CN103405230A - 基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统以及检测方法，所述系统包括刺激屏、脑电提取装置、脑电信号放大器、脑电信号采集器、脑电信号分析模块和结果输出装置；所述刺激屏用于显示颜色以一定频率交替变化的闪烁块，对被试者施加视觉刺激；用脑电提取装置提取被试者接收视觉刺激之后的脑电信号，提取的脑电信号经脑电信号放大器放大后传输给脑电信号采集器，采集脑电信号后传输给脑电信号分析模块，经过分析处理之后由结果输出装置输出。本发明所记载的技术方案基于脑电诱发电位的交叉调制成份，提出了颜色感知能力检测系统和方法，实现了对颜色感知能力的客观检测。系统简单，操作简便，检测时间短，结果准确。

Description

基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及颜色感知能力检测技术领域，尤其涉及一种基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统及检测方法。

背景技术

人的颜色感知能力有很大差异，但不能通过颜色感知以外的其他常规眼功能检测确定这种差异。目前，对颜色感知能力的检测工作大部分依靠的是比色图法，需要依靠医师辅助检测和被试者主观汇报来完成。比色图法检测的主观性强，并且在许多场合下此法的使用并不便利甚至不可使用，且不可量化。在被试者无法与医师进行沟通的场景则无法进行有效检测，比如动物实验，婴幼儿、有智力障碍者、自闭症患者的检测等。同时，被试者也可能从自身利益出发，采用极端手段虚假汇报实际的检测结果，这就为人们的生产生活造成隐患。

综上所述，急需一种客观的颜色感知能力检测系统以及检测方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统和检测方法，以克服现有的主观检测的不可靠性，以及提高检测的准确性。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统，包括：

刺激屏，用于显示闪烁块，闪烁块的颜色以一定频率交替变化，对被试者施加视觉刺激；

脑电提取装置，固定在被试者的头部，用于提取被试者接收视觉刺激之后的脑电信号；

脑电信号放大器，用于放大脑电提取装置提取的脑电信号；

脑电信号采集器，用于以一定的采样率采集经过脑电信号放大器放大的脑电信号；

脑电信号分析模块，用于分析脑电信号采集器采集后的脑电信号；

结果输出装置，用于输出脑电信号分析模块的分析结果。

进一步地，所述闪烁块具体为：

闪烁块以第一频率闪烁，其颜色在两种不同颜色之间以第二频率交替变化，且第一频率大于第二频率。

优选地，所述第一频率为15Hz，所述第二频率为1Hz。

优选地，所述闪烁块的颜色具体为：

所述两种不同颜色中的第一颜色为绿色，所述两种不同颜色中的第二颜色为红色；或者

所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为黄色。

进一步地，所述脑电提取装置为3个活动电极，包括：连接在被试者前额上的接地电极，连接在被试者头顶上的参考电极以及连接在被试者枕骨上的工作电极。

进一步地，所述脑电提取装置为包括连接在被试者前额上的接地电极、连接在被试者头顶上的参考电极以及连接在被试者枕骨上的工作电极的脑电帽。

进一步地，所述脑电信号分析模块包括对脑电信号做频谱分析的快速傅里叶变换模块。

进一步地，所述系统还包括存储器，用于存贮被试者的信息以及检测记录。

进一步地，所述系统还包括计时模块，用于记录被试者的检测时间。

另一方面，本发明还提供了一种采用上述系统检测颜色感知能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、开启系统，设置系统参数，关闭刺激屏；

S2、被试者佩戴好脑电提取装置后，启动刺激屏，开始计时；

S3、达到预定时间后，关闭刺激屏，停止脑电信号采集器采集脑电信号，并使用脑电信号分析模块对已经采集的脑电信号做频谱分析；

S4、判断频谱中是否出现交叉调制成份，若出现则判定被试者的颜色感知能力为1级，否则重复上述步骤，若第二次检测的频谱中仍未出现交叉调制成份，则判定该被试者的颜色感知能力为2级；

S5、上述检测结果由结果输出装置输出，摘除被试者的脑电提取装置，完成测试过程。

（三）有益效果

上述技术方案有如下优点：

本发明所记载的技术方案基于脑电诱发电位的交叉调制成份，提供了一种颜色感知能力检测系统和检测方法，实现了对颜色感知能力的客观检测。系统简单，操作简便，检测时间短，结果准确。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为SSVEP原理示意图；

图2为本发明一种实施方式的电路原理框图；

图3为图2中的刺激屏的闪烁块的闪烁序列示意图；

图4为人脑电极分布图；

图5为本发明一种实施方式的三电极简化帽的佩戴示意图；

图6为按照图2的原理框图测得的颜色感知能力分别为1级和2级的被试者的Oz电极信号频谱图；

图7为图2中系统的检测方法的操作步骤流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

SSVEP原理如图1所示，在恒定频率的视觉刺激诱发下，大脑皮层上会产生周期性的脑电信号，其频率中可包含刺激频率的半频、倍频和基频成份。频谱成份以基频为主，且响应主要分布在枕区视觉皮层。

当图1中的刺激存在两种频率f₁和f₂的时候，响应成份中除了基频、倍频之外，还存在由两种频率组合而成的新成份|n₁f₁+n₂f₂|，其中n₁和n₂表示非零整数。

基于上述原理，本实施例记载了一种基于SSVEP的颜色感知能力检测系统，如图2所示，主要包括：刺激屏、脑电提取装置、脑电信号放大器、脑电信号采集器、脑电信号分析模块和结果输出装置。

图2中的刺激屏用于显示闪烁块，闪烁块的颜色以一定频率交替变化，对被试者施加视觉刺激；

在本实施例中，刺激屏的刷新频率为60Hz，刺激屏的背景颜色为黑色，闪烁块出现的位置在黑色的背景的正中，闪烁块以第一频率f₁＝15Hz闪烁，每次闪烁的亮度相同，闪烁块的颜色在红色和绿色之间以第二频率f₂＝1Hz交替变化，图3给出了一种闪烁块的闪烁序列的示意图。闪烁块以这样的序列出现，那么频率谱中的交叉调制频率f₁±f₂就会稳定出现。

在本发明的其他实施例中，屏幕的刷新率也可以是不等于60Hz的其他值，可以根据实际检测条件来确定。因为60Hz是在正常光线强度下对闪烁不敏感的下限值，高于60Hz可以避免屏幕闪烁对颜色感知能力检测的影响。相似的，上述第一频率以及第二频率也可以是满足第一频率大于第二频率的其他值，为了便于在计算机常用的CRT（阴极射线管显示器）屏幕上产生稳定的闪烁效果，上述第一频率和第一频率最好在集合{屏幕闪烁率/N，N为正整数}中取值。

并且，在本发明的其他实施例中，上述闪烁块的颜色也可以是蓝色以及黄色交替变化，或者根据实际需要任选两种不同的颜色，使这两种颜色交替出现，也应当理解为属于本发明要保护的范围。

图2中的脑电提取装置，固定在被试者的头部，用于提取被试者接收视觉刺激之后的脑电信号。

脑电提取装置可以是现有的64导联的脑电帽，佩戴在被试者的头部，在本实施例中只需用到其中的接地电极（GND）、参考电极（REF）和工作电极（Oz），如图4所示。由此可知，只要是包括接地电极（GND）、参考电极（REF）和工作电极（Oz）的脑电帽，都能够作为本发明所述系统的脑电提取装置，也应当理解为属于本发明的保护范围。

在本发明的其他实施例中脑电提取装置还可以使用三个活动电极代替脑电帽，构成三电极简化帽，接地电极连接在被试者的前额处，参考电极连接在被试者的头顶处，工作电极连接在被试者的枕骨处。若工作电极使用湿电极，还需要在被试者头上打导电膏。

图2中的脑电信号放大器，用于放大脑电提取装置提取的脑电信号；

可以采用现有的Neuroscan EEG系统，也可以采用其他的脑电放大器。

图2中的脑电信号采集器，用于以一定的采样率采集经过脑电信号放大器放大的脑电信号。

在本实施例中采样频率设置为1000Hz。

图2中的脑电信号分析模块，用于分析脑电信号采集器采集后的脑电信号。

脑电信号放大器输出的信号传输至脑电信号分析模块，脑电信号分析模块对放大后的脑电信号进行FFT变换，获得脑电信号的频谱，如图6所示，根据脑电信号的信号谱中有无交叉调制成份，将被试者的颜色感知能力分为1级和2级。其中1级能力优于2级能力。

图2中的结果输出装置，用于输出脑电信号分析模块的分析结果。

判断结果可以从结果输出装置输出。结果输出可以采用电脑显示屏提示结果，也可以采用不同是的声音提示代表不同的测试结果，只要能对两种测试结果进行区别提示的输出装置，都应当理解为属于本发明的保护范围。

本实施例所记载的系统还包括存储器，用于存贮被试者的信息以及检测记录。

本实施例所记载的系统还包括计时模块，用于记录被试者的检测时间。

本实施例还记载了一种采用上述系统的基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测方法，具体步骤如图7所示：

S1、开启系统，设置系统参数，关闭刺激屏。

设置系统参数包括，设定刺激屏的闪烁块的闪烁的第一频率，以及颜色交替变化的第二频率；在本实施例中设置第一频率为15Hz,第二频率为1Hz。

还包括对脑电信号采集器的采样频率进行设置，在本实施例中采样频率设置为1000Hz。

S2、被试者佩戴好脑电提取装置后，启动刺激屏，开始计时。

如果被试者所述系统采用的是三电极简化帽，则需要考虑，如果电极采用湿电极，则需要打导电膏，确保阻抗降低到10kΩ以下。

S3、达到预定时间后，关闭刺激屏，停止脑电信号采集器采集脑电信号，并使用脑电信号分析模块对已经采集的脑电信号做频谱分析。

为保证测试的准确性，一般需要被试者注视刺激屏10秒时间。当然，还可以根据实际情况适当延长或者缩短注视时间。

注视过程中尽量不要眨眼睛，且要把注意点放在闪烁块的中心位置。

脑电信号分析模块主要是对采集的脑电信号做快速傅里叶变换，获得其频谱图。

S4、判断频谱中是否出现交叉调制成份，若出现则判定被试者的颜色感知能力为1级，否则重复上述步骤，若第二次检测的频谱中仍未出现交叉调制成份，则判定该被试者的颜色感知能力为2级。

S5、上述检测结果由结果输出装置输出，摘除被试者的脑电提取装置，完成测试过程。

上述检测过程能快速高效地对被试者的颜色感知能力做出精确的判断，能够为科学研究提出重要依据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于脑电诱发电位的颜色感知能力检测系统，其特征在于，包括：

刺激屏，用于显示闪烁块，闪烁块的颜色以一定频率交替变化，对被试者施加视觉刺激；

脑电提取装置，固定在被试者的头部，用于提取被试者接收视觉刺激之后的脑电信号；

脑电信号放大器，用于放大脑电提取装置提取的脑电信号；

脑电信号采集器，用于以一定的采样率采集经过脑电信号放大器放大的脑电信号；

脑电信号分析模块，用于分析脑电信号采集器采集后的脑电信号；

结果输出装置，用于输出脑电信号分析模块的分析结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闪烁块具体为：

闪烁块以第一频率闪烁，其颜色在两种不同颜色之间以第二频率交替变化，且第一频率大于第二频率。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一频率为15Hz，所述第二频率为1Hz。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述闪烁块的颜色具体为：

所述两种不同颜色中的第一颜色为绿色，所述两种不同颜色中的第二颜色为红色；或者

所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为黄色。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脑电提取装置为3个活动电极，包括：连接在被试者前额上的接地电极，连接在被试者头顶上的参考电极以及连接在被试者枕骨上的工作电极。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脑电提取装置为包括连接在被试者前额上的接地电极、连接在被试者头顶上的参考电极以及连接在被试者枕骨上的工作电极的脑电帽。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脑电信号分析模块包括对脑电信号做频谱分析的快速傅里叶变换模块。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括存储器，用于存贮被试者的信息以及检测记录。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括计时模块，用于记录被试者的检测时间。

10.一种采用权利要求1至9任一项所述系统检测颜色感知能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、开启系统，设置系统参数，关闭刺激屏；

S2、被试者佩戴好脑电提取装置后，启动刺激屏，开始计时；

S3、达到预定时间后，关闭刺激屏，停止脑电信号采集器采集脑电信号，并使用脑电信号分析模块对已经采集的脑电信号做频谱分析；

S4、判断频谱中是否出现交叉调制成份，若出现则判定被试者的颜色感知能力为1级，否则重复上述步骤，若第二次检测的频谱中仍未出现交叉调制成份，则判定该被试者的颜色感知能力为2级；

S5、上述检测结果由结果输出装置输出，摘除被试者的脑电提取装置，完成测试过程。

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