專利名稱：一種基于腦-機接口的家電遙控裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數字家庭技術領域，具體涉及一種基于腦-機接口的家電遙控裝置及 方法。
背景技術：
腦-機接口(brain computer interfaces，BCI)是不依賴于常規(guī)腦外周神經和肌 肉系統(tǒng)的、連接人腦與外界信息交流和控制的全新通道。腦電是人類大腦神經功能的電反 映，將腦電作為檢測工具，在研究人類思維和疾病的過程中正發(fā)揮越來越大的作用。腦電分 為自發(fā)腦電和誘發(fā)腦電，P300波就是誘發(fā)腦電的一種。P300也被稱為認知電位，是當人類 受到外界小概率事件發(fā)生的刺激并進行認知加工時在頭皮上記錄到的電位，一般發(fā)生在刺 激開始后的300ms-600ms之間，具有潛伏期和波幅恒定的特點。P300是腦機接口系統(tǒng)中的 重要控制信號?；綛CI系統(tǒng)含有操作控制意圖的腦電信號是通過電極從頭皮或顱內獲得，經過 信號處理，提取反映使用者意圖的腦電信號特征，并將之轉化為控制外部設備的操作命令。 BCI技術主要致力于為思維正常但運動功能殘缺的人提供新型的彌補功能和對外信息交流 手段。因此，人們希望提供一種基于腦-機接口的家電遙控裝置及方法，使得那些喪失 了基本肢體運動功能但思維正常的患者，能更方便控制家電設備。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于腦-機接口的家電遙控裝置及方法，通 過獲取腦電信號來控制遙控器，能夠為思維正常但運動功能殘缺的人提供方便。本發(fā)明提供的技術方案如下本發(fā)明提供一種基于腦-機接口的家電遙控方法，包括使用戶帶著電極帽觀察操刺激序列；通過腦電信號采集系統(tǒng)來獲取用戶大腦產生的腦電信號；將所述腦電信號經過放大、濾波，提取特征然后進行分類，得到魯棒性好的腦電 P300信號；根據P300信號的時間信息和序列閃爍的時間，產生控制脈沖；由遙控器接口電路輸出相應觸發(fā)信號控制家電設備?？蛇x的，所述刺激序列為6行6列的字符矩陣排列?？蛇x的，屏幕顯示采用設定的色彩和強度，背景為黑色，字符以白色顯示。可選的，刺激序列的產生是通過隨機加亮字符矩陣的其中一行或其中一列得到， 一次實驗循環(huán)6行及6列均加亮一次?？蛇x的，信號采集系統(tǒng)選用采集卡進行腦電信號的采集，腦電信號取自Pz，Cz, Fz 導聯，耳部為參考電極，采用銀氯化銀電極，采樣頻率為168HZ。
可選的，信號處理過程包括將采集到的P300信號經過預處理，然后通過空間濾波 之后，提取特征提取信號特征，最后通過分類器對P300測試樣本進行分類識別?？蛇x的，預處理包括譜功率分析、通道選擇和CAR處理；所述譜功率分析過程是尋找合適的頻率帶使得受訓者有較好的識別率，通過功率 譜分析找到每個測試者的準確的Mu和Beta節(jié)律；所述通道選擇是對特征明顯的通道進行提取，具體根據Fisher比來進行選擇；
所述CAR處理是采用CAR做參考級。本發(fā)明還提供一種基于腦-機接口的家電遙控裝置，包括腦電信號采集系統(tǒng)，用于在用戶帶著電極帽觀察操刺激序列后，獲取用戶大腦產 生的腦電信號；信號處理平臺，用于將所述腦電信號經過放大、濾波，提取特征然后進行分類，得 到魯棒性好的腦電P300信號，根據P300信號的時間信息和序列閃爍的時間，產生控制脈 沖；接口控制電路，用于輸出相應觸發(fā)信號控制家電設備。信號處理平臺具體將采集到的P300信號經過預處理，然后通過空間濾波之后，提 取特征提取信號特征，最后通過分類器對P300測試樣本進行分類識別。上述技術方案可以看出，本發(fā)明技術方案具有以下有益效果本發(fā)明實施例采用基本BCI系統(tǒng)來提取控制意圖的腦電信號，經過信號處理，提 取反映使用者意圖的腦電信號特征，通過分析腦電信號特征來控制遙控器。因此，與現有技 術相比，本發(fā)明能夠實現家用電器開關及功能切換的無肢體動作遙控過程，可讓全身性重 癥癱瘓但頭腦功能正常的殘疾人自行實現對電視機或其它家用電器的遙控操作，大大方便 了用戶。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1是本發(fā)明裝置結構示意圖；圖2是本發(fā)明利用遙控裝置的處理流程圖；圖3是本發(fā)明誘發(fā)P300的刺激序列；圖4是本發(fā)明腦電信號處理的流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例提供一種基于腦-機接口的家電遙控裝置及方法，能夠讓全身性重癥癱瘓但頭腦功能正常的殘疾人自行實現對電視機或其它家用電器的遙控操作。本發(fā)明的具體實施方式
如下詳細說明。圖1是本發(fā)明實施裝置結構示意圖。一種基于腦-機接口的家電遙控裝置，包括腦電信號采集系統(tǒng)，用于在用戶帶著電極帽觀察操刺激序列后，獲取用戶大腦產 生的腦電信號；信號處理平臺，用于將所述腦電信號經過放大、濾波，提取特征然后進行分類，得 到魯棒性好的腦電P300信號，根據P300信號的時間信息和序列閃爍的時間，產生控制脈 沖； 接口控制電路，用于輸出相應觸發(fā)信號控制家電設備。信號處理平臺具體將采集到的P300信號經過預處理，然后通過空間濾波之后，提 取特征提取信號特征，最后通過分類器對P300測試樣本進行分類識別。圖2是本發(fā)明的處理流程示意圖。具體的，操作者帶著連著頭皮的電極帽并盯著刺激序列中的某個數字，通過腦電 信號采集系統(tǒng)來獲取產生的腦電信號；該信號經過信號處理平臺的放大、濾波，提取特征然 后進行分類，得到魯棒性好的腦電信號(P300信號)；根據該信號的時間信息和序列閃爍的 時間判斷操作者盯著的數字，并產生控制脈沖；最后由遙控器接口控制電路輸出相應觸發(fā) 信號，完成對家電設備例如電視機的遙控功能。本發(fā)明關于刺激序列的設計如圖3所示，本發(fā)明的刺激序列為6行6列的字符矩陣排列，屏幕顯示采用適當的 色彩和強度，背景為黑色，字符以白色顯示。刺激的產生是通過隨機加亮字符矩陣的某一行或某一列得到，一次實驗循環(huán)6行 及6列均加亮一次。實驗要求受試者集中注意他要注視的字符，當包括此字符的行或包括 此字符的列加亮時，此為靶刺激，要求受試者對此進行反應，予以計數。當不包括該字符的 行或列加亮時，為非靶刺激，不予計數。靶刺激出現的概率為16. 7%非靶刺激出現的概率為 83. 3%。小概率出現的靶刺激可以誘發(fā)P300如果確定P300出現時刻對應的靶刺激出現的 時刻，便可以確定出受試者所注視的字符，從而達到交流的目的。其中數字1-5分別表示電源開關、頻道增、頻道減、聲道增和聲道減。當操作者想 要打開電視或關閉電視時就盯著數字1看，如果該數字亮就計數，否則不計。同理當想調電 視節(jié)目的時候可以選擇增加頻道和減少頻道，操作者可以盯著數字2或3并根據情況計數， 如果想要調節(jié)電視音量，操作者可以盯著數字4或5并根據情況計數。本發(fā)明關于信號采集的處理信號采集系統(tǒng)選用采集卡例如選用美國國家儀器(Ni)公司生產的6024E數據采 集卡進行腦電信號的采集，腦電信號取自Pz，Cz, Fz導聯，耳部為參考電極，采用銀氯化銀 電極，采樣頻率為168HZ。將多個實測信號樣本與時間基準點對齊，再將與同一時間對應的 各樣本數據求和平均，即可確定誘發(fā)響應的估值曲線，這種估計方法稱為相干平均技術或 同步平均技術。本發(fā)明關于信號處理和特征提取的處理如圖4所示，信號處理過程包括將采集到的P300信號經過預處理，然后通過空間濾波之后，提取特征提取信號特征，最后通過分類器對P300測試樣本進行分類識別。此過 程可以看成是一個二分類問題。1)預處理預處理包括譜功率分析、通道選擇和CAR處理。譜功率分析功率譜分析的目的是為了找到一個合適的頻率帶使得受訓者有較好 的識別率。該頻帶就是功率譜的極大值點附近的頻段，其實就是mu和beta節(jié)率，一般mu 節(jié)律是8-13Hz，beta節(jié)律是18_24Hz，但是在具體情況下不同的測試者所對應的mu和beta 節(jié)律是不一樣的，存在一定的偏差。通過功率譜分析來找到每個測試者的準確的Mu和Beta 節(jié)律。通道選擇并不是要對所有的通道都進行特征提取，只對那些特征比較明顯的通 道進行提取。具體是根據Fisher比來進行選擇的。為了計算通道k對目標i和j的識別 能力，定義Fisher比為
權利要求
1.一種基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于，包括 使用戶帶著電極帽觀察操刺激序列；通過腦電信號采集系統(tǒng)來獲取用戶大腦產生的腦電信號；將所述腦電信號經過放大、濾波，提取特征然后進行分類，得到魯棒性好的腦電P300信號；根據P300信號的時間信息和序列閃爍的時間，產生控制脈沖； 由遙控器接口電路輸出相應觸發(fā)信號控制家電設備。
2.根據權利要求1所述的基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于 所述刺激序列為6行6列的字符矩陣排列。
3.根據權利要求1或2所述的基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于 屏幕顯示采用設定的色彩和強度，背景為黑色，字符以白色顯示。
4.根據權利要求1或2所述的基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于刺激序列的產生是通過隨機加亮字符矩陣的其中一行或其中一列得到，一次實驗循環(huán) 6行及6列均加亮一次。
5.根據權利要求1或2所述的基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于信號采集系統(tǒng)選用采集卡進行腦電信號的采集，腦電信號取自I3Z，Cz，內導聯，耳部為 參考電極，采用銀氯化銀電極，采樣頻率為168HZ。
6.根據權利要求1或2所述的基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于信號處理過程包括將采集到的P300信號經過預處理，然后通過空間濾波之后，提取特 征提取信號特征，最后通過分類器對P300測試樣本進行分類識別。
7.根據權利要求6所述的基于腦-機接口的家電遙控方法，其特征在于 預處理包括譜功率分析、通道選擇和CAR處理；所述譜功率分析過程是尋找合適的頻率帶使得受訓者有較好的識別率，通過功率譜分 析找到每個測試者的準確的Mu和Beta節(jié)律；所述通道選擇是對特征明顯的通道進行提取，具體根據Fisher比來進行選擇； 所述CAR處理是采用CAR做參考級。
8.一種基于腦-機接口的家電遙控裝置，其特征在于，包括腦電信號采集系統(tǒng)，用于在用戶帶著電極帽觀察操刺激序列后，獲取用戶大腦產生的 腦電信號；信號處理平臺，用于將所述腦電信號經過放大、濾波，提取特征然后進行分類，得到魯 棒性好的腦電P300信號，根據P300信號的時間信息和序列閃爍的時間，產生控制脈沖； 接口控制電路，用于輸出相應觸發(fā)信號控制家電設備。
9.根據權利要求8所述的基于腦-機接口的家電遙控裝置，其特征在于信號處理平臺具體將采集到的P300信號經過預處理，然后通過空間濾波之后，提取特 征提取信號特征，最后通過分類器對P300測試樣本進行分類識別。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于腦-機接口的家電遙控裝置及方法。該方法包括使用戶帶著電極帽觀察操刺激序列；通過腦電信號采集系統(tǒng)來獲取用戶大腦產生的腦電信號；將所述腦電信號經過放大、濾波，提取特征然后進行分類，得到魯棒性好的腦電P300信號；根據P300信號的時間信息和序列閃爍的時間，產生控制脈沖；由遙控器接口電路輸出相應觸發(fā)信號控制家電設備。本發(fā)明能夠實現家用電器開關及功能切換的無肢體動作遙控過程，可讓全身性重癥癱瘓但頭腦功能正常的殘疾人自行實現對電視機或其它家用電器的遙控操作，大大方便了用戶。
文檔編號G06F3/01GK102096468SQ20111002323
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者劉海亮, 羅笑南, 蔡瓊, 黃啟法 申請人:中山大學