CN108983972A - 基于笔画与联想的脑控汉字输入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于笔画与联想的脑控汉字输入方法。该方法根据用户的语言习惯和输入上下文动态生成联想汉字集合，与汉字笔画一起构成汉字符号集合，以P300 Speller的方式在屏幕上展示汉字符号集合并加以闪烁。用户观察展示在屏幕上的汉字符号集合，若想要的汉字就在其中则选择它，若想要的汉字不在其中则选择书写它的当前笔画。用户注视选择的符号并集中注意力。计算机在线处理从用户头皮上采集的脑电信号，通过P300成分与闪烁的对应关系判断出用户选择的符号。若用户选择的符号不是一个汉字，则重复以上过程直至选中一个汉字为止。通过该方法，用户可以更有效地依靠大脑意识向计算机输入中文。

Description

基于笔画与联想的脑控汉字输入方法
技术领域
本发明属于生物医学工程与信息技术领域 ，具体涉及一种基于笔画与联想的脑控汉字输入方法。
背景技术
脑机接口是一种新兴技术，涉及了信号处理、神经科学等多门学科。脑机接口的目的是构建一个传递大脑意图的非肌肉信息通路，帮助那些脊髓损伤、脑干中风等身体严重残疾的患者重新获得与外界交流的能力。以事件相关电位为基础的P300 Speller是脑机接口技术的重要应用之一，通过分析用户大脑活动与事件之间的对应关系，可以输出用户选择的字符。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，通过该方法，用户可以依靠大脑意识向计算机输入中文。
本发明采用以下方式实现，基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，包括以下步骤：
步1：计算机根据用户的语言习惯产生一个初始的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成初始的汉字符号集合；
步2：计算机将当前汉字符号集合中的符号展示在屏幕上，并随机闪烁展示在屏幕上的符号；
步3：用户观察屏幕上展示的符号集合，若想要输入的汉字在其中则直接选择它，若想要的汉字不在其中则选择书写汉字的当前笔画；用户注视想要的那个符号并把注意力集中在这个符号上；
步4：计算机在线处理从用户头皮上采集到的脑电信号，根据脑电信号中的P300成分和闪烁的对应关系识别出用户想要选择的符号；
步5：若识别出的符号是一个笔画，则计算机根据输入上下文和用户的语言习惯产生一个新的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成一个新的汉字符号集合，返回步2；否则，转步6；
步6：识别出的符号是一个汉字，完成了一个汉字的输入。
进一步地，所述步1的具体方法为：
计算机依据用户语料库统计出用户使用汉字的频率，选出频率高的汉字构成联想汉字集合；汉字笔画包括横、撇、竖、捺、折五个笔画；计算机把这个联想汉字集合与汉字笔画合并为初始的汉字符号集合。
进一步地，所述步2的具体方法为：
每一轮闪烁，闪烁的次序都随机，每个字符都被闪到一次；目标符号被闪到是一个小概率事件；每次选择一个目标符号需要闪烁多轮。
进一步地，所述步4的具体方法为：
第一步：所有导联的信号减去所有导联的信号均值，以便消除眼动或肌电的不利影响；
第二步：对信号进行带通滤波；
第三步：在P300成分显著的导联上截取每次闪烁时刻至之后一个时间段对应的脑电信号，下采样后将各导联的信号依序拼接为特征向量；
第四步：特征向量送入分类器模型计算得到此次闪烁为目标符号的可能性；
第五步：合成多轮闪烁每个闪烁位置的分类结果，得到每个符号为目标符号的最终可能性，最终可能性最大的符号为用户想要选择的符号。
进一步地，所述步5的具体方法为：
输入上下文指用户为输入一个汉字已输入的笔画；依据这个笔画序列对汉字集合进行筛选，再从中选出用户使用频率高的汉字构成一个新的联想汉字集合。
本发明将笔画、联想与脑机接口技术相结合，为运动功能缺失而脑功能完好的患者提供一种与外界交流的新方式，提高了脑机接口技术的使用价值，对生物医学，康复工程，信息技术的发展有重要意义。
附图说明
图1为本发明的核心流程图。
图2为传统P300 Speller的示意图。
图3为本发明实施例初始的汉字联想集合示意图。
图4为本发明实施例在用户已输入“一”笔画情况下构建的汉字联想集合示意图。
图5为本发明实施例在用户已输入“一”，“丨”笔画序列情况下构建的汉字联想集合示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图2所示，传统的P300 Speller 在屏幕上展示英文符号集合并加以闪烁，用户注视选择的符号并集中注意力，计算机在线处理从用户头皮上采集的脑电信号判断出用户选择的英文符号。
本发明实施例提供一种基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，包含以下步骤：
步1：如图3所示，计算机根据用户的语言习惯产生一个初始的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成初始的汉字符号集合；
步2：计算机将当前汉字符号集合中的符号展示在屏幕上，并随机闪烁展示在屏幕上的符号；
步3：用户观察屏幕上展示的符号集合，想要的汉字不在其中则选择书写汉字的当前笔画“一”；用户注视“一”这个符号并把注意力集中在这个符号上；
步4：计算机在线处理从用户头皮上采集到的脑电信号，根据脑电信号中的P300成分和闪烁的对应关系识别出用户想要选择的符号“一”；
步5：如图4所示，识别出的符号“一”是一个笔画，计算机根据输入上下文和用户的语言习惯产生一个新的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成一个新的汉字符号集合；
步6：计算机将当前汉字符号集合中的符号展示在屏幕上，并随机闪烁展示在屏幕上的符号；
步7：用户观察屏幕上展示的符号集合，想要的汉字不在其中则选择书写汉字的当前笔画“丨”；用户注视“丨”这个符号并把注意力集中在这个符号上；
步8：计算机在线处理从用户头皮上采集到的脑电信号，根据脑电信号中的P300成分和闪烁的对应关系识别出用户想要选择的符号“丨”；
步9：如图5所示，识别出的符号“丨”是一个笔画，计算机根据输入上下文和用户的语言习惯产生一个新的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成一个新的汉字符号集合；
进一步地，所述步1的具体方法为：
计算机依据用户语料库统计出用户使用汉字的频率，选出频率高的汉字构成联想汉字集合；汉字笔画包括横、撇、竖、捺、折五个笔画；计算机把这个联想汉字集合与汉字笔画合并为初始的汉字符号集合。
进一步地，所述步2的具体方法为：
每一轮闪烁，闪烁的次序都随机，每个字符都被闪到一次；目标符号被闪到是一个小概率事件；每次选择一个目标符号需要闪烁多轮。
进一步地，所述步4的具体方法为：
第一步：所有导联的信号减去所有导联的信号均值，以便消除眼动或肌电的不利影响；
第二步：对信号进行带通滤波；
第三步：在P300成分显著的导联上截取每次闪烁时刻至之后800ms时间段对应的脑电信号，下采样后将各导联的信号依序拼接为特征向量；
第四步：特征向量送入分类器模型计算得到此次闪烁为目标符号的可能性；
第五步：合成多轮闪烁每个闪烁位置的分类结果，得到每个符号为目标符号的最终可能性，最终可能性最大的符号“一”为用户想要选择的符号。
进一步地，所述步5的具体方法为：
输入上下文指用户为输入一个汉字已输入的笔画“一”；依据这个笔画序列对汉字集合进行筛选，再从中选出用户使用频率高的汉字构成一个新的联想汉字集合。
进一步地，所述步6的具体方法为：
每一轮闪烁，闪烁的次序都随机，每个字符都被闪到一次；目标符号被闪到是一个小概率事件；每次选择一个目标符号需要闪烁多轮。
进一步地，所述步8的具体方法为：
第一步：所有导联的信号减去所有导联的信号均值，以便消除眼动或肌电的不利影响；
第二步：对信号进行带通滤波；
第三步：在P300成分显著的导联上截取每次闪烁时刻至之后800ms时间段对应的脑电信号，下采样后将各导联的信号依序拼接为特征向量；
第四步：特征向量送入分类器模型计算得到此次闪烁为目标符号的可能性；
第五步：合成多轮闪烁每个闪烁位置的分类结果，得到每个符号为目标符号的最终可能性，最终可能性最大的符号“丨”为用户想要选择的符号。
进一步地，所述步9的具体方法为：
输入上下文指用户为输入一个汉字已输入的笔画“一”，“丨”；依据这个笔画序列对汉字集合进行筛选，再从中选出用户使用频率高的汉字构成一个新的联想汉字集合。
以上仅为本发明的较佳实施方式，不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，其特征在于，包括以下步骤：
步1：计算机根据用户的语言习惯产生一个初始的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成初始的汉字符号集合；
步2：计算机将当前汉字符号集合中的符号展示在屏幕上，并随机闪烁展示在屏幕上的符号；
步3：用户观察屏幕上展示的符号集合，若想要输入的汉字在其中则直接选择它，若想要的汉字不在其中则选择书写汉字的当前笔画；用户注视想要的那个符号并把注意力集中在这个符号上；
步4：计算机在线处理从用户头皮上采集到的脑电信号，根据脑电信号中的P300成分和闪烁的对应关系识别出用户想要选择的符号；
步5：若识别出的符号是一个笔画，则计算机根据输入上下文和用户的语言习惯产生一个新的联想汉字集合，与汉字笔画一起形成一个新的汉字符号集合，返回步2；否则，转步6；
步6：识别出的符号是一个汉字，完成了一个汉字的输入。
2.根据权利要求1所述的基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，其特征在于，所述步1的具体方法为：
计算机依据用户语料库统计出用户使用汉字的频率，选出频率高的汉字构成联想汉字集合；汉字笔画包括横、撇、竖、捺、折五个笔画；计算机把这个联想汉字集合与汉字笔画合并为初始的汉字符号集合。
3.根据权利要求1所述的基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，其特征在于，所述步2的具体方法为：
每一轮闪烁，闪烁的次序都随机，每个字符都被闪到一次；目标符号被闪到是一个小概率事件；每次选择一个目标符号需要闪烁多轮。
4.根据权利要求1所述的基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，其特征在于，所述步4的具体方法为：
第一步，所有导联的信号减去所有导联的信号均值，以便消除眼动或肌电的不利影响；
第二步，对信号进行带通滤波；
第三步，在P300成分显著的导联上截取每次闪烁时刻至之后一个时间段对应的脑电信号，下采样后将各导联的信号依序拼接为特征向量；
第四步，特征向量送入分类器模型计算得到此次闪烁为目标符号的可能性；
第五步，合成多轮闪烁每个闪烁位置的分类结果，得到每个符号为目标符号的最终可能性，最终可能性最大的符号为用户想要选择的符号。
5.根据权利要求1所述的基于笔画与联想的脑控汉字输入方法，其特征在于，所述步5中计算机根据输入上下文和用户的语言习惯产生一个新的联想汉字集合，具体方法为：
输入上下文指用户为输入一个汉字已输入的笔画；依据这个笔画序列对汉字集合进行筛选，再从中选出用户使用频率高的汉字构成一个新的联想汉字集合。
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