基于稳态视觉诱发电位的脑控机械绘图系统的研究

发布时间：2017-04-14 03:11

  本文关键词：基于稳态视觉诱发电位的脑控机械绘图系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脑机接口(Brain-computer interface, BCI)是一种将具有意图的脑电信号转换成计算机指令的智能系统。它不同于人体大脑与肌肉组织的通讯方式,实现人脑直接与外部设备通讯,形成了一种全新的大脑信息输出方式,在医学康复、智能控制、娱乐等领域具有广泛的应用前景。目前,脑机接口的发展正逐渐从实验室研究阶段走向实际应用阶段,特别是基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑机接口具有操作简便,信息传输率高,无需训练等优点,受到了科研人员的青睐。在基于稳态视觉诱发电位的脑机接口实验中,操作人员受到视觉刺激器长时间的反复刺激往往产生视觉疲劳,影响结果的准确性。论文设计实现了一套基于SSVEP的脑控机械绘图系统,这套系统可以实现瘫痪病人的绘图梦想。文章的主要研究工作如下：1.论文分别采用典型相关分析方法(CCA)和功率谱估计(PSDA)对SSVEP信号进行快速分析,同时比较了两种方法的特征提取结果,综合结果表明CCA方法能更准确地提SSVEP信号频率特征,提高了系统的整体性能。2.文章通过设计稳态视觉诱发电位采集实验的2个阶段来研究基于SSVEP的脑机接口疲劳脑电的检测。本文采用功率谱估计方法分析清醒阶段和疲劳阶段的脑电各频段频谱和相关指标,结合主观疲劳量表综合分析受试者的疲劳程度,并通过分析结果优化视觉刺激机制,从而达到减轻被试者的视觉疲劳和提高系统整体性能的目的。3.论文设计了基于SSVEP的实时脑控机械绘图系统在LabVIEW环境下实现的方案。该方案有多频率的视觉刺激模块,同时采用FIR带通滤波和功率谱估计等数字信号处理方法对SSVEP信号进行频率特征提取,通过模式识别判断操作人员的注视目标并产生控制指令,从而实现对机械手臂绘图动作的控制。该系统达到了98%的平均多任务准确率,表明方案有较好的实际应用。
【关键词】：脑机接口 稳态视觉诱发 疲劳脑电 相关分析 机械绘图系统
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7;R338
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 脑机接口的概述13-16
• 1.1.1 脑机接口的研究背景13-14
• 1.1.2 脑机接口的定义14
• 1.1.3 脑机接口技术的分类14-16
• 1.2 脑机接口系统的结构16-19
• 1.3 脑机接口的研究意义及现状19-21
• 1.3.1 脑机接口的研究意义19
• 1.3.2 脑机接口的研究现状19-21
• 1.4 论文研究内容和布局21-23
• 第二章 稳态视觉诱发电位的脑机接口的理论基础23-32
• 2.1 脑电信号的基本理论23-25
• 2.1.1 大脑皮层的结构23
• 2.1.2 脑电信号的基本特征23-25
• 2.2 视觉诱发电位的概述25-28
• 2.2.1 瞬态视觉诱发电位26-27
• 2.2.2 稳态视觉诱发电位27-28
• 2.3 视觉刺激器的设计28-30
• 2.3.1 刺激方式28-29
• 2.3.2 刺激参数的设定29-30
• 2.4 基于SSVEP的脑机接口系统的布局30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 稳态视觉诱发电位分析方法32-49
• 3.1 时域分析32-33
• 3.2 频域分析33-36
• 3.3 典型相关分析36-40
• 3.4 SSVEP特征分类识别40-46
• 3.4.1 EEG分类器简介40-41
• 3.4.2 模板匹配41
• 3.4.3 Fisher线性判别分析41-44
• 3.4.4 支持向量机原理44-46
• 3.5 典型相关分析与功率谱估计方法比较46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 基于SSVEP的脑机接口疲劳脑电的分析49-57
• 4.1 实验平台设计49-51
• 4.1.1 视觉刺激器49-50
• 4.1.2 实验数据采集50-51
• 4.1.3 实验对象51
• 4.2 疲劳脑电的主观疲劳量表FS-14分析51-52
• 4.3 基于功率谱估计的客观分析52-53
• 4.3.1 Welch法客观分析52-53
• 4.3.2 疲劳脑电频段指标选择53
• 4.4 实验结果53-56
• 4.4.1 视觉疲劳的主观评价53-54
• 4.4.2 疲劳脑电频段指标结果54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 基于稳态视觉诱发电位的脑控机械绘图系统设计57-68
• 5.1 视觉刺激器57-59
• 5.1.1 视觉刺激器的设计57
• 5.1.2 LED视觉刺激器的实现57-59
• 5.2 实验平台设计59-60
• 5.3 基于LabVIEW的实时分析软件60-62
• 5.3.1 LabVIEW简介60-61
• 5.3.2 信号传输模块61
• 5.3.3 信号处理模块61-62
• 5.4 绘图机械手臂设计62-63
• 5.5 实验结果分析63-67
• 5.5.1 在线实验结果分析63-65
• 5.5.2 离线实验结果分析65-67
• 5.6 本章小结67-68
• 总结和展望68-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李翔;高小榕;高上凯;;一种基于两种不同范式的混合型脑-机接口系统[J];中国生物医学工程学报;2012年03期

2 闫铮;宾光宇;高小榕;;基于左右视野双频率刺激的SSVEP脑-机接口[J];清华大学学报(自然科学版);2009年12期

3 王磊;吴晓娟;俞梦孙;;驾驶疲劳/瞌睡检测方法的研究进展[J];生物医学工程学杂志;2007年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 余天佑;多模态与多自由度脑机接口研究[D];华南理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王卓;基于SSVEP的脑—机接口及在通信与拼写中的应用研究[D];南昌大学;2013年

2 崔燕;基于运动想象脑电的手臂运动功能康复研究[D];北京工业大学;2013年

3 郑军;基于稳态视觉诱发电位的脑—机接口实现与研究[D];华南理工大学;2012年

  本文关键词：基于稳态视觉诱发电位的脑控机械绘图系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：305071