【摘要】：作為一種新型的人機交互方式,腦機接口(brain-computer interface,BCI)不依賴于人體的外周神經(jīng)系統(tǒng)及肌肉組織,可以將大腦產(chǎn)生的腦信號直接轉(zhuǎn)化成機器可識別的操作指令,擴展了人類對外界信息交流和控制的能力。穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(steady-state visually evoked potential,SSVEP)是大腦視覺皮層對外界恒定頻率的視覺刺激產(chǎn)生的一種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)�；赟SVEP的腦機接口具有信息傳輸速率快、分類準確率高且無需訓(xùn)練等優(yōu)點,具有較高的應(yīng)用價值,成為目前BCI領(lǐng)域研究的熱點之一。然而現(xiàn)階段的SSVEP-BCI系統(tǒng)大多采用價格昂貴的腦電采集設(shè)備和體積龐大的視覺刺激器,難以服務(wù)于人們的日常生活。有鑒于此,本文旨在探索一種移動性好、實用性強、低成本、便攜式的SSVEP-BCI系統(tǒng)的構(gòu)建方法,并對其關(guān)鍵技術(shù)展開研究。具體而言,即采用低成本的無線可穿戴設(shè)備Emotiv EPOC作為腦電采集裝置,采用輕便的智能手機作為視覺刺激器,構(gòu)建了新穎的SSVEP-BCI系統(tǒng),并對刺激頻率調(diào)制方式、SSVEP信號分類算法,以及應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建方法等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。首先,針對傳統(tǒng)基于幀序列的刺激頻率調(diào)制方式在被試舒適度等方面存在的不足,本文提出了一種新的頻率調(diào)制方法—基于灰度值的刺激頻率調(diào)制方式。該方法通過灰度值正弦變化的方式產(chǎn)生周期性視覺刺激。實驗結(jié)果表明,這種刺激方式對眼睛的刺激性較小,改善了被試的舒適度,且能誘發(fā)更高質(zhì)量的SSVEP信號。其次,為了獲得更高的SSVEP識別準確率,本文在傳統(tǒng)基于CCA的SSVEP分類算法的基礎(chǔ)上提出了三種改進算法—基于頻率間距的CCA分類算法、基于模糊集的CCA分類算法和基于個體信號模板的CCA分類算法。測試結(jié)果表明,這三種算法對SSVEP信號的分類效果依次增強。最后,本文在以上研究成果的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一個基于SSVEP的便攜式腦控智能小車系統(tǒng),探索了便攜式SSVEP-BCI系統(tǒng)的構(gòu)建方法,并展示了其應(yīng)用潛能。該系統(tǒng)每分析兩段SSVEP信號后產(chǎn)生一個控制指令,能夠在較少的刺激選項下生成多種不同的控制指令,具有較強的實用性。實驗表明,該系統(tǒng)的平均識別準確率和平均信息傳輸速率分別為79.45%和10.92 bits/min。
【圖文】：

１．３．１邋ＳＳＶＥＰ－ＢＣＩ的組成及工作原理逡逑ＳＳＶＥＰ－ＢＣＩ本質(zhì)上是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要包括５個組成部分：視覺刺逡逑激器、ＥＥＧ懫集裝置、ＥＥＧ處理程序、外部設(shè)備和反饋環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖１．１逡逑所示。逡逑ＥＥＧ處理程序逡逑邐＾？預(yù)處理邋－？邋ＳＳＶＥＰ判別邐逡逑ＥＥＧ采集裝置逡逑＃邐反饋環(huán)節(jié)邐邐＊邐逡逑＜＜邐邐邐１外部設(shè)備逡逑圖１．１邋ＳＳＶＥＰ－ＢＣＩ結(jié)構(gòu)圖逡逑ＳＳＶＥＰ－ＢＣＩ的工作原理如下：視覺刺激器用來呈現(xiàn)多個不同頻率的視覺刺逡逑激，，每個視覺刺激都代表外部設(shè)備的一種控制命令，被試者根據(jù)需要注視特定的逡逑視覺刺激，產(chǎn)生相應(yīng)的ＳＳＶＥＰ響應(yīng)。ＥＥＧ采集裝置負責記錄被試者的腦電信號，逡逑腦電信號經(jīng)過放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，被傳輸?shù)剑牛牛翘幚沓绦颉＃牛牛翘幚沓体义闲蚴钦麄�系統(tǒng)的核心，負責將被試者輸入的腦電信號轉(zhuǎn)換成控制外部設(shè)備的輸出逡逑信號，包括預(yù)處理和ＳＳＶＥＰ判別兩個環(huán)節(jié)。預(yù)處理的目的是去除摻雜在腦電信逡逑號中的噪聲干擾，提高信噪比。ＳＳＶＥＰ判別的作用是從腦電信號中提取出ＳＳＶＥＰ逡逑成分，通過分析ＳＳＶＥＰ信號的頻率特征確定被試者注視的目標刺激，并將該刺逡逑激對應(yīng)的控制命令發(fā)送給外部設(shè)備。外部設(shè)備在執(zhí)行命令的同時

基于ＳＳＶＥＰ的便攜式腦機接口系統(tǒng)構(gòu)建方法與關(guān)鍵技術(shù)研究逡逑是藉由細胞膜上的鈉、鉀、鈣等離子通道的開閉來傳遞動作電位的開閉使得神經(jīng)元在傳遞動作電位的短暫過程中形成一處微小，動作電位在神經(jīng)元上是順向傳遞的，即先由樹突傳向細胞體，經(jīng)末梢（其結(jié)構(gòu)見圖２．１）。如果神經(jīng)元的排列方向不一致，那遞時所形成的電場就會相互抵消，就不會產(chǎn)生明顯的電流。根據(jù)，大腦皮層中含有大量的錐體細胞，這種細胞的排列極有規(guī)律，表皮層。當這些細胞同步傳遞動作電位時，就會形成強大的電場信號。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN911.7

【參考文獻】

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1 陳真誠;龐雪燕;孫統(tǒng)雷;李宏周;喻雙;殷世民;;腦控智能輪椅控制系統(tǒng)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2014年09期

本文編號：2711317