CN107483992A - 一种基于ssvep和运动想象的智能电视遥控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，属于人机交互技术领域。用户通过运动想象启动手里或者固定在某一位置的带有显示屏的智能电视机遥控器，使用SSVEP的方法对其想要控制的电视进行选择，并在随后的界面中用SSVEP对设备的功能进行选择。本发明主要针对残疾人士而设计，通过使用SSVEP和运动想象的混合脑机接口，提高了选择时的速度和准确性，同时本发明装置根据不同的底座设计可以固定在不同的地方，使得携带方便，并且操作便捷。本发明可应用于科研，教育和残障人士的康复训练，以及面向残疾人士的智能家具控制训练。

Description

一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法
技术领域
本发明涉及一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，属于人机交互技术领域。
背景技术
脑机接口技术是21世纪的一种新型的人机交互系统，该系统的特点在于可以不依赖于人的肢体的参与，通过检测大脑活动时产生的生物电，加以识别和分析，便可实现大脑与其他包括计算机在内的电子设备的通讯功能。有别于传统的控制方式，脑机接口技术为人类提供了一种新的控制思想。近几年随着计算机与通信技术，自动控制技术，生物学，人体解剖学，心理学和数学等技术的不断发展，人类大脑的活动方式和不同生物电产生的作用也越来越清晰，使得脑机接口技术得到了快速的发展。现阶段，脑机接口技术在，残疾人康复训练、生物医学、游戏娱乐、航天及军工等领域发挥着重要的作用。
稳态视觉诱发电位（SSVEP）是由中央视网膜上具有恒定频率的重复刺激引起的连续视觉皮质反应。作为近似正弦振荡波形，SSVEP通常包含与基频的刺激和一些谐波相同的基频。通常，SSVEP有两种不同的定义：第一个来自Regan，他认为SSVEP是主要视觉皮层的直接反应，第二个是Silberstein等人认为SSVEP是在认知任务期间通过外周视网膜通过皮质-皮质循环的刺激的间接皮质反应，并且在后头皮上具有复杂的幅度和相位形貌，具有相当大的受试者间变异性。目前SSVEP在脑控机器人，打字等方面有突出的应用价值。
运动想象（Motor Imagery）是脑机接口技术中的重要的控制方法之一，该方法主要是人用大脑想象肢体的动作，但实际肢体并不动，根据运动记忆在大脑中激活相应的区域，通过设备检测相关区域的生物电信号并识别，而后电子设备实现预先设定好的相关功能。运动想象的优点在于，可以直接绕开肌肉和骨骼，实现大脑与电子设备的直接通信。现阶段运动想象在机械设备的控制，例如：机器手、机械臂、智能轮椅、智能汽车等，军工与航天与残障人士的康复训练等方面起着重要的作用。
CCA典型相关分析（Canonical Correlation Analysis）利用综合变量对之间的相关关系来反映两组指标之间的整体相关性的多元统计分析方法。它的基本原理是：为了从总体上把握两组指标之间的相关关系，分别在两组变量中提取有代表性的两个综合变量U1和V1（分别为两个变量组中各变量的线性组合），利用这两个综合变量之间的相关关系来反映两组指标之间的整体相关性。
现阶段，基于运动想象的脑机接口技术需要被试进行大量相关的训练，使其能够掌握相应的控制方法。但是由于个体的心理活动的差异，以及周围环境的因素，使不同的被试在运动想象时产生的脑电质量有很大的差异，这直接影响了在线控制系统的质量好坏，使得在线系统不能够提取到稳定的特征信号，相关的特征分类变得困难，最终导致实际系统的运行状态达不到预定要求。因此目前的BCI技术仅停留在试验阶段，而未向大众推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，该方法的设计初衷是为了给那些因为疾病或者事故导致身体不能正常活动或者残疾的人使用，通过使用运动想象解锁设备，而后使用SSVEP对控制功能进行选择，一方面可以提高指令的识别速率，另一方面虽然会造成轻微视觉疲劳，但可以解决由单一运动想象所解决不了的多种功能同步在线控制的问题。用户在使用之前需要进行相关的训练以便提高控制精度，另外在脑电处理模块中会记录用户的脑电数据，方便日后相关人员对程序进行调试，进而得到一个与用户高度契合的系统。
本发明采用的技术方案是：一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，包括以下步骤：
步骤1，使用者佩戴无线脑电帽2，将带有显示屏、无线信号发射模块和脑电信号处理模块的遥控器1安置在轮椅上，无线脑电帽通过TCP/IP协议经路由器与遥控器1内的脑电信号处理模块相连，遥控器1内的脑电信号处理模块只读取由无线脑电帽传输过来的信号，遥控器1内的无线信号发射模块通过TCP/IP协议与智能电视机3相连接，智能电视机3只读取通过该协议传来的指令，不发送回执指令，在家里的中心处安装无线路由器，根据房屋的大小选择无线路由器的功率大小，布置好之后，通过浏览路由器设置界面添加无线脑电帽2、遥控器1的IP地址，登录路由器的设置界面，在已连接的设备中查看智能电视机3的IP地址，将无线脑电帽2的信号发送IP地址设置成遥控器1的IP地址，将遥控器1的数据发送地址设置成智能电视机3的IP地址，智能电视机3上安装有用于接收和执行控制指令的APP，所述的APP包含TCP/IP通信协议且和智能电视机3的内部通信端口进行链接，在所述的APP中将信号接收的IP地址设置为遥控器1的IP地址；
步骤2，在最开始的时候，遥控器1处于休眠状态，用户需进行运动想象，即通过想象左手或右手使劲握拳对遥控器1进行唤醒，在唤醒之后，遥控器1会向智能电视机3发送开机信号，遥控器1的显示器进入SSVEP功能选择界面，SSVEP功能选择界面包括开/关机、调节音量、调台、息屏四个功能选择键，开/关机、调剂音量、调台、息屏四个功能选择键分别设置成9，10，9.5，10.5Hz的闪烁刺激频率，每次输入一个数字的时间为2秒，用户在每选完一个数字后，方块闪烁会停止2秒，让用户休息，然后再开始下一个数字选择，采样频率为250Hz；
步骤3，在步骤2完成后，根据用户所选择的功能进入SSVEP具体输入界面，用户选择功能按键及输入时通过用眼睛持续注视欲选择的功能按键实现，当选择开/关机的按钮之后，智能电视机3会直接关机，遥控器1的显示屏会关闭显示；当选择息屏功能后，遥控器1的显示屏会关闭显示，智能电视机2正常播放，当想象左手或右手使劲握拳之后，遥控器1的显示屏重新开启，并回到SSVEP刺激界面供用户重新选择功能；当用户选择调节音量或者调台界面时，遥控器1的显示屏会显示一个相同的3*4的方阵，分别为数字1-9以及“确认”，“重新输入”，“后退”，遥控器1的显示屏上方会有一个小方框来显示当前选择的数字，在调台选择模式时，选好台之后用眼睛持续注视“确定”即可完成调台，若输入有误则选择“重新输入”即可，默认是最多输入5个数字，当输入5个数字后用户还没有做出判断，则全部清零重新回到调台选择模式，当用户选好台后，遥控器1的显示屏自动回到SSVEP功能选择界面；在音量选择模式里当输入的数值超过100时，默认为100，当用户调音完成后，遥控器1的显示屏自动回到SSVEP功能选择界面。
优选地，所述的脑电帽2的型号为BrainCap MR，脑电连接通道为：采样频率设置为250 Hz, 记录电极为：C1、C3、Cz、Pz、P3、P4、PO3、PO4、PO7、O1、Oz、O2、PO8，参考电极为Cz,接地电极为FPz, 导联位置符合国际10-20 标准, 实验中保持电极阻抗在5 k 欧姆以下。
优选地，所述的遥控器1内的脑电信号处理模块采用的是已经封装入通过CCA处理的SSVEP分析程序以及运动想象分析程序的微型处理器。
优选地，所述的遥控器1的外壳采用的是软材质的工程塑料，内装有一枚型号为504545，额定容量为1450mah，标准电压为3.7v的锂电池。
附图说明
图1为本发明的无线脑电帽2内的电极放置示意图；
图2为本发明的整体示意图，其中遥控器1显示SSVEP功能选择界面；
图3为本发明的整体示意图，其中遥控器1显示SSVEP具体输入界面；
图4为本发明遥控器1的调台与调音功能的SSVEP具体输入界面；
图5为本发明遥控器1的SSVEP功能选择界面；
图6为本发明的流程图。
图中各标号为：遥控器-1，无线脑电帽-2，智能电视机-3。
具体实施方案
下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步的说明。
实施例1：如图1-6所示，一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，包括以下步骤：
步骤1，使用者佩戴无线脑电帽2，将带有显示屏、无线信号发射模块和脑电信号处理模块的遥控器1安置在轮椅上，无线脑电帽通过TCP/IP协议经路由器与遥控器1内的脑电信号处理模块相连，遥控器1内的脑电信号处理模块只读取由无线脑电帽传输过来的信号，遥控器1内的无线信号发射模块通过TCP/IP协议与智能电视3相连接，智能电视3只读取通过该协议传来的指令，不发送回执指令，在布置好路由器后，通过浏览路由器设置界面添加设备的IP地址，将无线脑电帽2的地址设置为192.168.111，将遥控器1的地址设置为192.168.211，登录路由器的设置界面，在已连接的设备中查看电视机的IP地址，如果和设备地址有冲突的话，可以修改设备的IP地址。这里假定智能电视机3的IP地址为：192.168.2。将无线脑电帽2的信号发送IP地址设置成遥控器1的IP地址，将遥控器1的数据发送地址设置成智能电视机3的IP地址，即：192.168.2。这里智能电视机3上需要提前预装一款简易APP，用于接收和执行控制指令。（通过Java语言实现的一款包含TCP/IP通信协议以及和智能电视机3的内部通信端口进行链接的APP，需要根据具体的电视型号进行参数设置）在该款APP中将信号接收的IP地址设置为遥控器1的IP地址；
步骤2，在最开始的时候，遥控器1处于休眠状态，用户需进行运动想象，即通过想象左手或右手使劲握拳对遥控器1进行唤醒，在唤醒之后，遥控器1会向智能电视机3发送开机信号，遥控器1的显示器进入SSVEP功能选择界面，SSVEP功能选择界面包括开/关机、调节音量、调台、息屏四个功能选择键，开/关机、调剂音量、调台、息屏四个功能选择键分别设置成9，10，9.5，10.5Hz的闪烁刺激频率，每次输入一个数字的时间为2秒，用户在每选完一个数字后，方块闪烁会停止2秒，让用户休息，然后再开始下一个数字选择，采样频率为250Hz；
步骤3，在步骤2完成后，根据用户所选择的功能进入SSVEP具体输入界面，用户选择功能按键及输入时通过用眼睛持续注视欲选择的功能按键实现，当选择开/关机的按钮之后，智能电视机3会直接关机，遥控器1的显示屏会关闭显示；当选择息屏功能后，遥控器1的显示屏会关闭显示，智能电视机2正常播放，当想象左手或右手使劲握拳之后，遥控器1的显示屏重新开启，并回到SSVEP刺激界面供用户重新选择功能；当用户选择调节音量或者调台界面时，遥控器1的显示屏会显示一个相同的3*4的方阵，分别为数字1-9以及“确认”，“重新输入”，“后退”，遥控器1的显示屏上方会有一个小方框来显示当前选择的数字，在调台选择模式时，选好台之后用眼睛持续注视“确定”即可完成调台，若输入有误则选择“重新输入”即可，默认是最多输入5个数字，当输入5个数字后用户还没有做出判断，则全部清零重新回到调台选择模式，当用户选好台后，遥控器1的显示屏自动回到SSVEP功能选择界面；在音量选择模式里当输入的数值超过100时，默认为100，当用户调音完成后，遥控器1的显示屏自动回到SSVEP功能选择界面。
进一步地，如图1所示，所述的脑电帽2的型号为BrainCap MR，脑电连接通道为：采样频率设置为250 Hz, 记录电极为：C1、C3、Cz、Pz、P3、P4、PO3、PO4、PO7、O1、Oz、O2、PO8，参考电极为Cz, 接地电极为FPz, 导联位置符合国际10-20 标准, 实验中保持电极阻抗在5k 欧姆以下。
进一步地，所述的遥控器1内的脑电信号处理模块采用的是已经封装入通过CCA处理的SSVEP分析程序以及运动想象分析程序的微型处理器。
进一步地，所述的遥控器1的外壳采用的是软材质的工程塑料，内装有一枚型号为504545，额定容量为1450mah，标准电压为3.7v的锂电池。
参见图2，被试佩戴脑电帽2，注视遥控器上的功能选择指令1，然后遥控器将信号通过TCP/IP协议送到电视机上3。参见图3，被试佩戴脑电帽2，注视遥控器1上的具体功能选择指令，然后遥控器将信号通过TCP/IP协议送到电视机上3。
设置“息屏”键的原因是因为SSVEP对眼睛有刺激，长期盯着不同的闪烁频率会导致眼睛疲劳，所以关闭屏幕可以使用户休息，并且观看电视节目。
之所以选择SSVEP进行选择是因为SSVEP的准确率高，并且SSVEP只需要参与者用眼睛看即可并不需要想象什么，因此对被试的要求较小。
在用户试用期间，所有的数据都通过无线脑电帽2发射至无线接收器上，进而传递至脑电处理模块及微型计算机上。通过已经设定好的算法进行分析，其内定的系统为同步系统，及当计算机发送反馈值给显示屏后再执行下一步。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，其特征在于:包括以下步骤：
步骤1，使用者佩戴无线脑电帽（2），将带有显示屏、无线信号发射模块和脑电信号处理模块的遥控器（1）安置在轮椅上，无线脑电帽通过TCP/IP协议经路由器与遥控器（1）内的脑电信号处理模块相连，遥控器（1）内的脑电信号处理模块只读取由无线脑电帽传输过来的信号，遥控器（1）内的无线信号发射模块通过TCP/IP协议与智能电视机（3）相连接，智能电视机（3）只读取通过该协议传来的指令，不发送回执指令，在家里的中心处安装无线路由器，根据房屋的大小选择无线路由器的功率大小，布置好之后，通过浏览路由器设置界面添加无线脑电帽（2）、遥控器（1）的IP地址，登录路由器的设置界面，在已连接的设备中查看智能电视机（3）的IP地址，将无线脑电帽（2）的信号发送IP地址设置成遥控器（1）的IP地址，将遥控器（1）的数据发送地址设置成智能电视机（3）的IP地址，智能电视机（3）上安装有用于接收和执行控制指令的APP，所述的APP包含TCP/IP通信协议且和智能电视机（3）的内部通信端口进行链接，在所述的APP中将信号接收的IP地址设置为遥控器（1）的IP地址；
步骤2，在最开始的时候，遥控器（1）处于休眠状态，用户需进行运动想象，即通过想象左手或右手使劲握拳对遥控器（1）进行唤醒，在唤醒之后，遥控器（1）会向智能电视机（3）发送开机信号，遥控器（1）的显示器进入SSVEP功能选择界面，SSVEP功能选择界面包括开/关机、调节音量、调台、息屏四个功能选择键，开/关机、调剂音量、调台、息屏四个功能选择键分别设置成9，10，9.5，10.5Hz的闪烁刺激频率，每次输入一个数字的时间为2秒，用户在每选完一个数字后，方块闪烁会停止2秒，让用户休息，然后再开始下一个数字选择，采样频率为250Hz；
步骤3，在步骤2完成后，根据用户所选择的功能进入SSVEP具体输入界面，用户选择功能按键及输入时通过用眼睛持续注视欲选择的功能按键实现，当选择开/关机的按钮之后，智能电视机（3）会直接关机，遥控器（1）的显示屏会关闭显示；当选择息屏功能后，遥控器（1）的显示屏会关闭显示，智能电视机（2）正常播放，当想象左手或右手使劲握拳之后，遥控器（1）的显示屏重新开启，并回到SSVEP刺激界面供用户重新选择功能；当用户选择调节音量或者调台界面时，遥控器（1）的显示屏会显示一个相同的3*4的方阵，分别为数字1-9以及“确认”，“重新输入”，“后退”，遥控器（1）的显示屏上方会有一个小方框来显示当前选择的数字，在调台选择模式时，选好台之后用眼睛持续注视“确定”即可完成调台，若输入有误则选择“重新输入”即可，默认是最多输入5个数字，当输入5个数字后用户还没有做出判断，则全部清零重新回到调台选择模式，当用户选好台后，遥控器（1）的显示屏自动回到SSVEP功能选择界面；在音量选择模式里当输入的数值超过100时，默认为100，当用户调音完成后，遥控器（1）的显示屏自动回到SSVEP功能选择界面。
2.根据权利要求1所述的一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，其特征在于：所述的脑电帽（2）的型号为BrainCap MR，脑电连接通道为：采样频率设置为250 Hz, 记录电极为：C1、C3、Cz、Pz、P3、P4、PO3、PO4、PO7、O1、Oz、O2、PO8，参考电极为Cz, 接地电极为FPz, 导联位置符合国际10-20 标准, 实验中保持电极阻抗在5 k 欧姆以下。
3.根据权利要求1所述的一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，其特征在于：所述的遥控器（1）内的脑电信号处理模块采用的是已经封装入通过CCA处理的SSVEP分析程序以及运动想象分析程序的微型处理器。
4.根据权利要求1所述的一种基于SSVEP和运动想象的智能电视遥控方法，其特征在于：所述的遥控器（1）的外壳采用的是软材质的工程塑料，内装有一枚型号为504545，额定容量为1450mah，标准电压为3.7v的锂电池。
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