KR101400141B1 - half-field SSVEP based BCI System and motion method Thereof - Google Patents
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Abstract
BCI 기반의 SSVEP 시스템 및 이의 동작 방법을 개시한다. 상기 BCI 기반의 SSVEP 시스템은 사용자의 후두엽에 부착되어 뇌파 신호를 측정하도록 EEG 감지 전극부; 복수 개의 문자 및 숫자인 시선 응시 타겟들이 배열되며, 상기 시선 응시 타겟들 중 2개 사이에 구비되어, 서로 다른 주파수로 점멸되는 복수 개의 시각 자극기가 구비된 타겟 응시부; 및 사용자가 상기 타겟 응시부 내에 구비된 타겟들 각각을 응시함에 따라 상기 EEG 감지 전극부로부터 출력되는 뇌파 신호를 분류하여 처리하는 처리부를 포함한다.A BCI-based SSVEP system and its operating method are disclosed. The BCI-based SSVEP system includes an EEG sensing electrode unit for attaching to a user's occipital lobe and measuring an EEG signal; A target examining unit including a plurality of visual stimulators arranged between two of the visual target targets and blinking at different frequencies; And a processing unit for classifying and processing the EEG signal output from the EEG sensing electrode unit as the user gazes at each of the targets provided in the target examination unit.
Description
본 발명은 사용자가 직접적인 시각 자극기 응시 없이도 SSVEP 신호를 획득 할 수 있는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 BCI 기술이 필요한 lock-in syndrome 환자들에게 적용하여 장시간 사용시 피로도와 간질의 위험성을 줄여 장시간 사용 가능하게 할 뿐만 아니라 시각 자극기의 조합을 통해서 한정된 주파수로 여러 개의 명령을 내릴 수 있는 좌우 시각경로 차이를 이용한 SSVEP - BCI 시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for acquiring an SSVEP signal without a user's direct visual stimulation, and more particularly, to a patient with a lock-in syndrome requiring BCI technology, thereby reducing the risk of fatigue and epilepsy for a long time, And a SSVEP - BCI system using the left and right visual path differences that can issue multiple commands at a limited frequency through a combination of visual stimulators, and its operation method.
SSVEP(Steady State Visually Evoked Potentials)란 사용자가 특정한 주파수로 깜빡이는 시각 자극기를 응시하고 있을 때 뇌의 시각 중추를 담당하고 있는 후두엽에서 자극기와 동일한 주파수 성분이 뇌전도의 주파수 분석신호에서 나타나는 것을 말한다. SSVEP (Steady State Visually Evoked Potentials) refers to the same frequency component as the stimulator in the occipital lobe, which is responsible for the visual center of the brain, when the user is gazing at a visual stimulus that blinks at a specific frequency.
BCI(Brain Computer Interface)란 뇌전도나 NIR 등의 신호를 측정하고 분석하여 사람의 생각이나 의지를 파악하여 외부기기등을 조작하거나 다른 사람들과 의사소통이 가능하게 만드는 시스템을 말한다. BCI (Brain Computer Interface) refers to a system that measures and analyzes signals such as brain conduction and NIR to understand human thoughts and willingness to manipulate external devices and communicate with others.
SSVEP 반응을 BCI 시스템에 적용할 수 있으며 사지마비장애인과 같은 lock-in syndrome 환자들이 자신이 내리고 싶은 명령이 나열되어 있는 모니터나 LED 같은 시각 자극기를 응시하게되면 나타나는 SSVEP 신호를 분석하여 그 환자들의 의지나 생각을 알아낼 수 있다.
The SSVEP response can be applied to the BCI system, and SSVEP signals that occur when patients with lock-in syndrome, such as a limb paralysis patient, take a visual stimulus such as a monitor or LED, I can figure out my thoughts.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래에 사용되는 SSVEP 기반의 BCI는 사용자가 직접 자극기를 응시해야 하기 때문에 쉽게 피로해 질 수 있으며 또한 특정 주파수 영역은 간질의 위험을 높이는 경우도 있기 때문에 환자들이 장시간 사용하기에는 한계가 있어왔다. The problem to be solved by the present invention is that the conventional SSVEP-based BCI can be easily fatigued because the user has to directly look at the stimulator, and in some frequency regions, the risk of epilepsy is increased. There has been a limit to this.
또한 사람의 뇌가 반응하는 주파수 영역이 한정되어 있기 때문에 한정된 주파수 영역 내의 많은 주파수를 동시에 사용할 수 있는 경우 시스템의 전체적인 정확도를 낮추는 원인이 되어 왔다.Also, since the frequency range in which the human brain reacts is limited, it has been the cause of lowering the overall accuracy of the system if many frequencies within a limited frequency range can be used simultaneously.
따라서 본 발명은 BCI 기술이 필요한 lock-in syndrome 환자들에게 적용하여 장시간 시용시 피로도와 간질의 위험성을 줄여 장시간 사용가능하게 할 뿐만아니라 시각 자극기의 조합을 통해서 한정된 주파수로 여려 개의 명령을 내릴 수 있는 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.
Therefore, the present invention can be applied to patients with lock-in syndrome requiring BCI technology to reduce the risk of fatigue and epilepsy for a long period of time and to use them for a long time, as well as to use a combination of visual stimuli A BCI-based SSVEP system using the left and right visual path differences, and an operation method thereof.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 좌우 측정 경로를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템은 사용자의 후두엽에 부착되어 뇌파 신호를 측정하도록 EEG 감지 전극부; 복수 개의 문자 및 숫자인 시선 응시 타겟들이 배열되며, 상기 시선 응시 타겟들 중 2개 사이에 구비되어, 서로 다른 주파수로 점별되는 복수 개의 시각 자극기가 구비된 타겟 응시부; 및 사용자가 상기 타겟 응시부 내에 구비된 타겟들 각각을 응시함에 따라 상기 EEG 감지 전극부로부터 출력되는 뇌파 신호를 분류하여 처리하는 처리부를 포함한다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a BCI-based SSVEP system using an EEG sensing electrode unit for measuring an EEG signal attached to a user's occipital lobe. A target examining unit comprising a plurality of visual stimulators arranged between two of the visual target targets, the visual stimulating targets being arranged in a plurality of letters and numerals; And a processing unit for classifying and processing the EEG signal output from the EEG sensing electrode unit as the user gazes at each of the targets provided in the target examination unit.
상기 EEG 감지 전극부는, 건식 전극 또는 습식 전극 중 어느 하나의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The EEG sensing electrode unit may include one of a dry electrode and a wet electrode.
상기 처리부는, 프로세서; 상기 EEG 감지 전극으로부터 출력되는 뇌파 신호를 저장하는 복수 개의 레지스터가 배열된 저장부; 및 상기 프로세서를 통해 상기 저장부로부터 출력되는 데이타를 표시하는 디스플레이부를 포함하며, 상기 프로세서는, 사용자가 응시한 타겟에 상응하는 상기 뇌파 신호에 따라 상기 저장부에 저장된 데이타를 출력하도록 동작되며, 상기 저장부는 상기 타겟들의 수와 동일한 갯수의 레지스터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
The processor comprising: a processor; A storage unit in which a plurality of registers for storing EEG signals output from the EEG sensing electrodes are arranged; And a display unit for displaying data output from the storage unit through the processor, wherein the processor is operative to output data stored in the storage unit in accordance with the brain wave signal corresponding to a target that the user has performed, And the storage unit is provided with the same number of registers as the number of the targets.
상기 EEG 감지 전극부는 적어도 2개 이상의 뇌파 전극 센서가 사용자의 시각 중추 영역에 가로 길이 방향으로 부착되는 것을 특징으로 한다.
The EEG sensing electrode unit is characterized in that at least two brain wave electrode sensors are attached to the visual center region of the user in the transverse direction.
상기 복수 개의 시각 자극기들 각각은, 서로 다른 색의 LED 광원인 것을 특징으로 한다.
And each of the plurality of visual stimulators is an LED light source of a different color.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 좌우 시각경로 차이에 따른 BCI 기반의 SSVEP-BIC 시스템 동작 방법은 타겟 응시부에 배열된 시선 응시 타겟들 중 어느 하나를 응시하는 타겟 응시 단계; 상기 시선 응시 타겟에 따른 뇌전도 신호를 EEG 감지 전극부에서 측정하는 뇌전도 신호 측정 단계; 상기 측정된 뇌전도 신호를 레지스트리에 저장시키는 저장 단계; 상기 타겟 응시부에 배열된 시선 응시 타겟들 갯수 만큼 상기 타겟 응시 단계 내지 상기 저장 단계를 반복하여 패턴을 인식하는 단계; 및 상기 패턴 인식이 완료된 후, 사용자가 응시한 응시 타겟에 상응하는 데이타를 프로세서를 통해 저장부에서 출력하여 디스플레이시키는 표시 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for operating a BCI-based SSVEP-BIC system according to an embodiment of the present invention includes: a target gazing step of gazing at one of gaze gazing targets arranged in a target gaze unit; Measuring an electroencephalogram signal according to the gaze target at the EEG sensing electrode; A storage step of storing the measured electroencephalogram signal in a registry; Recognizing a pattern by repeating the target viewing step and the storing step by the number of gazing targets arranged in the target gazing unit; And a display step of outputting data corresponding to the target to be examined by the user through the processor and displaying the data after the pattern recognition is completed.
본 발명에 따르면 사용자가 시작 자극기를 직접적으로 응시하지 않아도 SSVEP 신호를 획득하여 BCI에 적용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the SSVEP signal can be acquired and applied to the BCI even if the user does not directly look at the start stimulator.
또한, 시각 자극기의 직접적인 응시를 피함으로 장시간 사용에 따른 눈의 피로도와 간질의 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, by avoiding the direct gaze of the visual stimulator, it is possible to reduce the risk of eye fatigue and epilepsy due to long-term use.
또한 제한된 주파수 조합을 이용하여 많은 타겟을 만들어 낼 수 있는 효과가 있다.
In addition, there is an effect that many targets can be created by using a limited frequency combination.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 사람의 후두엽 영역 중 EEG 감지 전극부가 O1 및 O2 영역에 부착되는 것을 보여주는 예시도이다.
도 3은 좌우 시각 경로를 각각의 다른 주파수로 자극을 하면서 사용자가 원하는 명령을 내릴 수 있게 하는 자극기의 예시도이다.
도 4a 내지 도 4d은 시각 자극기의 위치에 따라 후두엽의 O1 영역 및 O2 영역에서 측정되는 뇌파 신호의 예를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.1 is a block diagram illustrating a BCI-based SSVEP system using right and left visual path differences according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view showing that the EEG sensing electrode portion of the human occipital region is attached to the O1 and O2 regions.
3 is an illustration of a stimulator that allows a user to make a desired command while stimulating the left and right visual pathways at different frequencies.
4A to 4D are graphs showing examples of EEG signals measured in the O1 and O2 regions of the occipital lobes according to the position of the visual stimulator.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation method of a BCI-based SSVEP system using the left and right visual path differences shown in FIG.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
Specific structural and functional descriptions of embodiments according to the concepts of the present invention disclosed in this specification or application are merely illustrative for the purpose of illustrating embodiments in accordance with the concepts of the present invention, The examples may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein or in the application.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It should be understood, however, that the embodiments according to the concepts of the present invention are not intended to be limited to any particular mode of disclosure, but rather all variations, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
The terms first and / or second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be referred to as a first component second component only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, The two components can also be named as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합하는 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, , Steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, as a matter of principle, without departing from the spirit and scope of the invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템을 나타낸 블럭도이다. 도 2는 사람의 후두엽 영역 중 EEG 감지 전극부가 O1 및 O2 영역에 부착되는 것을 보여주는 예시도이며, 도 3은 좌우 시각 경로를 각각의 다른 주파수로 자극을 하면서 사용자가 원하는 명령을 내릴 수 있게 하는 자극기의 예시도이다.
1 is a block diagram illustrating a BCI-based SSVEP system using right and left visual path differences according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exemplary view showing that the EEG sensing electrode portion of the human occipital region is attached to the O1 and O2 regions, and FIG. 3 is a diagram showing an example in which a stimulus Fig.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템은(100) EEG 감지 전극부(140), 타겟 응시부(110), 처리부(120) 및 표시부(130)를 포함한다.1, the BCI-based SSVEP system using the left and right visual path differences of the present invention includes a (100) EEG
상기 EEG 감지 전극부(140)는 사용자의 후두엽에 부착되어 뇌파 신호를 측정하는 기능을 수행하며, 보다 상세하게는 제1 감지 전극부(141) 및 제2 감지 전극부(142)가 구비되며, 상기 제1 감지 전극부(141)는 사용자가 응시하는 오른쪽의 시선에 상응하는 SSVEP 신호를 감지하는 감지 전극부일 수 있으며, 상기 제2 감지 전극부(142)는 사용자가 응시하는 왼쪽의 시선에 상응하는 SSVEP 신호를 감지하는 감지 전극부일 수 있다.
The EEG
상기 타겟 응시부(110)는 복수 개의 문자(예컨대, 알파벳 등) 및 숫자(예컨대 아라비아 숫자)인 시선 응시 타겟들이 배열되며, 상기 시선 응시 타겟들 중 2개의 시선 응시 타겟 사이에 구비되어, 서로 다른 주파수로 점별되는 복수 개의 시각 자극기(111)가 구비된다.
The
상기 처리부(120)는 사용자가 상기 타겟 응시부(110) 내에 구비된 시선 응시 타겟들 각각을 응시함에 따라 상기 EEG 감지 전극부로부터 출력되는 뇌파 신호를 분류하여 처리하는 기능을 수행한다.
The
여기서, 상기 사용자는 숫자를 직접적으로 응시하게 되며, 응시하는 동안, 시각 자극기의 점멸되는 주파수에 따라 해당 문자 또는 숫자에 상응하는 SSVEP 신호가 발생하게 된다.Here, the user directly looks at the number. During the gaze, the SSVEP signal corresponding to the corresponding letter or number is generated according to the blinking frequency of the visual stimulator.
보다 구체적으로, 상기 EEG 감지 전극부는 건식 전극 또는 습식 전극 중 어느 하나의 전극일 수 있으며, 각 전극은 은-염화은(Ag-AgCl) 전극일 수 있다.
More specifically, the EEG sensing electrode unit may be either a dry electrode or a wet electrode, and each electrode may be a silver-silver chloride (Ag-AgCl) electrode.
상기 처리부(120)는 신호 처리부(121) 및 데이터베이스(122)를 포함한다.The
상기 신호 처리부(121)는 증폭부, 제1 필터부, A/D 컨버터, 제2 필터부를 포함한다.The
상기 증폭부는 EEG 감지 전극부에서 감지된 EEG 신호를 증폭하는 기능을 수행한다.The amplifying unit amplifies the EEG signal sensed by the EEG sensing electrode unit.
상기 제1 필터부는 상기 증폭부에서 증폭된 EEG 신호를 필터링하는 기능을 수행한다.The first filter unit filters the EEG signal amplified by the amplification unit.
상기 A/D 컨버터는 상기 제1 필터부에서 필터링된 아날로그 신호인 EEG 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다.The A / D converter converts the EEG signal, which is an analog signal filtered by the first filter unit, into a digital signal.
상기 제2 필터부는 상기 A/D 컨버터를 통해 변환된 EOG 디지털 신호를 필터링하는 기능을 수행하여, 상기 데이터베이스로 출력하는 기능을 수행한다.
The second filter unit performs a function of filtering the EOG digital signal converted through the A / D converter, and outputs the EOG digital signal to the database.
상기 증폭부는 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함하며 상기 제1 증폭기는 상기 제1 감지 전극에서 측정된 제1 EEG 신호를 수신하여 증폭하며, 상기 제2 증폭기는 상기 제2 감지 전극에서 측정된 제2 EEG 신호를 수신하여 증폭한다.Wherein the amplifying unit includes a first amplifier and a second amplifier, wherein the first amplifier receives and amplifies a first EEG signal measured at the first sensing electrode, and the second amplifier amplifies the first EEG signal measured at the second sensing electrode 2 EEG signal is received and amplified.
상기 제1 및 제2 증폭기 각각은 고 입력 임피던스와 높은 공통 모드 제거비(Common Mode Rejection Ratio; CMRR)을 갖도록 설계된다.Each of the first and second amplifiers is designed to have a high input impedance and a high common mode rejection ratio (CMRR).
상기 제1 필터부는 밴드 패스 영역보다 낮은 주파수 대역을 제거하는 적어도 하나 이상의 저 대역 통과 필터(Low pass Filter; LPF) 및 밴드 패스 영역보다 높은 주파수 대역을 제거하는 적어도 하나 이상의 고 대역 통과 필터(High pass Filter; HPF)를 포함한다.
The first filter unit may include at least one low pass filter (LPF) that removes a lower frequency band than a band pass region, and at least one high pass filter that removes a higher frequency band than the band pass region. Filter (HPF).
상기 제2 필터부는 밴드 패스 영역보다 낮은 주파수 대역을 제거하는 적어도 하나 이상의 디지털 저 대역 통과 필터(Digital Low pass Filter; DLPF) 및 밴드 패스 영역보다 높은 주파수 대역을 제거하는 적어도 하나 이상의 디지털 고 대역 통과 필터(Digital High pass Filter; DHPF)를 포함할 수 있다.Wherein the second filter unit includes at least one digital low pass filter (DLPF) for removing a frequency band lower than a band pass region, and at least one digital high pass filter (Digital High Pass Filter) (DHPF).
상기 데이터베이스(122)는 상기 제1 및 제2 감지 전극들(141, 142) 각각으로부터 출력되는 뇌파(EEG) 신호를 저장하도록 복수 개의 레지스터(미도시)가 구비된다.The
상기 표시부(130)는 상기 신호 처리부(121)를 통해 상기 데이터베이스로부터 출력되는 데이타를 표시하는 기능을 수행한다.The
여기서, 상기 신호 처리부(121)는 프로세서를 구비할 수 있으며, 상기 프로세서는 사용자가 응시한 타겟에 상응하는 상기 뇌파 신호에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 데이타를 출력하도록 동작되며, 상기 데이터베이스(122)는 상기 타겟들의 수와 동일한 갯수의 레지스터가 구비되도록 설계된다.
Here, the
도 2를 참조하면, 본원 발명의 EEG 감지 전극부(140)는 사람의 후두엽의 영역 중 O1 영역 및 O2 영역에 구비될 수 있으며, 상기 O1 영역 및 O2 영역은 시각의 좌우 경로를 충추 역할을 하는 영역이다.Referring to FIG. 2, the EEG
도 3을 참조하면, 타겟들 좌우에 구비된 시각 자극기들(Left, Right Visual Stimulator)는 일정한 주파수로 깜박이게 되며 서로 다른 주파수로 깜박이게 된다.Referring to FIG. 3, the left and right visual stimulators provided on the left and right sides of the targets blink at a constant frequency and blink at different frequencies.
예를 들어 “Light Off” 명령을 내리고 싶다면 사용자는 시각 자극기가 아닌 “Light Off” 라는 글자를 응시한다. 사용자가 "Light Off" 글자를 응시하게 되면, 사용자의 뇌전도 신호를 뇌의 시각 중추인 O1과 O2영역에서 측정한다. For example, if you want to issue a "Light Off" command, the user strikes the "Light Off" character instead of the visual stimulator. When the user strikes the letter "Light Off", the user's EEG signal is measured in the O1 and O2 regions of the brain's visual backbone.
측정된 신호들은 처리부 내에 수신되어 타겟에 따른 주파수별로 분류된다. 시신경 교차에 의해서 O1영역에서 Right visual field의 주파수가 검출되며 O2영역에서는 Left visual field의 주파수가 검출된다.
The measured signals are received in the processing unit and classified according to the frequency according to the target. The right visual field frequency is detected in the O1 region and the left visual field frequency is detected in the O2 region by the optic crossing.
예를 들어 “Light Off”라는 글자를 사용자가 응시하고 있고 왼쪽 Visual Stimulator에서는 12Hz, 오른쪽 Visual Stimulator에서는 21Hz로 깜박이고 있다면 사용자의 O1 영역에서는 21Hz의 주파수가 검출되고 O2 영역에서는 12Hz의 주파수 성분이 상대적으로 높게 검출되게 된다.For example, if the user is looking at the letter "Light Off" and is blinking at 12 Hz in the left visual stimulator and 21 Hz in the right visual stimulator, the frequency of 21 Hz is detected in the user's O1 region and the frequency component of 12 Hz in the O2 region is relatively As shown in FIG.
이러한 주파수 분류 및 분석을 통해 사용자가 응시하고 있는 타겟을 알아 낼 수 있는 과정을 수행하게 된다.
Through this frequency classification and analysis, the user is able to identify the target he or she is looking at.
도 4a 내지 도 4d은 시각 자극기의 위치에 따라 후두엽의 O1 영역 및 O2 영역에서 측정되는 뇌파 신호의 예를 보여주는 그래프이다.4A to 4D are graphs showing examples of EEG signals measured in the O1 and O2 regions of the occipital lobes according to the position of the visual stimulator.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 시각 자극기를 이용하여 사용자가 가운데 있는 "+" 타겟을 응시하고 있는 상태에서 왼쪽과 오른쪽의 시각 자극기의 점멸 주파수를 변경했을 경우의 결과들이다.Referring to FIGS. 4A to 4D, there are the results when the user uses the visual stimulator to change the blink frequency of the left and right visual stimulators while gazing at the middle "+" target.
예를 들어, 도 4a에서는 왼쪽 자극기의 신호가 뇌의 오른쪽에서 발생되고 있음을 알 수 있으며, 도 4b에서는 오른쪽 자극기의 신호가 뇌의 왼쪽에서 발생되고 있음을 알 수 있으며, 도 4c 및 4d에서는 왼쪽 시각 자극기는 12Hz로 점멸되고 오른쪽 시각 자극기는 각각 18Hz와 16Hz로 점멸 되는 경우인데, 이 경우 왼쪽의 12Hz 자극이 뇌의 오른쪽 영역에서 상대적으로 높게 나타나며 오른쪽의 18Hz와 16Hz의 자극이 뇌의 왼쪽 영역에서 상대적으로 높게 발생되고 있음 알 수 있다.
For example, in FIG. 4A, it can be seen that a signal of the left stimulator is generated on the right side of the brain. In FIG. 4B, a signal of the right stimulator is generated on the left side of the brain. In FIGS. 4C and 4D, The visual stimulator flickers at 12 Hz and the right visual stimulator flickers at 18 Hz and 16 Hz, respectively. In this case, the left 12 Hz stimulus appears to be relatively high in the right region of the brain, while the stimulation of 18 Hz and 16 Hz on the right side It can be seen that it is relatively high.
도 5는 도 1에 도시된 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation method of a BCI-based SSVEP system using the left and right visual path differences shown in FIG.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 좌우 시각경로 차이를 이용한 BCI 기반의 SSVEP 시스템의 동작 방법(S100)은 타겟 응시 단계(S110), 뇌전도 신호 측정 단계(S120), 저장 단계(S130), 패턴 인식 단계(S140) 및 표시 단계(S150)를 포함한다.5, the operation method (S100) of the BCI-based SSVEP system using the right and left visual path differences includes a target gazing step S110, an EEG signal measuring step S120, a storing step S130, Step S140 and display step S150.
상기 타겟 응시 단계(S110)는 타겟 응시부에 배열된 시선 응시 타겟들 중 어느 하나를 응시하는 단계일 수 있다.The target gazing step (S110) may be a step of gazing on any one of gaze gazing targets arranged in the target gaze section.
상기 뇌전도 신호 측정 단계(S120)는 상기 시선 응시 타겟에 따른 뇌전도 신호를 EEG 감지 전극부에서 측정하는 단계일 수 있다.The EEG signal measuring step S120 may be a step of measuring an EEG signal according to the gaze target at the EEG sensing electrode unit.
상기 저장 단계(S130)는 상기 측정된 뇌전도 신호를 레지스트리에 저장시키는 단계일 수 있다.The storing step (S130) may be a step of storing the measured electroencephalogram signal in the registry.
상기 패턴 인식 단계(S140)는 상기 타겟 응시부(110)에 배열된 시선 응시 타겟들 갯수 만큼 상기 타겟 응시 단계(S110) 내지 상기 저장 단계(S130)를 반복하여 패턴을 인식하는 단계일 수 있다.The pattern recognizing step S140 may be a step of recognizing a pattern by repeating the target gazing step S110 to the storing step S130 by the number of gaze gazing targets arranged in the
상기 표시 단계(S150)는 상기 패턴 인식이 완료된 후, 사용자가 응시한 응시 타겟에 상응하는 데이타를 프로세서(미도시)를 통해 데이터베이스에서 출력하여 디스플레이시키는 단계일 수 있다.
After the pattern recognition is completed, the display step S150 may output data corresponding to the target target taken by the user through a processor (not shown) and display the data.
따라서, 본 발명에 따르면 사용자가 시작 자극기를 직접적으로 응시하지 않아도 SSVEP 신호를 획득하여 BCI에 적용할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, the SSVEP signal can be obtained and applied to the BCI even if the user does not directly look at the start stimulator.
또한, 시각 자극기의 직접적인 응시를 피함으로 장시간 사용에 따른 눈의 피로도와 간질의 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, by avoiding the direct gaze of the visual stimulator, it is possible to reduce the risk of eye fatigue and epilepsy due to long-term use.
또한 제한된 주파수 조합을 이용하여 많은 타겟을 만들어 낼 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that many targets can be created by using a limited frequency combination.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100: 시스템 110: 타겟 응시부
120: 처리부 121 : 신호 처리부
122: 데이터베이스 130: 표시부
140: EEG 감지 전극부 141: 제1 감지 전극
142: 제2 감지 전극100: a system 110: a target-
120: Processing section 121: Signal processing section
122: Database 130: Display
140: EEG sensing electrode part 141: first sensing electrode
142: second sensing electrode
Claims (6)
복수 개의 문자 및 숫자인 시선 응시 타겟들이 배열되며, 상기 시선 응시 타겟들 중 2개 사이에 구비되어, 서로 다른 주파수로 점별되는 복수 개의 시각 자극기가 구비된 타겟 응시부;
상기 사용자가 상기 타겟 응시부 내에 구비된 타겟들 각각을 응시함에 따라 상기 EEG 감지 전극부로부터 출력되는 뇌파 신호를 분류하여 처리하는 처리부; 및
상기 처리부를 통해 처리된 데이터를 표시하는 표시부를 포함하고,
상기 처리부는,
상기 EEG 감지 전극으로부터 출력되는 뇌파 신호를 저장하는 복수 개의 레지스터가 배열된 데이터베이스; 및
상기 사용자가 응시한 타겟에 상응하는 상기 뇌파 신호에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 데이터를 출력하도록 동작되는 신호 처리부를 포함하고,
상기 데이터베이스는,
상기 타겟들의 개수와 동일한 개수의 레지스터가 저장되며,
상기 신호 처리부는,
상기 EEG 감지 전극부에서 감지된 EEG 신호를 증폭하는 증폭부;
상기 증폭된 EEG 신호를 필터링하는 제1 필터부;
상기 필터링된 아날로그 신호인 EEG 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및
상기 변환된 디지털 신호를 필터링하는 제2 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌우 시각경로 차이를 이용한 SSVEP - BCI 시스템.
An EEG sensing electrode attached to a user's occipital lobe to measure an EEG signal;
A target examining unit comprising a plurality of visual stimulators arranged between two of the visual target targets, the visual stimulating targets being arranged in a plurality of letters and numerals;
A processing unit for classifying and processing the EEG signal output from the EEG sensing electrode unit as the user gazes at each of the targets provided in the target examination unit; And
And a display unit for displaying data processed through the processing unit,
Wherein,
A database in which a plurality of registers for storing EEG signals output from the EEG sensing electrodes are arranged; And
And a signal processing unit operable to output data stored in the database in accordance with the EEG signal corresponding to the target of the user,
The database includes:
The same number of registers as the number of targets are stored,
The signal processing unit,
An amplifying unit for amplifying an EEG signal sensed by the EEG sensing electrode unit;
A first filter unit for filtering the amplified EEG signal;
An A / D converter for converting the EEG signal, which is the filtered analog signal, into a digital signal; And
And a second filter unit for filtering the converted digital signal. The SSVEP - BCI system using the right and left visual path differences.
상기 EEG 감지 전극부는,
건식 전극 또는 습식 전극 중 어느 하나의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 좌우 시각경로 차이를 이용한 SSVEP - BCI 시스템.
The method according to claim 1,
The EEG sensing electrode unit includes:
Wherein the SSVEP - BCI system comprises either a dry electrode or a wet electrode.
상기 EEG 감지 전극부는,
적어도 2개 이상의 뇌파 전극 센서가 사용자의 시각 중추 영역에 가로 길이 방향으로 부착되는 것을 특징으로 하는 좌우 시각경로 차이를 이용한 SSVEP - BCI 시스템.
The method according to claim 1,
The EEG sensing electrode unit includes:
Wherein at least two electroencephalogram electrode sensors are attached to the visual center region of the user in the transverse direction, and the SSVEP - BCI system using the right and left visual path differences.
상기 복수 개의 시각 자극기들 각각은,
서로 다른 색의 LED 광원인 것을 특징으로 하는 좌우 시각경로 차이를 이용한 SSVEP - BCI 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of visual stimulators comprises:
SSVEP - BCI system using left and right visual path difference, characterized by being LED light sources of different colors.
상기 시선 응시 타겟에 따른 뇌전도 신호를 EEG 감지 전극부에서 측정하는 뇌전도 신호 측정 단계;
상기 측정된 뇌전도 신호를 레지스트리에 저장시키는 저장 단계;
상기 타겟 응시부에 배열된 시선 응시 타겟들 갯수 만큼 상기 타겟 응시 단계 내지 상기 저장 단계를 반복하여 패턴을 인식하는 단계; 및
상기 패턴 인식이 완료된 후, 사용자가 응시한 응시 타겟에 상응하는 데이타를 프로세서를 통해 저장부에서 출력하여 디스플레이시키는 표시 단계를 포함하고,
상기 뇌전도 신호 측정 단계는,
상기 EEG 감지 전극부에서 감지된 EEG 신호를 증폭하는 단계;
상기 증폭된 EEG 신호를 필터링하는 단계;
상기 필터링된 아날로그 신호인 EEG 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
상기 변환된 디지털 신호를 필터링하는 단계를 포함하고,
상기 시선 응시 타겟들 중 2개 사이에 구비되어 서로 다른 주파수로 점별되는 시각 자극기를 통해 상기 뇌전도 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 좌우 시각경로 차이를 이용한 SSVEP - BCI 시스템의 동작 방법.A target gazing step of gazing at a gaze gazing target of any one of a plurality of gaze gazing targets arranged in a target gaze section;
Measuring an electroencephalogram signal according to the gaze target at the EEG sensing electrode;
A storage step of storing the measured electroencephalogram signal in a registry;
Recognizing a pattern by repeating the target viewing step and the storing step by the number of gazing targets arranged in the target gazing unit; And
And a display step of outputting data corresponding to the target target taken by the user after the pattern recognition is completed through a processor and displaying the data,
Wherein the step of measuring the electroencephalogram signal comprises:
Amplifying an EEG signal sensed by the EEG sensing electrode unit;
Filtering the amplified EEG signal;
Converting the EEG signal, which is the filtered analog signal, into a digital signal; And
And filtering the transformed digital signal,
Wherein the EEG signal is measured through a visual stimulator provided between two of the visual target targets and discriminated at different frequencies.
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Zheng Yan et al, "A Half-field Stimulation Pattern for SSVEP-based Brain-computer Interface", 31st Annual International Conference of the IEEE EMBS Minneapolis, Minnesota, USA, September 2-6, 2009, pp * |
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