[发明专利]一种SSVEP脑-机接口的异步控制系统

说明书

本发明公开了一种SSVEP脑‑机接口的异步控制系统，系统包括：频率识别模块、以及异步分类模块，采集到的脑电数据经数据处理提取到相应的稳态视觉诱发特征信号，用于实验任务的模式识别，识别出可能性最大的指令后，进入该指令对应的异步分类模块；所述频率识别模块，采用特征提取器，从来自预处理部分的脑电中提取反映用户意图的信号特征，用相关分析法来处理所得信号特征，找出相关系数最大的频率；所述异步分类模块用于判断出是控制指令或空闲指令，指令输出时则对应刺激方块的下方会有反馈，否则屏幕上不出现任何反馈。本发明通过先识别频率，再在频率识别的基础上识别控制态和空闲态，进而判断用户脑部当前状态(控制态/空闲态)的可行性。

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种SSVEP(稳态视觉诱发电位)脑-机接口的异步控制系统及方法。

背景技术

基于稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potentials，SSVEP)的脑-机接口(Brain Computer Interface，BCI)是最受欢迎的BCI范式之一。典型的SSVEP-BCI利用固定频率闪烁的视觉刺激所诱发的电位，将用户的视觉活动转换成实际命令，具有较高的速度和稳定性，但用户需要按照脑-机接口系统提示的开始、结束时刻来实现脑控，人需要跟随脑-机接口系统的节奏，这种同步脑-机接口系统在实际生活中应用受限，该系统发送指令不是完全按照用户的意图。而异步脑-机接口系统可以持续监测用户脑电状态，当用户有控制意图时发送指令，当用户没有控制意图时不发送指令，异步脑-机接口系统跟随用户的节奏，实现了一种更为自然的交互方式。

发明内容

本发明提供了一种SSVEP脑-机接口的异步控制系统，本发明通过先识别频率，再在频率识别的基础上识别控制态和空闲态，进而判断用户脑部当前状态(控制态/空闲态)的可行性，可以用于残疾人辅助、电子娱乐、工业控制、航天工程等领域，使得脑-机交互更加自然、更加贴近实际生活应用，详见下文描述：

一种SSVEP脑-机接口的异步控制系统，包括：依次顺序连接的稳态诱发视觉模块，脑电电极和脑电放大器等脑电采集模块、数据预处理模块，所述系统还包括：频率识别模块、以及异步分类模块，

采集到的脑电数据经数据处理提取到相应的稳态视觉诱发特征信号，用于实验任务的模式识别，识别出可能性最大的指令后，进入该指令对应的异步分类模块；

所述频率识别模块，采用特征提取器，从来自预处理部分的脑电中提取反映用户意图的信号特征，用相关分析法来处理所得信号特征，找出相关系数最大的频率；

所述异步分类模块用于判断出是控制指令或空闲指令，指令输出时则对应刺激方块的下方会有反馈，否则屏幕上不出现任何反馈；

进一步地，所述异步分类模块包括：五种识别方法，用于识别控制态、空闲态，

所述五种识别方法分别是：直接计算功率谱法、空间滤波后计算功率谱法、相关系数法、空间滤波后计算功率谱法与相关系数法在特征层面融合、空间滤波后计算功率谱法与相关系数法在决策值层面融合。

其中，所述直接计算功率谱法具体为：

对预处理后的脑电信号计算在频率的基频及其2、3、4、5谐波处的功率谱，提取特征，然后将特征送入分类器，识别出当前用户意图处于控制态还是空闲态。

其中，所述空间滤波后计算功率谱法具体为：

对预处理后的脑电信号进行空间滤波、任务相关成分分析，然后计算功率谱、提取特征、送入分类器。

进一步地，所述相关系数法具体为：将相关系数作为特征，送入分类器。

其中，所述空间滤波后计算功率谱法与相关系数法在特征层面融合具体为：