CN114489335B - 脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统，脑机接口的检测方法包括：当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应；当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。本发明的脑机接口的检测方法能够从环境图像信息中获取物体的特征，不必使用显示器确定指令，提高了系统的易用性和便携性；并且不完全抢占大脑的注意力资源，可方便应用到实际生产生活中，提高系统的可用性和操作的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及脑机接口的通信与计算领域，特别是涉及一种脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统。
背景技术
脑机接口是一种新型的通过翻译从人体头颅表面采集的脑电信号实现不同于正常的语言通路，行为通路的信息的输出方式。脑机接口按照脑电信号的实现方式分为P300脑机接口，运动想象脑机接口和稳态视觉诱发电位(Steady-state visual evokedpotential，SSVEP)脑机接口等。
现有技术中的P300脑机接口依赖于外部媒介呈现感官刺激，比如，在典型的P300脑机接口中需要一台显示器来呈现交替闪烁的虚拟键盘，这样的设定大大降低了P300脑机接口的便携性，限制了使用场景，增加了使用成本；即使有改进的基于听觉的P300脑机接口范式的出现，由于不同声音刺激是按照预先确定的顺序出现，导致其调制效率明显降低；并且由于听觉注意会调动并占用大脑非常客观的注意力资源，使得在使用该脑机接口进行交流或控制时，受试者无法进行其他行为操作，如对视觉信息进行有效加工和反馈、进一步的生活作业等，从而在一定程度上限制了P300脑机接口的实际应用。
因此，如何灵活、方便地进行脑机接口检测是一个亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统，用于解决现有技术中无法灵活、方便地进行脑机接口检测的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种脑机接口的检测方法，包括以下步骤：当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应；当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
于本发明的一实施例中，所述第一图像为查找到所述第一特征的时间之前X秒内的图像。
于本发明的一实施例中，所述基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体，包括：基于所述环境图像信息，提取所述环境图像信息中物体的第二特征；当所述第二特征与所述第一特征相同时，确定所述物体包含有所述第一特征。
于本发明的一实施例中，所述输出所述第一指令操作之前，还包括：连续处理得到的特征均为第一特征，且连续处理的次数大于等于预设阈值时，进行输出所述第一指令操作。
于本发明的一实施例中，所述用户预进行第一指令操作之前，还包括：预先设定特征和指令操作的对应关系，并将所述对应关系告知所述用户。
于本发明的一实施例中，所述特征包括形状特征、颜色特征。
于本发明的一实施例中，所述特征的数量可扩展；基于扩展数量后的特征，所述特征和所述指令操作的对应关系的数量可扩展。
对应地，本发明提供一种脑机接口的检测装置，包括：第一处理模块，用于当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应；确定模块，用于当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；第二处理模块，用于基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的脑机接口的检测方法。
本发明提供一种脑机接口的检测系统，包括增强现实眼镜、脑电采集仪以及计算单元；所述增强现实眼镜，与所述脑电采集仪连接；用于获取环境图像信息；所述计算单元，设置在所述增强现实眼镜和所述脑电采集仪中的任一个中，用于基于所述环境图像信息查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征用于与所述第一指令操作对应；所述脑电采集仪，用于当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时进行信号采集；所述计算单元，还用于在激活到所述P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；并基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
如上所述，本发明的脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统，具有以下有益效果：
(1)从环境图像信息中获取物体的特征，将特征和指令操作对应，不必使用显示器确定指令，提高了系统的易用性和便携性。
(2)不完全抢占大脑的注意力资源，可方便应用到实际生产生活中，提高系统的可用性和操作的安全性。
附图说明
图1显示为本发明的脑机接口的检测方法于一实施例中的流程图。
图2显示为本发明的脑机接口的检测方法于一实施例中的信号流动图。
图3显示为本发明的脑机接口的检测装置于一实施例中的结构示意图。
图4显示为本发明的脑机接口的检测装置于一实施例中的脑机接口的检测系统图。
图5显示为本发明的脑机接口的检测装置于一实施例中的脑机接口的实物图。
元件标号说明
31 第一处理模块
32 确定模块
33 第二处理模块
41 增强现实眼镜
42 脑电采集仪
43 计算单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统，能够从环境图像信息中获取物体的特征，将特征和指令操作对应，不必使用显示器确定指令，提高了系统的易用性和便携性；不完全抢占大脑的注意力资源，可方便应用到实际生产生活中，提高系统的可用性和操作的安全性。
如图1所示，于本实施例中，本发明的脑机接口的检测方法包括以下步骤：
步骤S1、当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应。
具体地，脑机接口的系统硬件包括：增强现实眼镜、脑电采集仪以及计算单元；用户将增强现实眼镜佩戴在头部的眼睛部位；将脑电采集仪佩戴在头部的上方，并将增强现实眼镜和脑电采集仪连接以打通两者之间的信息通路。当用户预进行第一指令操作时，用户在所处的自然环境中移动头部，以使增强现实眼镜获取环境图像信息。
进一步具体地，所述用户预进行第一指令操作之前，还包括：预先设定特征和指令操作的对应关系，并将所述对应关系告知所述用户。
举例来说，预先将自然环境中常出现的特征赋予指令操作的属性。比如，常出现的矩形形状特征对应第一指令操作，圆形形状特征对应第二指令操作；包含有矩形形状特征的物体有窗框、显示器、手机、本册、笔记本电脑等；包含有圆形形状特征的物体有茶杯、钟表、水桶、锅碗瓢盆等。当应用场景为用户坐在轮椅上需要对轮椅进行移动时，预设第一指令操作表示轮椅前进；第二指令操作表示轮椅后退。
进一步具体地，所述特征包括形状特征、颜色特征。比如，可以预设不同的颜色对应不同的指令操作。
进一步具体地，所述特征的数量可扩展；基于扩展数量后的特征，所述特征和所述指令操作的对应关系的数量可扩展。比如，可以预设10个特征，每个特征对应一个指令操作，在此不再赘述。
步骤S2、当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征。
具体地，所述第一图像为查找到所述第一特征的时间之前X秒内的图像。基于所述环境图像信息，提取所述环境图像信息中物体的第二特征；当所述第二特征与所述第一特征相同时，确定所述物体包含有所述第一特征；其中，X可以设置为300ms。
举例来说，用户在正常生活作业时即可佩戴增强现实眼镜和脑电采集仪，当用户想要进行第一指令操作时，通过增强现实眼镜获取环境图像信息，提取出环境图像信息中物体的第二特征；基于预设的第一指令操作和第一特征的对应关系，将第二特征和第一特征比较，以确定物体中是否有第一特征。比如，在上述用户坐在轮椅上需要对轮椅进行移动的场景中，用户预进行的第一指令操作为轮椅前进，对应的物体特征为矩形形状特征，用户通过增强现实眼镜在自然环境中查找物体是否包含有矩形形状特征。
当查找到第一特征时，用户佩戴的脑电采集仪即刻捕捉并激活P300脑电信号，通过预设的算法检测得到P300脑电信号的成分，应用的算法可以包括带通滤波、独立成分分析、小波分析、经验模式分解、支持向量机、神经网络等其中的一种；基于查找到第一特征的时间，提取增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到第一特征，其中，对第一图像的处理可以应用一般的特征检测或者基于人工智能技术如卷积神经网络的特征检测。
步骤S3、基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
具体地，基于第一特征，计算单元输出第一指令操作以执行第一指令内容。
举例来说，当第一特征为矩形形状特征时，计算单元输出的第一指令操作为轮椅前进。此外，当未确定出第一特征时，计算单元将不发送任何指令操作给轮椅，并将这一结果反馈给用户，用户继续寻找包含有第一特征的物体。
进一步具体地，为了提高系统判断的稳定性，系统可以对指令操作输出设置相应的门槛；当连续处理得到的特征均为第一特征，且连续处理的次数大于等于预设阈值时，进行输出所述第一指令操作。比如，脑机接口的检测系统只有连续3次识别到同一指令操作时，才会将该指令操作发送给轮椅进行实际动作，其他指令则被视为作废。这种处理方式可以使系统的误判概率降低。
如图3所示，于本实施例中，本发明的脑机接口的检测装置包括：
第一处理模块31，用于当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应；
确定模块32，用于当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；
第二处理模块33，用于基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
本实施例的脑机接口的检测装置具体实现的技术特征与实施例1中脑机接口的检测方法中的各步骤的原理基本相同，方法和装置之间可以通用的技术内容不作重复赘述。
本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的脑机接口的检测方法。
如图4所示，于本实施例中，本发明的脑机接口的检测系统包括：增强现实眼镜41、脑电采集仪42以及计算单元43；所述增强现实眼镜41，与所述脑电采集仪42连接；用于获取环境图像信息；所述计算单元43，设置在所述增强现实眼镜41和所述脑电采集仪42中的任一个中，用于基于所述环境图像信息查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征用于与所述第一指令操作对应；所述脑电采集仪42，用于当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时进行信号采集；所述计算单元43，还用于在激活到所述P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜41中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；并基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
综上所述，本发明的脑机接口的检测方法、装置、存储介质及系统，能够从环境图像信息中获取物体的特征，将特征和指令操作对应，不必使用显示器确定指令，提高了系统的易用性和便携性；不完全抢占大脑的注意力资源，可方便应用到实际生产生活中，提高系统的可用性和操作的安全性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种脑机接口的检测方法，其特征在于，所述脑机接口的检测方法包括以下步骤：
当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应；
当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；
基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一图像为查找到所述第一特征的时间之前X秒内的图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体，包括：
基于所述环境图像信息，提取所述环境图像信息中物体的第二特征；
当所述第二特征与所述第一特征相同时，确定所述物体包含有所述第一特征。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述输出所述第一指令操作之前，还包括：
连续处理得到的特征均为第一特征，且连续处理的次数大于等于预设阈值时，进行输出所述第一指令操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户预进行第一指令操作之前，还包括：
预先设定特征和指令操作的对应关系，并将所述对应关系告知所述用户。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述特征包括形状特征、颜色特征。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述特征的数量可扩展；基于扩展数量后的特征，所述特征和所述指令操作的对应关系的数量可扩展。
8.一种脑机接口的检测装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于当用户预进行第一指令操作时，基于增强现实眼镜获取环境图像信息，且查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征与所述第一指令操作对应；
确定模块，用于当查找到的所述第一特征激活到所述用户的P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；
第二处理模块，用于基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
9.一种存储介质，存储有程序指令，其中，所述程序指令被执行时实现如权利要求1至权利要求7任一项所述的脑机接口的检测方法的步骤。
10.一种脑机接口的检测系统，其特征在于：包括增强现实眼镜、脑电采集仪以及计算单元；
所述增强现实眼镜，与所述脑电采集仪连接；用于获取环境图像信息；
所述计算单元，设置在所述增强现实眼镜和所述脑电采集仪中的任一个中，用于基于所述环境图像信息查找包含有第一特征的物体；其中，所述第一特征用于与第一指令操作对应；
所述脑电采集仪，用于当查找到的所述第一特征激活到用户的P300脑电信号时进行信号采集；
所述计算单元，还用于在激活到所述P300脑电信号时，提取所述增强现实眼镜中缓存的第一图像并处理，以得到所述第一特征；并基于所述第一特征，输出所述第一指令操作以执行第一指令内容。
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| 针型神经微电极制作技术进展及其在脑机接口中的应用;姚源;李刚;金庆辉;赵建龙;;航天医学与医学工程(第06期);全文 * |
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