【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于腦機(jī)接口，具體涉及一種基于fbcca的視覺注意力自適應(yīng)方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、腦機(jī)接口(brain-computer?interface,bci)技術(shù)是一種變革性的人機(jī)交互，其繞過外周神經(jīng)和肌肉直接在大腦與外部設(shè)備之間建立一種全新的通信與控制通道，具有監(jiān)測、替代、改善/恢復(fù)、增強(qiáng)、補(bǔ)充受損或有障礙的自然中樞神經(jīng)系統(tǒng)輸出輸入的功效，在醫(yī)療健康領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用。當(dāng)人體受到一個(gè)固定頻率的閃爍或者變換模式的視覺刺激時(shí)，大腦皮層的電位活動將被調(diào)制，從而產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的且與刺激頻率有關(guān)(刺激頻率的基頻或倍頻處)的響應(yīng)，這個(gè)響應(yīng)具有和視覺刺激類似的周期性節(jié)律，即為穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(steady-state?visual?evoked?potentials,ssvep)。ssvep信號表現(xiàn)在腦電信號中則是在功率譜中能在刺激頻率或諧波上出現(xiàn)譜峰。根據(jù)譜峰出現(xiàn)的位置所對應(yīng)的具體頻率，即能檢測到受試者視覺注視的刺激源，從而能識別受試者的意圖。
2、基于典型相關(guān)分析(canonical?correlation?analysis，cca)以及基于cca的改進(jìn)算法是目前進(jìn)行ssvep頻率識別的主流算法。cca的核心思想是計(jì)算多通道ssvep腦電信號和不同的參考信號之間的相關(guān)系數(shù)，并認(rèn)為相關(guān)性最大的參考信號所對應(yīng)的頻率即為所求的目標(biāo)刺激頻率。該算法不僅實(shí)現(xiàn)簡單而且有較高的識別準(zhǔn)確率，因而被廣泛使用在ssvep頻率識別中。
3、目前基于fbcca(filter?bank?canonical?correlation?
4、在工況作業(yè)等高噪聲強(qiáng)干擾場景中獲取高信噪比的腦電信號，需要積累各種作業(yè)工況環(huán)境中腦電參數(shù)數(shù)據(jù)庫，需要不斷優(yōu)化工程算法濾波器，為提升整體信號質(zhì)量需要更高效更穩(wěn)定的系統(tǒng)支持；工業(yè)場景的條件限制導(dǎo)致只能采用少量信息通道，這對低信息量條件下的實(shí)時(shí)腦狀態(tài)分析對算法提出了更高的要求。腦機(jī)接口系統(tǒng)在工業(yè)場景規(guī)?；逃弥校瑢υ肼暫瓦\(yùn)動偽影的抑制效果有待提高，不同群體和個(gè)體之間的差異對于魯棒性構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)提供了一種基于fbcca的視覺注意力自適應(yīng)方法及系統(tǒng)，
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、s1：構(gòu)建視覺刺激范式，并根據(jù)所述視覺刺激范式設(shè)置視覺圖像界面；
4、s2：通過電極外置式腦電帽采集觀測所述視覺圖像界面的被測人員的腦電圖信號；
5、s3：通過所述視覺刺激范式和所述腦電圖信號生成基于刺激周期的多通道訓(xùn)練信號數(shù)據(jù)，通過時(shí)空濾波器的多通道模板提取所述多通道訓(xùn)練信號數(shù)據(jù)的目標(biāo)識別模板，根據(jù)刺激目標(biāo)的時(shí)間位移關(guān)系和所述目標(biāo)識別模板得到循環(huán)移動識別模板；通過時(shí)空濾波器對所述腦電圖信號的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理得到測試信號數(shù)據(jù)；計(jì)算所述測試信號數(shù)據(jù)與所述循環(huán)移動識別模板的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)確定所述刺激范式中的視覺注意力刺激目標(biāo)；
6、s4：根據(jù)所述視覺注意力刺激目標(biāo)生成控制指令，通過無線通信器將所述控制指令發(fā)送至設(shè)備主控系統(tǒng)中。
7、具體地，所述視覺刺激范式采用液晶顯示器作為刺激來源，并為每個(gè)刺激塊設(shè)置不同的頻率和相位，在每次采樣時(shí)刻以正弦波的范式更新視覺刺激塊的亮度從而觸發(fā)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位信號，所述視覺刺激范式的屏幕亮度序列為：
8、
9、其中，s(f，φ，k)為屏幕亮度正相關(guān)系數(shù)，f、φ為刺激頻率和相位，fs為屏幕刷新率，k為單次采樣下的刺激塊索引序號。
10、具體地，所述刺激周期為調(diào)制刺激目標(biāo)產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列對應(yīng)線性移位寄存器序列中移位寄存器的數(shù)量。
11、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述時(shí)空濾波器對信號源在空間位置上進(jìn)行擴(kuò)展得到濾波信號，計(jì)算公式為：
12、
13、其中，y(n)為濾波信號，c為通道計(jì)數(shù)，c為通道總數(shù)，τ為延遲時(shí)間，ne為基于時(shí)空濾波器階數(shù)的延遲參數(shù)，wc，τ為c通道下延遲時(shí)間為τ的權(quán)重，xc(n+τ)為c通道下延遲時(shí)間為τ的信號；
14、所述wc，τ的最優(yōu)權(quán)重解通過所述多通道訓(xùn)練信號數(shù)據(jù)進(jìn)行逆運(yùn)算獲得，計(jì)算公式為：
15、
16、其中，w′c，τ為wc，τ的最優(yōu)權(quán)重，m為單個(gè)刺激周期計(jì)數(shù)，m為信號處理階段的刺激周期總數(shù)，n為移位寄存器計(jì)數(shù)，n為移位寄存器總量，ym(n)為多通道訓(xùn)練信號數(shù)據(jù)，s(n)為一維目標(biāo)識別模板，λ為交叉驗(yàn)證的正則化參數(shù)。
17、具體地，所述目標(biāo)識別模板通過平均多個(gè)刺激周期下的訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成，計(jì)算公式為：
18、
19、其中，tr(n)為目標(biāo)識別模板，sc(n+τ)為多通道模板；
20、所述時(shí)間位移關(guān)系由刺激目標(biāo)與參考目標(biāo)的視覺誘發(fā)電位信號的采樣間隔和刺激目標(biāo)產(chǎn)生的連續(xù)的偽隨機(jī)碼序列之移位的比特?cái)?shù)確定，通過所述時(shí)間位移關(guān)系計(jì)算所述循環(huán)移動識別模板的計(jì)算公式為：
21、
22、其中，k為刺激目標(biāo)的序列號，r為參考目標(biāo)的序列號，tk(n)為循環(huán)移動識別模板，tr為目標(biāo)識別模板，bs為刺激目標(biāo)與參考目標(biāo)的視覺誘發(fā)電位信號的離散采樣間隔點(diǎn)，n為采樣點(diǎn)總數(shù)，l為偽隨機(jī)碼序列的位數(shù)。
23、具體地，所述相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：
24、
25、其中，ρk為相關(guān)系數(shù)，yt(n)為測試信號數(shù)據(jù)，tk(n)為循環(huán)移動識別模板，e為內(nèi)積計(jì)算函數(shù)；
26、將所述相關(guān)系數(shù)最大值對應(yīng)的模板號作為視覺注意力刺激目標(biāo)。
27、具體地，所述無線通信器通過串口通訊獲取所述控制指令，將所述控制指令通過藍(lán)牙通信模塊發(fā)送至邊緣的主控系統(tǒng)。
28、一種基于fbcca的視覺注意力自適應(yīng)系統(tǒng)，包括：視覺刺激模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、設(shè)備控制模塊；
29、所述視覺刺激模塊用于構(gòu)建視覺刺激范式，并根據(jù)所述視覺刺激范式設(shè)置視覺圖像界面；
30、所述信號采集模塊用于通過電極外置式腦電帽采集觀測所述視覺圖像界的被測人員的腦電圖信號；
31、所述信號處理模塊用于通過所述視覺刺激范式和所述腦電圖信號生成基于刺激周期的多通道訓(xùn)練信號數(shù)據(jù)，通過時(shí)空濾波器的多通道模板提取所述多通道訓(xùn)練信號數(shù)據(jù)的目標(biāo)識別模板，根據(jù)刺激目標(biāo)的時(shí)間位移關(guān)系和所述目標(biāo)識別模板得到循環(huán)移動識別模板；通過時(shí)空濾波器對所述腦電圖信號的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理得到測試信號數(shù)據(jù)；計(jì)算所述測試信號數(shù)據(jù)與所述循環(huán)移動識別模板的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)確定所述刺激范式中的視覺注意力刺激目標(biāo)；
32、所述設(shè)備控制模塊用于根據(jù)所述視覺注意力刺激目標(biāo)生成控制指令，通過無線通信器將所述控制指令發(fā)送至設(shè)備主控系統(tǒng)中。
33、本專利技術(shù)的有益效果為：
34、通過設(shè)計(jì)基于正弦編碼的刺激范式，使視覺刺激塊不再只有黑白兩種狀態(tài)，將刺激集中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于FBCCA的視覺注意力自適應(yīng)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺刺激范式采用液晶顯示器作為刺激來源，并為每個(gè)刺激塊設(shè)置不同的頻率和相位，在每次采樣時(shí)刻以正弦波的范式更新視覺刺激塊的亮度從而觸發(fā)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位信號，所述視覺刺激范式的屏幕亮度序列為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述刺激周期為調(diào)制刺激目標(biāo)產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列對應(yīng)線性移位寄存器序列中移位寄存器的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空濾波器對信號源在空間位置上進(jìn)行擴(kuò)展得到濾波信號，計(jì)算公式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)識別模板通過平均多個(gè)刺激周期下的訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成，計(jì)算公式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信器通過串口通訊獲取所述控制指令，將所述控制指令通過藍(lán)牙通信模塊發(fā)送至邊緣的主控系統(tǒng)。
8.一種基于FBCCA的視覺注意力自適應(yīng)系
9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述的基于FBCCA的視覺注意力自適應(yīng)方法。
10.一種包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在由計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行時(shí)用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-7中任一所述的基于FBCCA的視覺注意力自適應(yīng)方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于fbcca的視覺注意力自適應(yīng)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺刺激范式采用液晶顯示器作為刺激來源，并為每個(gè)刺激塊設(shè)置不同的頻率和相位，在每次采樣時(shí)刻以正弦波的范式更新視覺刺激塊的亮度從而觸發(fā)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位信號，所述視覺刺激范式的屏幕亮度序列為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述刺激周期為調(diào)制刺激目標(biāo)產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列對應(yīng)線性移位寄存器序列中移位寄存器的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空濾波器對信號源在空間位置上進(jìn)行擴(kuò)展得到濾波信號，計(jì)算公式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)識別模板通過平均多個(gè)刺激周期下的訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成，計(jì)算公式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張佳楊，楊幫華，張永懷，
申請(專利權(quán))人：上海韶腦傳感技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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