[发明专利]一种稳态视觉诱发电位脑—机接口信号识别方法

说明书

技术领域

本发明属于神经工程技术领域，具体涉及稳态视觉诱发电位和脑-机接口信号识别方法。 

背景技术

脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)是基于脑电信号实现大脑和计算机或其他设备直接通讯和控制的系统。脑-机接口可以把大脑发出的信息直接转换为能够驱动外部设备命令，并且可代替人的肢体等实现人与外部世界的交流和对外部环境的控制。脑-机接口系统为人的大脑开辟了一条全新的与外界进行信息交流和控制的途径，使得利用人脑信号直接控制外部设备的想法成为可能。 

目前的脑-机接口系统存在着侵入式与非侵入式两大类。侵入式的脑-机接口所获得的信号精度相对较高，信噪比高，易于分析处理，但需要对使用者进行开颅手术，不便于长时间的信号采集，且容易对使用者的脑部造成感染或损伤，危险性较大。非侵入式的脑-机接口虽然其获取的脑信号噪声大，信号特征的可区分性差，但同时它的信号相对容易获取，不会对使用者的脑部造成伤害，而且随着信号处理方法和技术的不断进步，对头皮脑电图信号(electroencephalogram，EEG)的处理已经能够达到一定的水平，使得非侵入式的脑-机接口系统进入实际生活应用成为可能。近年来，脑-机接口技术发展非常迅速，已经在生物医学、虚拟现实、游戏娱乐、康复工程以及航天、军事等领域体现出重要的价值。 

事件相关电位(Event Related Potentials，ERPs)是指和刺激事件相关、并且在时间上同刺激锁定的脑电信号平均后所观察到的一系列电位变化。它不仅依赖于外界刺激的物理属性，也与大脑的主观加工和认知状态有密切的关系。视觉诱发电位(Visual Evoked Potential，VEP)是一种应用广泛的事件相关电位成分，它是指神经系统接受视觉刺激(例如图形或闪光刺激)所产生的特定电活动。当视觉刺激固定为某一个频率时(一般大于6Hz)，其引起的VEP在时间上发生重叠，大脑视觉皮层会产生稳态视觉诱发电位(Steady State VEP，SSVEP)，该诱发电位信号呈现与视觉刺激一致的周期性，通过分析该信号的频谱可以实现不同频率及不同相位条件下的视觉刺激，是一种极具应用价值的脑-机接口输入信号。 

以稳态视觉诱发电位作为输入信号的脑-机接口系统有信息传输率高、训练时间短、特征易提取等优点，但是由于脑电信号很不稳定以及经常会有肌电信号的干扰，从而导致分类时经常会出现一些错误。本文提出了一种主动确认的方式，可以有效降低错判率。 

发明内容

本发明的目的是提供一种稳态视觉诱发电位脑-机接口信号识别方法，即屏幕上呈现多个闪烁图片，被测试者只注视其中的某一幅图片，当检测到被测试者注视某幅图片时，利用主动确认的方式，打乱所有图片的闪烁频率(图片内容不变)，再次进行检测，若两次相同，则我们认为前一次的检测是正确的，若不同，则认为前一次是误检测。 

本发明的技术方案为： 

一种稳态视觉诱发电位脑-机接口信号识别方法，其步骤为： 

1)建立一视觉刺激单元，用于显示若干不同内容的图片，供被测试者注视时使用； 

2)将若干不同内容的图片以不同闪烁频率通过该视觉刺激单元同时显示，并采集该被测试者注视该视觉刺激单元的脑电信号，存储到数据处理单元； 

3)该数据处理单元对所采集的脑电信号进行噪声估计和降噪处理； 

4)对步骤3)处理后的脑电信号进行特征提取和判决，初步确定该被测试者注视的图片； 

5)打乱该视觉刺激单元所显示图片的闪烁频率，并采集该被测试者注视该视觉刺激单元的脑电信号，存储到数据处理单元；然后该数据处理单元对此次采集的脑电信号进行噪声估计和降噪处理； 

6)对步骤5)处理后的脑电信号进行特征提取和判决，确定该被测试者注视的图片，如果此次确定的图片与步骤4确定的图片相同，则将该图片作为最终确定的识别信息输出；如果不相同，则判定该被测试者没有注视该视觉刺激单元显示的任何一幅图片。 

进一步的，步骤2)之前，首先将视觉刺激单元显示为黑屏，采集被测试者注视该视觉刺激单元黑屏设定时长内的脑电信号并存储到数据处理单元；然后该数据处理单元利用静息时脑电信号的平均频谱对所采到的脑电信号进行噪声估计。 

进一步的，所述设定时长为10s。