[发明专利]基于眼电的飞行器控制方法、控制系统及飞行装置

说明书

本发明公开了基于眼电的飞行器控制方法、控制系统及飞行装置，其中控制方法，包括如下步骤，依据眼电信号状态获取眼电指令，进行信号编码，建立用于飞行器控制的眼电指令库，眼电指令库中每一个编码指令具有匹配的飞行指令；飞行器判定其所处的初始状态；依据接收到的编码指令，读取眼电指令库，飞行器执行飞行指令。本发明基于眼电信号转换成飞行器控制指令，极大地简化了操控难度，提供控制性能，降低计算量，具有更高的人机效能。

技术领域

本发明是关于无人机飞行控制技术，特别是关于一种基于眼电的飞行器控制方法、控制系统及飞行装置。

背景技术

随着人工智能的发展以及马斯克推出脑机接口，脑机接口与脑机融合可以有效的替代、恢复、增强、补充或改善大脑中枢神经的自然输出。脑机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道，通过这种通道，人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备，而不需要语言或动作。

在现有技术《基于脑机接口的脑控无人机系统及其控制方法》，主要介绍了基于脑电信号控制无人机的方法。基于BCI脑机接口控制物体的缺点有如下几点：脑电信号特别微弱，是μV(微伏)级别的，采集微伏级别的脑电信号对ADC采样芯片的位数及性能要求特别高，且对脑电信号的后续处理要求特别高，需要对掺杂有噪声的微弱脑电信号进行滤波提取以及放大处理。而眼电信号是mV(毫伏)级别的，与脑电信号相差1000数量级。对眼电信号的提取及处理，要比对脑电信号的处理容易很多。脑电信号是因个体而异的一种信号。虽然都可以从采集出的原始脑电信号中提取α波，β波，γ波，θ波以及δ波这些脑电特征值，但是这四种波的频率都是在一定的范围内波动的。α波频率范围是8～13Hz，β波频率范围是13～30Hz，γ波频率范围是30～100Hz甚至更高，θ波频率范围是4～8Hz，δ波频率范围是0.5～4Hz。这几种脑电波的频率成分有部分重合，且频率跨度也比较大，γ波频率甚至还被划分为低频段，中频段和高频段三个部分。脑电波频率范围跨度之大，也导致了不同人群产生的脑电波各不相同。这些差异包括性别，年龄，人种等。甚至同一个人在同一天内不同的时间段因为喜怒哀乐不同的心情，产生的脑电波也不相同。根据这些脑电波特征值组合编码转换为无人机控制指令也具有很大的差异性。也即是说，根据这些脑电波特征值，经过算法处理，转换为控制无人机飞行的指令，在某个时刻某个人的处理上是有效的，转移到另一个时刻另一个人来测试的时候，可能需要对算法进行微调，或者修正。这导致了脑电控制无人机的方式不具有普适性。《一种基于眼电编码的人机交互系统及其交互方法》，主要是对眼球动作进行编码，然后用来在屏幕中打字。要求人的眼球在屏幕中进行8个方向的转动，分别是上、下、左、右，左上，左下，右上，右下。这种方式极度不友好，用户的眼球并不是完全按照这8个方向进行转动，且在测试过程中，用户的眼球很容易因为旁边事物的干扰造成眼球向别的方向转动。且这篇专利里面对八种方向的眼球转动进行了严格的编码与解码操作，使得计算量特别巨大，这种编码与解码增加了CPU处理的时间。

在现有技术中《一种基于便携式眼电采集装置的无人机控制系统》，该专利在采集人的眼电的时候，需要一个刺激模块对人眼进行刺激(实际面向用户的产品中，用户都是使用眼睛来观察无人机的飞行状况的，用户不盯着无人机而盯着刺激屏幕，友好性不太好。)。且需要使用这个刺激模块前期进行至少10次以上的训练，得到训练数据的阈值作为后期的决策因子。这种训练模式及得到的决策因子是因人而异的，因而该系统的一致性及对测试人员的普适性没法得到保证。而我们的眼控无人机系统，不需要刺激模块对人眼进行刺激。只需正常采集人眼眼电数据即可，确保了系统的一致性和普适性。

此外，该专利为了避免正常眨眼的误操作，算法上面需要连续选中2～3次才判定为正确结果，这样的系统没有实时性(或者实时性较差)，我们的专利是实时采集人眼数据并且实时分析得到人眼状态监测结果。

最后，该专利采用的是均值滤波或者卡尔曼滤波，该专利的滤波范围是0.1HZ～20HZ，而普通人眨眼每秒钟最多眨眼不超过5次。本专利采用了1型切比雪夫滤波器，代替了均值滤波和卡尔曼滤波，滤波得到的通带范围缩小至0.1HZ～5HZ，这样的眼电信号更加精确。