一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114415833A(43)申请公布日2022.04.29(21)申请号202210021741.2(22)申请日2022.01.10(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽大街79号(72)发明人李丹丹张泽王彬崔晓红范智浩相洁(74)专利代理机构太原荣信德知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14119代理人连慧敏(51)Int.Cl.G06F3/01(2006.01)G06K9/62(2022.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法(57)摘要本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，包括下列步骤：液晶显示器实时显示异步开关和时空变频SSVEP实验范式；用户佩戴脑电信号采集帽实时获取数据；对筛选完导联的脑电数据进行预处理；对脑电数据进行分类；异步控制模块对SVM算法分类结果进行控制转化，控制刺激范式开启；控制软件模块对FBCCA算法分类结果进行指令转化，每种指令控制软件的一种操作；字符输出模块对FBCCA算法分类结果进行字符编码，并与控制软件模块结合完成字符输出功能。本发明利用基于时空变频SSVEP的刺激范式并结合FBCCA算法，可以大幅度降低脑控任务分析的复杂度，显著提高脑控任务完成的效率。CN114415833ACN114415833A权利要求书1/2页1.一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：包括下列步骤：S1、液晶显示器实时显示异步开关和时空变频SSVEP实验刺激；S2、用户佩戴脑电信号采集帽实时获取数据，并实时发送给电脑端的脑电预处理模块；S3、对数据进行导联筛选，脑电预处理模块对筛选完导联的脑电数据进行预处理；S4、脑电信号分类模块采用支持向量机SVM算法和滤波器组相关分析FBCCA算法分别对脑电数据进行分类；S5、异步控制模块对SVM算法分类结果进行控制转化，控制刺激范式开启；S6、控制软件模块对FBCCA算法分类结果进行指令转化，每种指令控制软件的一种操作；S7、字符输出模块对FBCCA算法分类结果进行字符编码，并与控制软件模块结合完成字符输出功能。2.根据权利要求1所述的一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：所述S1中的异步开关为屏幕中间的两个红色标记，两个红色标记根据设置的时间随机显示；所述S1中的时空变频SSVEP刺激用于激活脑电信号，分为两类：一是控制软件刺激，二是字符输出刺激。3.根据权利要求1所述的一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：所述S1中的时空变频SSVEP刺激持续时间为2s，第0‑1s将所有刺激块在空间上分为不同频率，对应正弦波8‑15Hz范围的频率，通过分析第1s内的注视频率可以确定用户注视的空间范围；第1s‑2s每个空间范围又具体分为小刺激块，每个小块对应8‑15Hz范围的频率，通过分析第2s内的注视频率可以确定用户注视的具体刺激块。4.根据权利要求1所述的一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：所述S3中脑电预处理模块对筛选完导联的脑电数据进行预处理的方法为：脑电预处理模块分为两类：一是筛选出额叶导联通道，对额叶导联信号分别由截止频率为3Hz的二阶切比雪夫高通滤波器、截止频率为20Hz的四阶切比雪夫低通滤波器、以及切比雪夫50Hz陷波器进行滤波；二是筛选出枕叶导联通道，对枕叶导联信号分别由截止频率为4Hz的二阶切比雪夫高通滤波器、截止频率为80Hz的四阶切比雪夫低通滤波器、切比雪夫50Hz陷波器进行滤波以及利用独立成分分析ICA方法对信号进行伪迹去除。5.根据权利要求1所述的一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：所述S4中的信号分类模块包含：首先对额叶导联预处理后的脑电数据使用SVM算法进行分类；其次，若SVM分类结果是开启SSVEP刺激，则对枕叶导联预处理后的脑电数据使用FBCCA算法进行分类。6.根据权利要求1所述的一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：所述S6中的软件控制模块根据当前界面所在的层数与FBCCA分类结果进行结合，制定编码指令，并通过UDP协议发送给对应的软件。7.根据权利要求1所述的一种基于时空变频SSVEP的脑电异步控制软件设计方法，其特征在于：所述S4中滤波器组相关分析FBCCA算法对脑电数据进行分类的方法为：FBCCA算法首先将预处理后脑电信号分解成N个子频带成分，然后在这N个子成分上进行CCA算法；再次把N个子频带上的得到的相关系数做一个加权平均，对应于每一个刺激频率fk,k＝1,2C