[发明专利]基于虚拟现实技术的三维视觉P300‑Speller系统

说明书

技术领域

本发明涉及机加工在线检测技术领域，特别是涉及一种机床颤振状态监测与辨识技术领域。

背景技术

“虚拟现实(Virtual Reality，VR)”是指通过计算机构建一个具备三维信息的人工环境，这项技术既可以高度逼真地模拟真实世界，又可以模拟不存在的虚幻世界。使用者在这样的一个三维环境中可以通过自己的感官、肢体或者特殊装置自然地与之进行交互，具有“身临其境”的感觉。Burdea和Coiffet描述了虚拟现实的“3I”原则作为虚拟现实技术的基本特征，即沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)、构想性(Imagination)。

今年来成为研究热点的虚拟现实技术，为脑-机接口技术也带来了新的挑战和机遇。脑-机接口信息交互技术与虚拟现实交互环境相结合，可带来一种全新的人机交互方式，对BCI技术研究与发展具有重要的意义。脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)作为一种不依赖于大脑外围神经与肌肉正常输出通道的通讯控制系统，已成为脑神经科学研究及系统对外交互控制的热点，虚拟现实技术的引入必然引发全新技术变革。在脑-机接口的研究中，基于P300信号的脑-机接口被普遍认为是最稳定高效的脑控拼写方式，称其为P300-Speller系统，它无需对被试进行训练，实验简单方便易行。信号采集需要的电极较少，六到十个电极就可以采集到足够的信息，有很强的可操作性。此外，在头皮上就可以记录到较强的P300信号(正常人当受到小概率(10％-30％)靶事件刺激后会产生存在于脑电中的一种特定模式信号，即P300信号，因其在脑电(Electroencephalography，EEG)信号中位于刺激点后300ms左右的一个正向峰电位而得名。)，有很高的信噪比和稳定的锁时性。

基于上述优点可以看出，对于P300信号的深入研究及开发一种实用便携式的脑控拼写系统有助于更加清楚地了解人类大脑，实现真正的人机交互，具有很强的理论与应用价值。

发明内容

基于现有技术，本发明提出了一种基于虚拟现实技术的三维视觉P300-Speller系统，基于虚拟现实技术的三维P300-Speller刺激界面，通过虚拟现实技术与脑-机接口技术的相结合运用，将全面提升用户的体验。

本发明提出的一种基于虚拟现实技术的三维视觉P300-Speller系统，该系统包括VR刺激模块、脑电采集模块、计算机数据处理模块和指令控制/显示模块，其中：用户注视虚拟眼镜上的刺激范式的变化，在大脑皮层产生脑电信号的相应变化，所述脑电采集模块采集六个通道的脑电信号，并且在该模块由脑电电极探测后经过脑电放大器放大、滤波后，输入所述计算机，经过计算机处理模块对相应的视觉诱发P300电位特征信号进行特征提取和分类识别，将这些特征应用于实验任务的模式识别，进而应用于阈值判断指令输出与否。

所述VR刺激模块通过Unity3D软件设计三维视觉刺激界面，该界面具体包括四种范式即：同深度信息排列字符闪烁范式、不同深度信息排列字符闪烁范式、同深度信息排列字符飞出范式和同深度信息排列字符跳跃范式。

所述计算机处理模块的最终特征提取结果为目标信号s(k)，在假设最初噪声为零的条件下，目标信号s(k)＝叠加平均后的信号

所述计算机处理模块的分类识别，依据二分类的线性分类器的判别函数，如下式所示：

g(x)＝g₁(x)-g₂(x)

式中，决策规则为g(x)＞0，则x∈ω₁；g(x)＜0，则x∈ω₂；g(x)＝0，则x∈ω₁或x∈ω₂。

与现有技术相比，本发明突破了传统二维刺激界面枯燥、单一的问题，通过虚拟现实技术与脑-机接口技术的结合运用全面提升用户体验。

附图说明

图1为本发明的基于虚拟现实技术的三维视觉P300-Speller系统结构示意图；

图2为刺激范式时序示意图；

图3为字符深度信息示意图；

图4为同深度信息排列字符闪烁范式示意图；

图5为同深度信息排列字符闪烁刺激范式的界面图；

图6为Unity3D编辑界面的场景视图一；

图7为不同深度信息排列字符闪烁范式示意图；

图8为不同深度信息排列字符闪烁刺激范式的P300 Speller字符矩阵示意图；

图9为Unity3D编辑界面的场景视图二；