外部刺激單一， 減少多種刺激方式對(duì)使用者造成的混亂；操作步驟較少，操作時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制系統(tǒng)的工作原理框圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制方法的工作流程圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例基于腦機(jī)接口的二維光標(biāo)快速控制方法中腦機(jī)操控界面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)