CN102289285A - 一种基于意识实现对电子设备控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用意识操作电子设备的方法，包括：一种基于用户意识实现对电子设备控制的方法，所述电子设备包括显示单元、应用接口单元、无线接收单元以及USB接口，该方法包括：A、所述无线接收单元接收表示用户意识的信号；B、所述无线接收单元处理所述表示用户意识的信号，并将处理后的信号传递给应用接口单元；C、所述应用接口单元检测所述信号，将信号参数与预设阈值比较，并根据比较结果执行相应的操作。利用本发明的方法，用户不必通过用机械力操作遥控器按钮，而只用意识即可实现对电视机、游戏机、以及其它电子电气设备的遥控和操作。

Description

一种基于意识实现对电子设备控制的方法

技术领域

本发明涉及一种控制电子设备的方法，更具体而言，本发明涉及一种基于意识实现对电子设备控制的方法。

背景技术

现有的电子设备控制操作，如电视机切换频道、调节音量等操作都是采用遥控器或鼠标、键盘等需要用手操作的外部输入设备，向电视主机发送信号来完成的。也就是说，在人产生了控制电视的想法后，必须借助于人手的机械力，才有可能完成对电视机等的调节和控制。

发明内容

本发明提出一种操作电子设备的方法，其中不必借助于人手的机械力，只要通过用户的意识即可实现对电子设备的操作和控制。

具体地，本发明提出一种基于用户意识实现对电子设备的控制的方法，所述电子设备包括显示单元、应用接口单元、无线接收单元以及USB接口，该方法包括：

A、所述无线接收单元接收表示用户意识的信号；

B、所述无线接收单元处理所述表示用户意识的信号，并将处理后的信号传递给应用接口单元；

C、所述应用接口单元检测所述信号，将信号参数与预设阈值比较，并根据比较结果执行相应的操作。

在一个实施例中，上述步骤B包括：

B1、所述无线接收单元将处理后的信号通过USB接口传递到所述电子设备的USB缓冲区；

B2、所述应用接口单元循环扫描所述USB缓冲区，从而获得所述处理后的信号。

在一个实施例中，所述表示用户意识的信号来自一用户意识信号检测装置，该用户意识信号检测装置包括用户体电波检测单元、信号处理单元、无线发送单元，所述方法进一步包括：

所述体电波检测单元检测用户体电波信号，并传递至信号处理单元；

所述信号处理单元对所述体电波信号进行滤波、放大、采集、转换，并提取表示用户意识的信号，经无线发送单元发送至所述电子设备。

所述用户意识信号检测装置可以包括一脑电波检测耳机，耳机内置3.3V电池供电；耳机上面有一个旋转装置固定了脑电波探测器，佩戴耳机后可旋转该设备使脑电波探测器贴在前额部位就可以检测到脑电波。

本发明中所述电子设备包括电视机、游戏机、家用电器，其中所述操作包括增减音量、切换频道、开关切换、游戏动作。

在一个实施例中，步骤C进一步包括：

C1、判断所述信号是否有效；

C2、如果有效，则检查该信号的参数是否高于第一阈值；如果无效，则返回C1；

C3、如果该信号的参数高于所述第一阈值，则从该信号中提取表示用户意识的参数，并在所述显示单元加以显示；如果不高于所述第一阈值，则返回C1；

C4、判断用户眨眼信号是否有效，如果是，则执行C5；如果不是，则返回步骤C1；

C5、判断表示用户意识的参数，如果在特定时间段内高于第二阈值，则执行一次相应的操作。

该实施例中所述的第一阈值可以为30，第二阈值可以为70，且所述特定时间段为3秒。在所述电子设备为电视机的情况下，所述操作为切换频道。

本发明中所述表示用户意识的参数包括平均关注度参数、平均放松度参数，或者其组合。

本发明中，在执行C5的过程中，如果检测到用户眨眼信号的强度高于第二阈值，则返回步骤C1。

在另一个实施例中，上述步骤C包括：

C1、判断所述信号是否有效；

C2、如果有效，则检查信号参数，如果信号参数低于第一阈值，返回步骤C1，如不低于第一阈值，则提取表示用户意识的参数显示在所述显示单元上，并执行C3；

C3、如果检测到眨眼信号，则进入第一操作状态，在第一操作状态检测到特定时间段内表示用户意识的参数大于第二阈值，则执行一次第一操作；

C4、如果在第一状态检测到眨眼信号，从第一状态转入第二状态，在第二状态检测到特定时间段内表示用户意识的参数大于所述第二阈值，则执行一次第二操作；

C5、在第二状态检测到眨眼信号，则返回C1。

对电视机来说，所述第一操作状态为频道增加模式，所述第一操作为频道增加动作；所述第二操作状态为频道减小模式，所述第一操作为频道减小动作。

在特定实施例中，所述第一阈值可以为30，第二阈值可以为70。

本发明中所述体电波包括脑电波、肌电波，但不限于此。

采用本发明的技术方案通过对人体体电波信号的探测，提取出一些参数，如，人脑的关注度和放松度，传递给电子设备控制系统，进行计算，在特定参数达到特定阈值时，执行特定的动作，从而达到控制电子设备的目的。不需借助人手机械力，而是通过人体产生的体电波对电视机等电子设备进行控制。电子设备的界面可以实时显示用户关注度、放松度和脑电波波形等参数指标，很大程度地提升了用户的体验效果和感受度；可以实现切换频道、音量变化控制、游戏动作、开关电子设备等操作功能。

附图说明

下面结合附图，并以电视机为例来描述本发明。附图中：

图1示出利用本发明的方法操作电视机的示意图；

图2示出利用本发明的方法操作电视机的原理图；

图3示出本发明操作电视机的方法的一个实施例；

图4示出本发明操作电视机的方法的另一个实施例；

图5示出本发明操作电视机的方法的另一个实施例；

图6为本发明利用本发明方法的电视机操作系统各模块的关系示意图；

图7至图9为本发明实际应用的示意图。

具体实施方式

本发明技术原理：

人体产生的体电波主要是人的大脑产生的电波，称为脑电波；以及肌肉动作，如眨眼、心跳、说话等产生的电波，称为肌电波。

大脑在不同的状态下，会有不同的神经活动，发出不同振幅和频率的电波，形成不同的脑波模式，现有技术已经做到用传感器采集脑电波，用芯片进行数模转换后进行快速傅里叶变换(FFT)，得到脑电波信号的功率谱密度(PowerSpectral Density，PSD)，根据功率谱密度就可以统计一段时间内各个脑电波信号在频域的功率分布。

研究发现，人的情绪、精神状态以及专注状态都受到前额部位大脑的控制，因此本发明的脑波检测耳机把脑波检测传感器(俗称：探头)的位置设置在人的左前额部位，医学上称为FP1区。不同的神经活动会产生不同的脑波模式，从而表现为不同的大脑状态；不同的脑波模式会发出不同的振幅和频率的脑电波。脑波检测芯片将原始脑电波采集、模数转换后进行快速傅里叶变换(FFT)，得到脑电波信号的功率谱密度PSD，根据功率谱密度就可以统计一段时间内各个脑电波信号在频域的功率分布。

实践证明，当人脑思维越活跃时脑电波频谱上高频段的谱功率越高，即高频信号越多；反之，当人脑思维进入无意识状态时频谱上低频段谱功率会变高，即低频信号越多。例如，当频率在0.1到3Hz之间的Delt波谱功率较高时，表示大脑处于无意识、深度无梦睡眠状态；频率在4到7Hz之间的Theta波谱功率较高时，表示大脑处于恍惚、心不在焉状态；频率在8到12Hz之间的Alpha波谱功率较高时，表明大脑正处于平静放松的状态；频率在12到30Hz之间的Beta波谱功率较高时，表示大脑正处于专注状态；频率超过30Hz的Gamma波谱功率较高时，表示大脑思维处于极度活跃状态，即思维高度专注于某件事上。

例如，我们可以通过对原始脑电波的分析，提取出两个参数即人脑的关注度(Attention)和放松度(Meditation)。其中，关注度表示人对某件事的关注程度，即注意力集中的程度，注意力越集中则关注度越高；放松度表示人的放松程度，也有资料称其为进入禅定的程度，即人脑思维活动越少则放松度越高；关注度和放松度这两个参数是完全独立的，譬如射箭运动员在练习射箭时既要做到注意力高度集中，还要做到完全放松、心无杂念的程度，这样射箭的成绩才能达到更好。

既然不同的大脑状态和肌肉运动可以转化为电波信号，我们就可以将该信号直接传递给电视机等电子设备，实现对它们的控制操作。

实施例1：

本发明的电子设备可以是电视机、游戏机、家用电器等电子设备，本实施例是以电视机为例。本实施例中平均关注度是指每两秒钟时间关注度的平均值，平均放松度是指每两秒钟时间放松度的平均值。

图1示出利用本发明的方法操作电视机的示意图。如图1所示，本发明通过信号检测装置(即，脑电波检测耳机)对用户体电波信号进行探测，并提取出一些参数，如，用户大脑的关注度和放松度，通过无线方式传递给电视主机控制系统，电视主机进行计算，在特定参数达到特定阈值时，执行特定的动作，从而达到控制电视机等电子设备的目的。

图2示出利用本发明的方法操作电视机的原理图。图2示出的原理图可以视作一个意念控制系统，包括：脑电波检测装置和电视机，脑电波检测装置包括脑电波探测器和脑电波信号处理芯片，电视机包括：电视机应用接口、无线接收装置以及USB接口，电视机处于脑电波控制的模式下的工作原理及过程如下：

A.探测用户头部的脑电波；脑电波检测设备可以采用一种现有的脑电波检测耳机，耳机内置3.3V电池供电；耳机上面有一个旋转装置固定了脑电波探测器，佩戴耳机后可旋转该设备使脑电波探测器贴在前额部位就可以检测到脑电波；

B.对脑电波信号进行处理，提取平均关注度和平均放松度两个参数，进行编码后以无线方式发射出去；这里所说的处理是指对原始信号进行滤波、放大、采集、转换等；本步骤所用的脑电波信号处理芯片，内置在步骤A所用的那种耳机中，脑电波探测器将信号直接传递给脑电波信号处理芯片；

C.电视机接收该无线信号，进行解码、计算和执行；接收无线信号的一般是插接在电视USB接口上的无线接收模块，通过USB接口提供电源并传输数据，该无线接收模块负责将接收到的无线信号进行解码，并通过USB接口将关注度、放松度、无线信号强度等有效数据以协议包的形式发送到USB缓冲区内，输出频率为每秒一次；进行执行和计算的一般是电视应用接口，它是处理数据并判定阈值、执行操作的软件部分，主要指各个应用软件的底层驱动，负责对USB缓冲区内的数据进行处理、判断并执行操作，电视应用接口可以驱动电视显示界面进行显示；软件启动运行后，工作流程如图3所示：

(1)检测USB缓冲区的数据包，如果无效，循环等待，一旦发现了有效数据包，执行步骤(2)；

(2)检查信号参数，如果信号参数低于某值，如30，返回步骤(1)，如不低于某值，则提取平均关注度和平均放松度参数实时显示在电视界面上，然后执行步骤(3)；

(3)判断眨眼信号的信号参数，如低于预设阈值，返回步骤(1)，如高于预设阈值，执行步骤(4)；

(4)判断平均关注度参数，如果连续5秒均高于预设阈值，如70，则切换一次频道；之后每5秒检测关注度平均值，持续5秒钟平均关注度仍高于70，则再次切换频道，否则将暂时定位住该频道直至下次平均关注度参数高于70进行切换，在该过程中如发现眨眼信号参数值高于预设阈值，则直接返回步骤(1)；

(5)如收到退出程序的指令，则退出循环，软件终止运行；如未收到退出程序的指令，返回步骤(1)。

其中，频道的切换是循环增加。

实施例2：

与实施例1相比，在用平均关注度参数调节频道的同时，用平均放松度信号参数来调节音量，音量的调节也是循环增加一个单位；用眨眼信号强度控制程序进入或退出脑电波调节频道和音量的功能，工作流程如图4所示，在此不再赘述。

实施例3：

应用本实施例的硬件结构可以等同或类似于实施例1和实施例2，此处不再赘述。

在应用本实施例时，同样要首先探测用户头部的脑电波、对脑电波信号进行处理，提取平均关注度和平均放松度两个参数，进行编码后以无线方式发射出去，并由电视机接收该无线信号，进行解码、计算和执行。接收、解码、计算和执行的具体步骤如图5所示，其工作过程描述如下：

(1)检测USB缓冲区的数据包，如果无效，循环等待，一旦发现了有效数据包，执行步骤(2)；

(2)检查信号参数，如果信号参数值低于某值，如30，返回步骤(1)，如不低于某值，则提取平均关注度和平均放松度参数实时显示在电视界面上；前两步循环称为状态1，在状态1下检测到关注度即使大于阈值也不动作；

(3)如果检测到眨眼信号，则从状态1进入频道增加控制状态，即状态2，在状态2下检测到每5秒平均关注度大于70阈值后执行频道增加动作；

(4)再次检测到眨眼信号，则从状态2进入频道减小状态，即状态3；在状态3下检测到每5秒平均关注度大于70阈值后执行频道减少动作；

(5)再次检测到眨眼信号，则从状态3循环进入状态1；

(6)各个状态在界面上有状态指示灯，用户按遥控器退出键可退出控制程序。

电视应用接口软件的终止或退出，既可以采用传统的遥控器等外围输入设备发出指令，也可以采用判断其它脑电波参数或体电波参数。

按照本发明的原理，本发明人已经实际开发出了一款试验产品，即可以用意识控制的电视机。该电视机的功能模块包括；界面显示、脑电波监测sdk、Usb转串口模块、脑电波数据分析模块、频道调台接口、X86电视平台应用调用接口，其关系如图6所示。

该产品中，本发明实际应用的步骤如下：

第1步，程序启动后主动进入TV通道(HID TV)显示如图7所示的界面，按遥控器确认键或鼠标点连接键，开始扫描COM口；

第2步，扫描COM口时显示如图8所示的界面，初步设定从COM1到COM20，扫描可用包；如果此时按遥控器退出键或鼠标按Disconnect键则停止扫描COM口，并关闭程序；如果扫描到COM20口均无可用包，则显示图7界面，需要重新连接设备；如果扫描到可用包后确定该COM口，进入第3步。

第3步，接收信号参数值、专注度、放松度的数据包，并显示如图9所示的界面。

如果关注度在5秒内平均值高于阈值(假定＝70)，则送频道+的HID指令；之后每5秒检测其平均值做下一次动作，如果低于该阈值则不动作(注意：1.鉴于眨眼操作准确度较差，所以采用专注度单个阈值判断做单方向频道切换，TV系统在频道列表中达到最大值后从头循环开始；2.本程序未用到放松度参数，因此放松度表盘显示值仅仅解释为当前节目或音乐带给使用者的放松程度即可，不做控制用)。

程序同时接收信号参数值数据包，同步显示1-5个格的信号参数值。如果按遥控器退出键或鼠标按Disconnect键则关闭COM口，并退出程序。其中，串口设置：9600，8，n，1。数据包结构如下，全部使用HEX格式，譬如：aa，aa，04，d1，02，d2，67，f3，其中aa aa为包头，04为有效数据字节数，D1 02 D267为有效数据，F3为前面4个有效数字校验和的反码，即D1+02+D2+67+F3＝FF(八位)；软件会用到信号参数值的包、是否有链接的包、关注度、放松度的包。具体详细的有效数据协议在Neurosky公司提供SDK后即可全部得到。

在装有游戏的电视机中，脑电波信号可以用来进行游戏控制，在某段时间内某参数的平均值达到某个预先设定的阈值时则执行相应动作，例如用关注度信号和/或放松度信号去做一些游戏中的射击、搬运、跳跃、射击等控制；也可以配合肌电波，充分利用眨眼等肌肉动作进行游戏控制。

本发明可以通过用户自定义调整阈值等参数，以避免无意中眨眼引起的动作，并能避免用力眨眼也达不到设定阈值的情况，从而能保证效果适合特定用户个体，使大部分用户都具有良好的体验效果。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围的内。

Claims (18)

1.一种基于用户意识实现对电子设备控制的方法，所述电子设备包括显示单元、应用接口单元、无线接收单元，该方法包括：

A、所述无线接收单元接收表示用户意识的信号；

B、所述无线接收单元处理所述表示用户意识的信号，并将处理后的信号传递给应用接口单元；

C、所述应用接口单元检测所述信号，将信号参数与预设阈值比较，并根据比较结果执行相应的操作。

2.权利要求1所述的方法，其中步骤B包括：

B1、所述无线接收单元将处理后的信号传递到所述电子设备的接收缓冲区；

B2、所述应用接口单元循环扫描所述接收缓冲区，从而获得所述处理后的信号。

3.权利要求1所述的方法，其中所述表示用户意识的信号来自一用户意识信号检测装置，该用户意识信号检测装置包括用户体电波检测单元、信号处理单元、无线发送单元，所述方法进一步包括：

所述体电波检测单元检测用户体电波信号，并传递至信号处理单元；

所述信号处理单元对所述体电波信号进行滤波、放大、采集、转换，并提取表示用户意识的信号，经无线发送单元发送至所述电子设备。

4.权利要求3所述的方法，其中所述用户意识信号检测装置包括一脑电波检测耳机，耳机内置3.3V电池供电；耳机上面有一个旋转装置固定了脑电波探测器，佩戴耳机后可旋转该设备使脑电波探测器贴在前额部位就可以检测到脑电波。

5.权利要求1-4任一项所述的方法，其中所述电子设备包括电视机、游戏机、家用电器。

6.权利要求1-5任一项所述的方法，其中所述操作包括增减音量、切换频道、开关切换、游戏动作。

7.权利要求1-6任一项所述的方法，其中步骤C进一步包括：

C1、判断所述信号是否有效；

C2、如果有效，则检查该信号的参数是否高于第一阈值；如果无效，则返回C1；

C3、如果该信号的参数高于所述第一阈值，则从该信号中提取表示用户意识的参数，并在所述显示单元加以显示；如果不高于所述第一阈值，则返回C1；

C4、判断用户眨眼信号是否有效，如果是，则执行C5；如果不是，则返回步骤C1；

C5、判断表示用户意识的参数，如果在特定时间段内高于第二阈值，则执行一次相应的操作。

8.权利要求7所述的方法，其中所述第一阈值为30。

9.权利要求7所述的方法，其中所述第二阈值为70，且所述特定时间段为3秒。

10.权利要求1-9任一项所述的方法，其中所述电子设备为电视机，所述操作为切换频道。

11.权利要求1-10任一项所述的方法，其中所述表示用户意识的参数包括平均关注度参数、平均放松度参数，或者其组合。

12.权利要求7所述的方法，其中在执行C5的过程中，如果检测到用户眨眼信号的强度高于第二阈值，则返回步骤C1。

13.权利要求1-6任一项所述的方法，其中步骤C包括：

C1、判断所述信号是否有效；

C2、如果有效，则检查信号参数，如果信号参数低于第一阈值，返回步骤C1，如不低于第一阈值，则提取表示用户意识的参数显示在所述显示单元上，并执行C3；

C3、如果检测到眨眼信号，则进入第一操作状态，在第一操作状态检测到特定时间段内表示用户意识的参数大于第二阈值，则执行一次第一操作；

C4、如果在第一状态检测到眨眼信号，从第一状态转入第二状态，在第二状态检测到特定时间段内表示用户意识的参数大于所述第二阈值，则执行一次第二操作；

C5、在第二状态检测到眨眼信号，则返回C1。

14.权利要求13所述的方法，其中所述电子设备为电视机，所述第一操作状态为频道增加模式，所述第一操作为频道增加动作。

15.权利要求13所述的方法，其中所述电子设备为电视机，所述第二操作状态为频道减小模式，所述第一操作为频道减小动作。

16.权利要求13-15任一项所述的方法，其中所述第一阈值为30。

17.权利要求13-16任一项所述的方法，其中所述第二阈值为70。

18.权利要求1-17任一项所述的方法，其中所述体电波包括脑电波、肌电波。

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