基于等亮度色彩强化的稳态运动诱发电位脑‑机接口方法

摘要

一种基于等亮度色彩强化的稳态运动诱发电位脑‑机接口方法，采用等亮度彩色棋盘格刺激范式，采用正弦方式实现棋盘格的收缩‑扩张运动，通过脑电采集设备采集使用者注视刺激图案时产生的脑电信号，经过放大、滤波与A/D转换后，将处理后的脑电信号输入计算机，采集到的脑电信号利用典型相关分析实现对脑电信号的特征提取及分类识别，本发明融合了色彩、亮度、形状、运动等视觉信息，降低了使用者的视觉疲劳，提高了EEG信噪比，对注视目标辨识准确率也更高，具有低闪烁，低适应性的特点，可以提升脑‑机接口的交互性能。

主权项

一种基于等亮度色彩强化的稳态运动诱发电位脑‑机接口方法，其特征在于，包括以下步骤：1)等亮度彩色棋盘格刺激范式设计：1.1)设计等亮度彩色棋盘格范式：环形棋盘格将每一个圆环分割为大小、数目相等的格子，两种不同的颜色间隔排列，每个圆环明亮区域和暗区域面积是相等的，且环形棋盘格中央部分亮度值始终设置为背景亮度值，中心处设置半径为1像素的白点，保证使用者实验过程中视野与之重合，色彩空间选用红绿作为彩色刺激范式，且红绿亮度值相同，总亮度值设为76cd/m²，环形棋盘格刺激范式生成公式为：其中：I为刺激范式图案像素值；sign(x)为符号函数；r(x,y)和ang(x,y)为刺激范式图案像素点(x,y)的半径和角度；D为棋盘格宽度，表征空间分辨率，这里设为10像素，棋盘格从内到外分割为8个圆环；φ(t)为棋盘格收缩‑扩张的相位值函数；L为棋盘格运动幅度，取为10像素；M为单个圆环分割的格子数，设为12像素；I₀为背景亮度，设为120像素；R_ineer和R_outer分别为棋盘格内径与外径，设为3像素和80像素；1.2)等亮度彩色棋盘格刺激范式运动实现：采用正弦方式实现棋盘格的收缩‑扩张运动，其中：$\phi \left(t\right)=\frac{\pi }{2}+\frac{\pi }{2}*sin(2*\pi *f_c*t-\frac{\pi }{2})---\left(2\right)$f_c为运动频率，即棋盘格收缩‑扩张一次所需时间的倒数；通过改变相位值函数φ(t)由0到π时，棋盘格收缩；相位值函数φ(t)由π到0时，棋盘格扩张；在一个周期中，发生两次运动方向的改变，运动放向改变的频率定义为运动反转频率f，为运动频率f_c的2倍，采用运动反转频率作为视觉刺激的基频；视觉刺激是通过计算机屏幕呈现给使用者，图像是一帧一帧替换显示的，图像帧替换的频率称为屏幕刷新率f_r，在生成帧图象时，式(2)中的时间t必须根据屏幕刷新率离散化，即t(n)＝n/f_r，其中n＝1,2,3…为帧序号，式(2)改写为：$\phi \left(n\right)=\frac{\pi }{2}+\frac{\pi }{2}*sin(2*\pi *n\frac{f_c}{f_r}-\frac{\pi }{2})---\left(3\right)$函数φ(n)变为离散的时间序列，为保证φ(n)为周期序列f_r/f_c必须为整数；令F_C＝f_r/f_c为一个收缩‑扩张周期所需要的帧数，式(3)改写为：$\phi \left(n\right)=\frac{\pi }{2}+\frac{\pi }{2}*sin(\frac{2\pi n}{F_C}-\frac{\pi }{2})---\left(4\right)$此时，运动反转频率的计算公式为：$f=\frac{2f_r}{F_C}---\left(5\right)$根据式(5)计算准确的运动反转频率f，根据式(4)计算离散化后的相位值函数φ(n)；2)搭建脑‑机接口实验平台，采集与处理数据：电极帽通过电极与脑电放大器和主动式电极系统连接，使用者头戴电极帽端坐于屏幕前，计算机通过显示屏扩展使屏幕上呈现数个刺激频率不同的等亮度彩色棋盘格刺激范式，使用者每次注视刺激单元中任意一个，通过脑电采集设备采集使用者注视刺激图案时产生的脑电信号，经过放大、滤波与A/D转换后，将处理后的脑电信号输入计算机，将采集到的脑电信号利用典型相关分析进行特征提取及分类识别。