CN111897414B - 控制物体速度的方法、系统及电子设备 - Google Patents

控制物体速度的方法、系统及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种控制物体速度的方法，包括：获取控制者当前的脑电波信号；根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令；根据确定的速度控制指令，控制物体的速度。相应地，还提供一种控制物体速度的系统及一种电子设备。该方法能实现利用意念控制物体的速度。

Description

控制物体速度的方法、系统及电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种控制物体速度的方法、系统及电子设备。
背景技术
意念控制，指利用人类的脑电波进行操控。目前，利用脑电波控制虚拟现实中的物体的技术有所发展，未有利用脑电波控制物体速度方面的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种控制物体速度的方法、系统及电子设备，以实现利用脑电波能够控制物体的速度。
第一方面，本发明实施例提供一种控制物体速度的方法，包括：获取控制者当前的脑电波信号；根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令；根据确定的速度控制指令，控制物体的速度。
优选地，所述速度控制指令包括加速控制指令、减速控制指令和匀速控制指令；所述根据获取的脑电波中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令，具体包括：获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，其中，第一时刻小于第二时刻：当判断第二时刻的贝塔脑波占比大于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为加速控制指令；当判断第二时刻的贝塔脑波占比小于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为减速控制指令；当判断第二时刻的贝塔脑波占比等于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为匀速控制指令。
优选地，所述根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令，具体包括：根据以下公式计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻，根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度。
优选地，所述根据确定的速度控制指令，控制物体的速度，具体包括：根据加速控制指令，控制物体做加速运动，且控制物体的运动速度等于加速控制指令中的目标速度；或者，根据减速控制指令，控制物体做减速运动，且控制物体的运动速度等于减速控制指令中的目标速度；或者，根据匀速控制指令，控制物体做匀速运动，且控制物体的运动速度等于匀速控制指令中的目标速度。
第二方面，本发明实施例提供一种控制物体速度的系统，包括信号获取装置、信号处理装置和控制装置。信号获取装置，用于获取控制者当前的脑电波信号；信号处理装置，与信号获取装置连接，用于根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令；控制装置，与信号处理装置连接，用于根据确定的速度控制指令，控制物体的速度。
优选地，信号获取装置包括脑电传感器。
优选地，信号处理装置与脑电传感器之间使用蓝牙连接、有线连接或无线连接。速度控制指令包括加速控制指令、减速控制指令和匀速控制指令。信号处理装置包括判断模块和确定模块。判断模块，用于获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，其中，第一时刻小于第二时刻；确定模块，与判断模块连接，用于根据判断模块的判断结果确定相应的速度控制指令：当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比大于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为加速控制指令；当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比小于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为减速控制指令；当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比等于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为匀速控制指令。
优选地，确定模块包括计算单元。计算单元，与判断模块连接，用于根据以下公式计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻，以及，用于根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度。
优选地，控制装置具体用于，根据加速控制指令，控制物体做加速运动，且控制物体的运动速度等于加速控制指令中的目标速度；或者，根据减速控制指令，控制物体做减速运动，且控制物体的运动速度等于减速控制指令中的目标速度；或者，根据匀速控制指令，控制物体做匀速运动，且控制物体的运动速度等于匀速控制指令中的目标速度。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现如第一方面中所述的控制物体速度的方法。
本发明实施例提供的控制物体速度的方法、系统及电子设备中，根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况以确定速度控制指令，进而根据速度控制指令相应控制物体的速度。
附图说明
图1：为本发明实施例1的一种控制物体速度的方法流程图；
图2：为本发明实施例2的一种控制物体速度的系统的结构图；
图3：为本发明实施例3的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的控制物体速度的方法、系统及电子设备作进一步详细描述。
实施例1：
脑电研究指出脑电波的频率主要分为以下几种：
(1)α(阿尔法)脑波在大脑中有时出现，有时消失，它并不总是存在。例如，在深睡情况下没有α波；在激动，或恐惧，愤怒时，大脑中也没有α脑波。α脑波在初睡或初醒时出现(即半睡半醒时)，此时身体处于放松状态，并有自觉的警觉意识，频段为8～13Hz。
(2)δ(德尔塔)脑波只在深睡时出现，频段为1～3Hz。
(3)θ(西塔)脑波在浅睡时出现，频段为4～7Hz。
(4)β(贝塔)脑波在清醒时出现，伴有需努力能够达到的注意力集中，频率为14～30Hz。
(5)γ(伽马)脑波在觉醒且非常专注的情况下出现，频率为30Hz以上。
本申请的发明人发现，由于控制者在需要用脑电波控制物体时，需逐渐达到注意力集中的状态，因此，在此过程中，贝塔脑波出现的比例会不断增加，而随着注意力的分散，贝塔脑波出现的比例就会下降，因此可以利用贝塔脑波在脑电波中的占比(对应意念中注意力的集中程度)来控制物体的运动速度，基于该原理本实施例提供一种控制物体速度的方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101，获取控制者当前的脑电波信号。
具体的，本实施例中，通过特殊的电极获取控制者的左前额与右前额的生物电信号，对获取的生物电信号进行信号采集、放大处理、滤波、A/D转换操作后，从生物电信号中获取有效的脑电波信号，形成脑电波形，从而实时获取到控制者当前的脑电波信号。需要说明的是，在未检测到有效脑电波信号时，脑电波形显示为一条直线，以及在控制者佩戴脑电波信号获取装置后，电极与皮肤之间有一个极化的过程(与皮肤状态有关，干燥的皮肤可能需要更长的极化时间，约为30s～1min)，极化期间存在一定的噪声，可能导致脑电波形显示为直线，极化完成后显示波形。在波形稳定后，执行步骤102。
步骤102，根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令。其中，速度控制指令包括加速控制指令、减速控制指令和匀速控制指令。
具体地，获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，其中，第一时刻小于第二时刻：
当判断第二时刻的贝塔脑波占比大于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为加速控制指令；当判断第二时刻的贝塔脑波占比小于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为减速控制指令；当判断第二时刻的贝塔脑波占比等于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为匀速控制指令。
本实施例中，由于控制者在专注状态下的脑电波能量比例中，β(贝塔)脑波比例会不断增加，即能检测到14～30Hz的脑电波比例不断增加，且在同一时刻，可能存在多个不同种类的脑波。因此，通过对获取的脑电波信号进行特征提取、识别、并对不同频率的脑电波进行分类，以获取到不同时刻的脑电波信号中的贝塔脑波的占比。进一步地，获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，根据判断结果确定相应的速度控制指令。其中，第一时刻和第二时刻的取值可根据用户需求进行设置。例如，设置周期T为1秒，以周期性获取脑电波信号中的贝塔脑波的占比，并判断相邻时刻的贝塔脑波占比的大小。若获取到第1秒时的贝塔脑波的占比为20％，第2秒时的贝塔脑波的占比为50％，第3秒时的贝塔脑波的占比为60％，判断结果为第2秒时的贝塔脑波占比大于第1秒时的贝塔脑波占比，因此，确定速度控制指令为加速控制指令，以控制物体在第2秒至第3秒的时段内，进行加速。继而判断第2秒和第3秒时的贝塔脑波的占比情况，确定速度控制指令仍为加速控制指令，以控制物体在第3秒至第4秒的时段内，仍进行加速。当设置的周期取值趋于无穷小，且数据传输时长可忽略不计的情况下，本实施例实现的是实时控制物体的速度。
可选地，根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令，具体包括：根据公式(1)计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻。
根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：
当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度。其中，根据加速度a和公式(2)确定相应速度控制指令中的目标速度：
Vt＝V0+at (2)
其中，Vt表示目标速度，V0表示物体的初始速度，a表示加速度，t表示时间。
本实施例中，示例数据同上所述，若获取到第1秒时的贝塔脑波的占比为20％，第2秒时的贝塔脑波的占比为50％，且物体的初始速度为n，则根据公式(1)计算出加速度：
确定速度控制指令为加速控制指令，且根据公式(2)确定目标速度：
Vt＝n+0.3t
以控制物体在第2秒至第3秒的时段内，加速度为0.3，且按照目标速度Vt进行加速。继而获取第3秒时刻的速度则成为第3秒至第4秒的时段内的物体的初始速度。需要说明的是，本实施例中采用现有技术获取每个时段的物体的初始速度V0，且本实施例中的速度可以是线速度，也可以是角速度，当物体做直线运动时，如飞行器的直线飞行，对应的速度为线速度，加速度为线速度的加速度。当物体做旋转运动时，如电机的转动，对应的速度为角速度，加速度为角加速度，根据不同的应用场景设置加速度的单位。本实施例中的控制物体速度包括控制现实物体的速度，如控制鼠标的速度，或控制虚拟物体的速度，如控制虚拟现实中的游戏人物的速度。当某时段内的速度控制指令为匀速控制指令时，确定的目标速度为该时段内物体的初始速度。本实施例可实现根据控制者的脑电波中贝塔脑波的占比变化率，精确控制物体的目标速度。
由于一段时长区间内能检测到多个不同种类的脑波。可选地，上述实施例中的第一时刻和第二时刻分别可以替换为具有相同起始时刻的第一预设时长和第二预设时长，且第二预设时长大于第一预设时长，则本实施例获取第一预设时长贝塔脑波占比和第二预设时长贝塔脑波占比，并根据两种贝塔脑波占比采用公式(1)计算出加速度，进而确定相应的速度控制指令和目标速度。例如，第一预设时长为1秒，第二预设时长为2秒，且起始时刻均为t0，仍可以使用以上公式(1)计算加速度，使用公式(2)确定目标速度。本实施例实现的是根据控制者一段时长内的脑电波信号对被控物体进行速度控制。
步骤103，根据确定的速度控制指令，控制物体的速度。具体包括：根据加速控制指令，控制物体做加速运动，且控制物体的运动速度等于加速控制指令中的目标速度；或者，根据减速控制指令，控制物体做减速运动，且控制物体的运动速度等于减速控制指令中的目标速度；或者，根据匀速控制指令，控制物体做匀速运动，且控制物体的运动速度等于匀速控制指令中的目标速度。
本实施例提供的控制物体速度的方法中，通过获取控制者当前的脑电波信号，并对获取的脑电波信号进行实时的分析处理，以获取脑电波信号中贝塔脑波的占比情况，进而根据贝塔脑波的占比情况确定速度控制指令，从而控制物体的速度。此外，根据获取的贝塔脑波的占比及公式(1)计算被控物体的加速度，根据加速度确定相应的速度控制指令及目标速度，从而根据贝塔脑波的占比变化率精确控制物体的速度。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供一种控制物体速度的系统，包括信号获取装置21、信号处理装置22和控制装置23。
信号获取装置21，用于获取控制者当前的脑电波信号。其中，信号获取装置21包括脑电传感器。
信号处理装置22，与信号获取装置21连接，用于根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令。信号处理装置22与信号获取装置21(脑电传感器)之间使用蓝牙连接、有线连接或无线连接。信号处理装置22可以是主机或其他具有计算、存储功能的终端，如智能手机、平板电脑。速度控制指令包括加速控制指令、减速控制指令和匀速控制指令。
可选地，信号处理装置22包括判断模块和确定模块。
判断模块，与信号获取装置21(脑电传感器)连接，用于获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，其中，第一时刻小于第二时刻。
确定模块，与判断模块连接，用于根据判断模块的判断结果确定相应的速度控制指令：当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比大于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为加速控制指令；当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比小于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为减速控制指令；当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比等于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为匀速控制指令。
可选地，确定模块包括计算单元。
计算单元，与判断模块连接，用于根据以下公式(1)计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻，以及，
用于根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度。其中，计算单元用于根据公式(2)确定相应速度控制指令的目标速度。
控制装置23，与信号处理装置22连接，用于根据确定的速度控制指令，控制物体的速度。控制器与信号处理装置22之间可使用蓝牙连接、有线连接或无线连接。
具体地，控制装置23用于根据加速控制指令，控制物体做加速运动，且控制物体的运动速度等于加速控制指令中的目标速度；或者，根据减速控制指令，控制物体做减速运动，且控制物体的运动速度等于减速控制指令中的目标速度；或者，根据匀速控制指令，控制物体做匀速运动，且控制物体的运动速度等于匀速控制指令中的目标速度。
实施例3：
如图3所示，本实施例提供一种电子设备，包括存储器31和处理器32，所述存储器31中存储有计算机程序，所述处理器32被设置为运行所述计算机程序以实现实施例1中所述的控制物体速度的方法。
其中，存储器31与处理器32连接，存储器31可采用闪存或只读存储器或其他存储器，处理器32可采用中央处理器或单片机。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制物体速度的方法，其特征在于，包括：
获取控制者当前的脑电波信号；
根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令；
根据确定的速度控制指令，控制物体的速度，
所述根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令，具体包括：
根据以下公式计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻，第一时刻和第二时刻分别替换为具有相同起始时刻的第一预设时长和第二预设时长，
根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：
当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；
当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；
当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度，
其中，根据加速度a和以下公式确定相应速度控制指令中的目标速度：
Vt＝V0+at
Vt表示目标速度，V0表示物体的初始速度，a表示加速度，t表示时间。
2.根据权利要求1所述的控制物体速度的方法，其特征在于，所述速度控制指令包括加速控制指令、减速控制指令和匀速控制指令；
所述根据获取的脑电波中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令，具体包括：
获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，其中，第一时刻小于第二时刻：
当判断第二时刻的贝塔脑波占比大于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为加速控制指令；
当判断第二时刻的贝塔脑波占比小于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为减速控制指令；
当判断第二时刻的贝塔脑波占比等于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为匀速控制指令。
3.根据权利要求1所述的控制物体速度的方法，其特征在于，所述根据确定的速度控制指令，控制物体的速度，具体包括：
根据加速控制指令，控制物体做加速运动，且控制物体的运动速度等于加速控制指令中的目标速度；
或者，根据减速控制指令，控制物体做减速运动，且控制物体的运动速度等于减速控制指令中的目标速度；
或者，根据匀速控制指令，控制物体做匀速运动，且控制物体的运动速度等于匀速控制指令中的目标速度。
4.一种控制物体速度的系统，其特征在于，包括信号获取装置、信号处理装置和控制装置，
信号获取装置，用于获取控制者当前的脑电波信号；
信号处理装置，与信号获取装置连接，用于根据获取的脑电波信号中贝塔脑波的占比情况来确定速度控制指令；
控制装置，与信号处理装置连接，用于根据确定的速度控制指令，控制物体的速度，
信号处理装置，用于根据以下公式计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻，第一时刻和第二时刻分别替换为具有相同起始时刻的第一预设时长和第二预设时长，
根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：
当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；
当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；
当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度，
其中，根据加速度a和以下公式确定相应速度控制指令中的目标速度：
Vt＝V0+at
Vt表示目标速度，V0表示物体的初始速度，a表示加速度，t表示时间。
5.根据权利要求4所述的控制物体速度的系统，其特征在于，信号获取装置包括脑电传感器。
6.根据权利要求5所述的控制物体速度的系统，其特征在于，信号处理装置与脑电传感器之间使用蓝牙连接、有线连接或无线连接，
速度控制指令包括加速控制指令、减速控制指令和匀速控制指令，信号处理装置包括判断模块和确定模块，
判断模块，用于获取第一时刻和第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，并判断所获取的第一时刻和第二时刻的贝塔脑波占比的大小，其中，第一时刻小于第二时刻，
确定模块，与判断模块连接，用于根据判断模块的判断结果确定相应的速度控制指令：
当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比大于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为加速控制指令；
当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比小于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为减速控制指令；
当判断结果为第二时刻的贝塔脑波占比等于第一时刻的贝塔脑波占比时，确定速度控制指令为匀速控制指令。
7.根据权利要求6所述的控制物体速度的系统，其特征在于，确定模块包括计算单元，
计算单元，与判断模块连接，用于根据以下公式计算加速度：
其中，a表示加速度，b％表示第二时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，c％表示第一时刻的脑电波信号中的贝塔脑波占比，t2表示第二时刻，t1表示第一时刻，以及，
用于根据计算得到的加速度确定速度控制指令及目标速度：
当a＞0时，确定速度控制指令为加速控制指令，并根据加速度a确定加速控制指令中的目标速度；
当a＜0时，确定速度控制指令为减速控制指令，并根据加速度a确定减速控制指令中的目标速度；
当a＝0时，确定速度控制指令为匀速控制指令，并确定匀速控制指令中的目标速度。
8.根据权利要求7所述的控制物体速度的系统，其特征在于，控制装置具体用于，根据加速控制指令，控制物体做加速运动，且控制物体的运动速度等于加速控制指令中的目标速度；
或者，根据减速控制指令，控制物体做减速运动，且控制物体的运动速度等于减速控制指令中的目标速度；
或者，根据匀速控制指令，控制物体做匀速运动，且控制物体的运动速度等于匀速控制指令中的目标速度。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。
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