[发明专利]牙齿控制的字符或命令输入的装置及方法

说明书

技术领域

  本发明属于认知与智能计算领域，特别涉及人机交互领域，具体是指一种使用牙齿动作产生的脑肌电信号,进行字符或命令输入的装置及方法。

背景技术

  目前，公知的人机交互领域，人机交互输入方式包括手工输入（包括手脚动作）、语音输入、意念输入等三种方式。手工输入方式是主流，应用广泛而且成熟；语音输入方式也在不断发展完善；意念输入方式，还处于实验室研究向实用转变的初级阶段。

  公知的，手工输入方式非常成熟，比如广泛使用手工触摸屏输入方式的智能手机，但在手脚被控制任务占用或手脚残疾等情形，就迫切需要补充其他输入手段。语音输入方式因个体差异、外界噪声等导致状态模糊、识别困难、准确度不高，虽然经过多年的研究与推广，仍无法满足实际应用需求。另外，有许多公共场合是禁止说话的，这时语音输入就被要求禁止使用。意念相比语音的识别研究，还处于非常初级的研究阶段。目前，意念输入方式，或者识别动作状态单一、准确度不高（比如运动想象），或者准确度高、识别时间较长（比如P300，即视觉刺激下300毫秒后脑电波信号加强）。在手工输入方式外，语音、意念输入方式不能实现关键场合的多种状态、可靠、实时控制。

   公知的，对意念输入方式的认识，具体请参阅以下文献：

Gerwin Schalk（美）、Jurgen.Mellinger（美）著，胡三清译，《BCI2000与脑机接口》，国防工业出版社 2011年6月。

   公知的，2014年即将上市的谷歌智能眼镜是继个人电脑、智能手机之后的又一革命性产品，是智能手机的替代和有效补充。它在具备智能手机功能的同时，还具有满足消费者便携性和大屏幕视觉体验需求等杀手锏。它通过语音、手势或头部动作控制视频通话、处理文字信息和电子邮件、上网、拍照和辨明方向等功能，显然它并没有彻底解放双手，只是让“无手化操作”更进一步而已。由于上述指出的语音输入或控制存在的技术屏障或缺陷，探索彻底解放双手的其它输入或控制方式显得极为必要。由于牙齿动作集便捷、简单、舒适、安静、实时、准确、抗干扰、多状态、无损无创、不分散注意力、多数人适合等众多优越性于一身，使得牙动输入或控制方式不仅成为可能，而且将会迅速发展为跟手工、语音方式并驾齐驱一种全新的输入或控制方式。牙动输入或控制方式与语音输入或控制方式的完美结合将会推进智能眼镜的大众普及化使其立即升级为几千亿美元级以上巨大的产业市场。 

发明内容

   本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种信号特征明显、实时性强、可靠性高、数据处理简便、低成本、便于广泛推广的牙动输入字符装置及方法。

   本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

    牙齿控制的字符或命令输入装置,包括采集模块(2)和显示模块(3),其特点是，所述的装置中还包括牙齿动作状态的传感模块(1)，所述的传感模块(1)的输出端与采集模块(2)的输入端连接；

    该装置的传感模块包括精简组合为参考电极、C3和C4电极；

     根据咬牙动作的脑肌电信号特征，按咬牙位置咬牙动作可分为三种位置状态，即，左边咬牙、右边咬牙、左右两边同时咬牙三种状态。按咬牙的轻重将咬牙分为轻咬牙和重咬牙二种方式。根据咬牙位置和轻重方式得到不同的脑肌电信号状态特征，从而快速产生多种可识别的直接命令和更多的组合命令。

   上述的牙动输入命令或字符装置的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

     步骤（1）采集牙齿动作产生的脑肌电信号。可采用几个相关的信号强度明显的采集电极（比如，根据国际10-20标准电极分布系统，咬牙采用3个电极：参考电极、C3和C4）的采集设备，从而降低数据处理量，提高数据实时处理算法的效率。

    步骤（2）牙齿动作的脑肌电信号分析。具体分析包括如下：

     a.首先对于采集的信号数据进行带通滤波处理，去除信号基线漂移；

     b.定位时序信号中牙齿动作产生信号的位置，并提取该信号；

     c.量化提取的信号，并利用神经网络进行适当分类，将咬牙动作按位置区分为左边咬牙、右边咬牙、左右两边同时咬牙三种状态；

     d.找出区分轻咬牙和重咬牙的基准线，大于基准线的为重咬牙，小于基准线的为轻咬牙；

     e.分析时域信号咬牙持续时间，若咬牙时长超过0.5秒，则表示长咬状态。长咬状态可分为左长咬、右长咬和左右同时长咬三种方式。