基于脑机接口的资源管理器

发布时间：2017-09-26 08:39

  本文关键词：基于脑机接口的资源管理器

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【摘要】：脑机接口(brain-computer interface, BCI)是在人脑和外界之间建立的利用脑电信号(electroencephalography, EEG)与计算机之间通讯的一种方式，从而为一些思维正常但有运动功能障碍的残疾人提供一种与外界交流或控制外部设备的手段。通常混合BCI使用到两种或两种以上的脑信号，相比使用一种脑信号的单模态BCI更具有人机交互能力。本文通过结合P300和运动想象这两种脑电信号，提出了一种基于混合BCI的资源管理器系统，通过该系统使用户能够在不用动手的情况下访问我的电脑、桌面，并可以操作（打开、关闭、复制、粘贴、删除）计算机中的各种文件，如文档、图片、音乐、电影等。从而丰富了神经功能障碍患者（如瘫痪病人）的学习，生活，娱乐，提高了其自理能力。 基于脑机接口的资源管理器系统主要由脑控鼠标，P300字符拼写器和资源管理器这三个部分组成。脑控鼠标由P300和运动想象联合控制，其中脑控鼠标不仅要实现用户根据意愿自由控制鼠标的二维运动，而且还要可以模拟鼠标的点击和拒绝点击事件，即对鼠标移动过程中经过的目标进行选择和拒绝。鼠标的二维运动由P300信号控制垂直方向，运动想象控制水平方向，目标的选择和拒绝则是由P300和运动想象共同控制。 在基于脑机接口的资源管理器系统中，若欲点击的目标所在的路径需要打开许多文件夹，那么通过脑控鼠标操作起来将会非常繁琐，，这样可以通过P300字符输入界面在地址输入栏拼写目标路径，进而直接进入目标路径。 本系统模拟window操作系统下的资源管理器实现了许多功能。首先，用户通过脑控鼠标可以点击本地磁盘和桌面，此时相应磁盘内的所有文件和文件夹将会出现在列表框内，用户可以通过目标选择直接打开文件夹。其次，如果用户点击的是文件，则系统会立刻弹出快捷菜单，有打开、复制、粘贴、删除功能供用户选择。再有，若用户打开文件后，用户还可以通过脑控鼠标关闭该文件。最后，若目标路径中包含许多文件夹，则可以通过P300字符拼写器在地址输入栏直接拼写目标路径然后进入。 本系统共有5位健康的受试者参与了实验环节，实验设置了6个任务环节，其中每位受试者至少需执行12个目标选择7个字符输入。在每位受试者参与4次实验后，实验平均结果是需进行13.9个字符选择，8.15个字符输入，字符输入时间是72.77s，实验所需的时间平均是889.62s，该结果说明了用户利用该系统可以较为准确的完成鼠标的移动，目标的选择和拒绝，字符的输入。 但是该系统还有许多不足有待进一步提高，首先是每次实验的时间太长，其中主要耗时的是P300检测和字符输入，因此提高系统的速度是我们下一步工作的主要内容。其次就是在实验中我们根据经验选择鼠标移动的速度，这样还有待提出一个科学的速度选取原则。再有就是该系统只是实现了资源管理器的简单功能，还可以进一步完善。最后就是该系统只是在身体健康的人群中进行实验，在瘫痪患者中还有待进一步的实验验证。
【关键词】：脑机接口 脑控鼠标 P300字符输入 资源管理器
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP334.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 脑机接口概念11-12
• 1.2 脑机接口系统分类与特点12-13
• 1.3 脑机接口发展现状13
• 1.4 脑机接口研究主要存在的问题13-14
• 1.5 论文工作的意义及各部分内容14-16
• 第二章 脑机接口系统16-26
• 2.1 EEG 信号特点16
• 2.2 信号采集系统16-18
• 2.3 脑机接口系统构成18-22
• 2.3.1 EEG 信号特征提取方法19-21
• 2.3.2 EEG 信号分类方法21-22
• 2.4 基于 EEG 的脑机接口系统分类22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 基于 P300 和运动想象的混合脑机接口系统26-39
• 3.1 本系统中用到的算法26-29
• 3.1.1 支持向量机26-28
• 3.1.2 公共空间模式算法28-29
• 3.2 P300 字符拼写系统29-33
• 3.2.1 系统范式29-30
• 3.2.2 P300 信号处理30-32
• 3.2.3 实验结果32-33
• 3.3 基于运动想象的脑机接口系统33-35
• 3.3.1 运动想象信号处理34-35
• 3.3.2 实验结果35
• 3.4 混合脑机接口系统35-38
• 3.4.1 二维光标移动36-37
• 3.4.2 目标选择或拒绝37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 基于脑机接口的资源管理器系统设计39-49
• 4.1 系统方法39-41
• 4.2 鼠标控制41-43
• 4.3 字符输入界面43-44
• 4.4 资源管理器44-45
• 4.5 系统实现流程45-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 系统的测试与结果49-55
• 5.1 测试环境和任务49-50
• 5.2 训练模型50-51
• 5.3 在线测试51-52
• 5.4 讨论52-53
• 5.5 本章小结53-55
• 总结与展望55-57
• 总结55-56
• 展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果61-62
• 致谢62-63
• 附件63

【参考文献】

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本文编号：922565