本文關(guān)鍵詞：便攜式SSVEP-BCI系統(tǒng)研究

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【摘要】：腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一種直接使用大腦信號(hào)與外界通信或者控制外部設(shè)備而不涉及任何身體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的通信控制系統(tǒng),在大腦和外部環(huán)境之間建立了新的通信渠道。基于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)的BCI系統(tǒng)利用視覺(jué)刺激發(fā)布命令,因?yàn)槠渚哂行盘?hào)采集簡(jiǎn)單,幾乎無(wú)需訓(xùn)練等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室研究和臨床實(shí)驗(yàn)。本文旨在研究移動(dòng)性好、功耗低的便攜式SSVEP-BCI系統(tǒng),并將其用于采集高信噪比的腦電(Electroencephalogram,EEG)信號(hào)以及正確提取SSVEP特征。本文對(duì)SSVEP-BCI系統(tǒng)的三個(gè)重要組成部分進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì):(1)視覺(jué)刺激器。通過(guò)研究SSVEP-BCI系統(tǒng)對(duì)視覺(jué)刺激的要求,分析各種參數(shù)對(duì)視覺(jué)刺激效果的影響,選擇合理的刺激產(chǎn)生方式,配置適當(dāng)?shù)膮?shù),設(shè)計(jì)了刺激器硬件電路;分析比較各種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn),最終采用頻率調(diào)制方式產(chǎn)生穩(wěn)定、準(zhǔn)確的視覺(jué)刺激。刺激頻率準(zhǔn)確性測(cè)試中,最大頻率偏差僅為0.01Hz。(2)腦電信號(hào)采集裝置。分析EEG信號(hào)特點(diǎn),提出了設(shè)備設(shè)計(jì)要求;研究電極對(duì)SSVEP響應(yīng)的影響,選擇合適的電極種類和位置;根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,分析同類器件或方法的性能,選擇了裝置核心器件以及數(shù)據(jù)傳輸方式,設(shè)計(jì)了腦電信號(hào)采集裝置硬件電路,主要包含模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog-to-Digital Conversion,ADC)、通信控制、數(shù)據(jù)傳輸以及電源管理等模塊。整個(gè)裝置體積小(7×5cm),功耗低(3000mAH鋰電池供電可持續(xù)采集30小時(shí)以上)。(3)數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)。分析常見(jiàn)智能設(shè)備操作系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn),選擇了基于Android的智能手機(jī)用于數(shù)字EEG信號(hào)處理,設(shè)計(jì)了應(yīng)用程序,用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字EEG信號(hào)接收和存儲(chǔ)、數(shù)字信號(hào)處理以及SSVEP特征提取等功能。選取5名志愿者進(jìn)行了BCI系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在腦電采集時(shí)長(zhǎng)為8s時(shí),特征識(shí)別準(zhǔn)確率平均值超過(guò)85%,采集時(shí)長(zhǎng)為40s時(shí),準(zhǔn)確率平均值超過(guò)90%。本文設(shè)計(jì)的便攜式SSVEP-BCI系統(tǒng)具有特征識(shí)別準(zhǔn)確率高、體積小、功耗低和高度可移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn),有望應(yīng)用于電話通信、智能輪椅控制等眾多領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位 腦-機(jī)接口 視覺(jué)刺激 腦電采集 信號(hào)處理
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R338;TN911.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 注釋表9-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 腦-機(jī)接口定義及分類10-12
• 1.1.1 腦-機(jī)接口定義10
• 1.1.2 腦-機(jī)接口分類10-12
• 1.2 SSVEP-BCI系統(tǒng)工作原理12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 研究目的及意義14-15
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 視覺(jué)刺激器研究與設(shè)計(jì)16-24
• 2.1 視覺(jué)刺激器設(shè)計(jì)原理16
• 2.2 視覺(jué)刺激產(chǎn)生方式研究及選擇16-17
• 2.3 刺激頻率分析及選擇17-18
• 2.4 其他參數(shù)研究及配置18
• 2.5 刺激頻率調(diào)制方式研究18-19
• 2.6 基于LED的視覺(jué)刺激器實(shí)現(xiàn)19-23
• 2.6.1 刺激器硬件設(shè)計(jì)19-20
• 2.6.2 刺激產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)20-22
• 2.6.3 視覺(jué)刺激器準(zhǔn)確度測(cè)試22-23
• 2.7 本章小結(jié)23-24
• 第3章 腦電信號(hào)采集裝置研究與設(shè)計(jì)24-43
• 3.1 大腦信號(hào)采集方式選擇24-25
• 3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求25-26
• 3.3 電極選擇26-28
• 3.4 腦電信號(hào)采集硬件設(shè)計(jì)28-37
• 3.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-29
• 3.4.2 元件選擇29-32
• 3.4.3 硬件電路實(shí)現(xiàn)32-37
• 3.5 腦電信號(hào)采集軟件設(shè)計(jì)37-41
• 3.5.1 ADS1299配置37-38
• 3.5.2 MCU控制程序設(shè)計(jì)38-41
• 3.6 功耗測(cè)試41-42
• 3.7 本章小結(jié)42-43
• 第4章 腦電信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì)43-54
• 4.1 操作系統(tǒng)選擇43-44
• 4.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44-45
• 4.3 軟件界面設(shè)計(jì)45-46
• 4.4 權(quán)限的設(shè)置46-47
• 4.5 藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收和存儲(chǔ)47-48
• 4.6 腦電信號(hào)頻域分析及特征提取48-53
• 4.6.1 FFT數(shù)學(xué)基礎(chǔ)49-50
• 4.6.2 FFT程序設(shè)計(jì)50-52
• 4.6.3 濾波及SSVEP特征提取52-53
• 4.7 本章小結(jié)53-54
• 第5章 便攜式SSVEP-BCI系統(tǒng)測(cè)試54-59
• 5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)54-55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-57
• 5.3 結(jié)果分析與討論57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第六章 結(jié)束語(yǔ)59-61
• 6.1 主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)59-60
• 6.2 后續(xù)研究工作60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果67

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本文編號(hào)：1018350