[发明专利]一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法，包括：根据大脑对视觉刺激响应的空间特异性原理对刺激进行编码，设计刺激范式；根据个人意图注视某一目标点，带有空间方位信息的视觉标定刺激通过视觉通路输入，脑电采集系统实时采集头皮脑电信号，将信号经放大、滤波后输入计算机；计算机对脑电信号进行降采样及有效特征数据段截取，并借助空间滤波提取VEPs特征，基于VEPs特征识别算法解码出“视觉标定刺激”与“视觉中心位置”间的方位信息，并计算“视觉标定刺激位置调整参数”反馈调节视觉标定刺激呈现位置；当连续多次计算视线中心位置一致时，停止调整视觉标定刺激位置，并输出视线中心位置坐标。

技术领域

本发明涉及视线跟踪领域，尤其涉及一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法。

背景技术

视线追踪技术是利用机械、电子、光学、计算机算法等各种检测手段获取受试者当前视觉注意方向的技术，它广泛应用于人机交互、心理研究、虚拟现实和军事等多个领域。目前，精度较高、应用较多的视线追踪技术为瞳孔-角膜反射技术。瞳孔-角膜反射技术通过近红外光源照射眼睛使其产生明显的反射现象，后通过摄像机记录反射光构成的图像，利用亮瞳孔和暗瞳孔的原理，提取出眼球图像内的瞳孔，用角膜反射法校正摄像机与眼球的相对位置，以角膜反射点作为摄像机和眼球的相对位置的基点，瞳孔中心位置坐标表示视线位置。在实际应用中，光源及摄像机的安装要求显示器具有较高的装配深度。由于近红外光源对眼部的直接照射，为确保安全性，使用者的活动范围和设备的使用时间常常受到限制。此外，视线追踪的精度受使用者的头部影响较大。

脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一个将中枢神经系统活动直接转化为人工输出的系统，它能够替代、修复、增强、补充或者改善中枢神经系统的正常输出，从而改善中枢神经系统与内外环境之间的交互作用。BCI通过采集和分析不同刺激下受试者的脑电信号，再使用一定的工程技术手段建立起人脑与计算机或其它电子设备之间的交流和控制通道。目前，BCI已在医学临床、游戏开发、军事、交通、社会科学及认知科学等领域显露出其应用前景。在各种类型的BCI中，基于VEPs的BCI系统是发展较为成熟的一种类型。VEPs是使用者眼部受到外部光线刺激，在其大脑初级视觉皮层区域检测到的电信号。

根据视网膜映射原理可知，VEPs对不同空间位置处的视觉刺激表现出空间特异性。如图1所示，视觉系统由视神经、视交叉神经、视束、外侧膝状体、视放射、初级视觉皮层构成。光通过左侧或右侧角膜刺激视网膜上的感光杆、视锥细胞、并通过视神经及视交叉神经传导至丘脑处的外侧膝状核，最终视觉信号传递至初级视觉皮层。由于视交叉神经的对侧性质，左侧视野的视觉信息将被传导至视觉皮层的右侧枕叶。视觉纤维在枕叶皮层投射时上半视野投射到距状裂下唇，下半视野投射到距状裂上唇。更具体地，视觉刺激所在视野与相应视觉信号传递至的视觉皮层区域对应关系如图2所示。

发明内容

本发明提供了一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法，本发明基于视网膜映射原理利用VEPs的空间特异性结合特征解码算法实现视线追踪和定位，与传统的视线追踪技术相比，该技术具有抗头部运动干扰性强、安全性好等特点。进一步完善系统的构成，有望实现一种有效的实时视线追踪技术，详见下文描述：

一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法，所述方法包括以下步骤：

根据大脑对视觉刺激响应的空间特异性原理对刺激进行编码，设计刺激范式；

根据个人意图注视某一目标点，带有空间方位信息的视觉标定刺激通过视觉通路输入，脑电采集系统实时采集头皮脑电信号，将信号经放大、滤波后输入计算机；

计算机对脑电信号进行降采样及有效特征数据段截取，并借助空间滤波算法提取VEPs特征，基于VEPs特征识别算法解码出“视觉标定刺激”与“视觉中心位置”间的方位信息，并计算“视觉标定刺激位置调整参数”反馈调节视觉标定刺激呈现位置；