[发明专利]一种利用脑电信号监测用户精神状态的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用脑电信号监测用户精神状态的装置及方法，包括脑电采集模块、信号处理模块、存储模块以及显示模块；脑电采集模块、存储模块和显示模块均与信号处理模块相交互；本发明针对操控者在实际工作中难以保持稳定的精神状态的问题，利用操控者脑电信号进行操控者精神状态的实时监测，并通过操控者精神状态监测评估方法对其精神状态进行实时显示与存储，当操控者精神状态较差时会对操控者进行预警提示，为操控者精神状态的定量化监测和工作预警提供有效地判定依据和方法。

技术领域

本发明属于精神状态识别技术领域，涉及一种利用脑电信号监测用户精神状态的装置及方法。

背景技术

精神状态是人的心理、情绪和大脑状态的综合表现，对个体的学习、记忆、决策有着重要的影响。精神是个体差异的来源，是许多个性特征和心理的关键成分。随着人工智能水平的发展和提高，虽然人工智能技术的可靠性已经达到了空前的高度，但操控者的监督与决策作用仍然处于不可替代位置，人工智能技术的作业需要操控者的监督和决策，且操控者的作用不断地趋于高级监督和决策。人机工效学和人因工程学研究表明，操控者的可靠性决定了操控者与人工智能技术组成的人机系统的整体可靠性。

已有研究表明，操控者在实际工作中难以长时间保持稳定的精神状态，尤其在性能较高的人机系统中，操控者在变负荷工作过程中难以长时间保持较为稳定且适宜工作的精神状态，而精神状态的变化将会造成行为的变化，进而对工作过程中的工作绩效以及安全性产生较大的负面影响。因此，对操控者的精神状态进行有效的监测、预警和适时干预，对提高整个人机系统的工作性能有着至关重要的作用。尤其在高要求状态，高心理负荷等众多因素的约束下，会导致一系列生理心理变化，例如注意障碍、疲劳和任务执行能力下降等等，因此及时对操控者的精神状态进行监测和预警就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用脑电信号监测用户精神状态的装置及方法，旨在实时对操控者的精神状态进行监测和预警，为操控者精神状态的定量化监测和工作预警提供有效地判定依据。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种利用脑电信号监测用户精神状态的装置，包括脑电采集模块、信号处理模块、存储模块以及显示模块；脑电采集模块、存储模块和显示模块均与信号处理模块相交互；

脑电采集模块包括与脑电极及其脑电帽相连的脑电采集单元和无线通信单元，用于采集位于大脑前额叶区、顶叶区和枕叶区的Fp1、Fp2、AF3、AF4、Fc1、Fc2、F3、F4、F7、F8、C3、C4、P3、P4、O1、O2通道的脑电信号；

信号处理模块用于对接收的各通道脑电信号进行频带能量计算获得各通道下各频段的能量值，再能量值传输至模式识别单元；信号处理模块包括预处理单元、特征提取单元、模式识别单元和状态计算单元；

存储模块用于对精神状态唤醒程度以及识别结果进行管理并按照用户设定的数据格式对用户的精神状态数据进行存储；

显示模块用于实时显示用户精神状态的识别结果以及精神状态唤醒程度。

一种利用脑电信号监测用户精神状态的方法，包括以下步骤：

步骤1)通过脑电采集模块的脑电采集单元实时采集用户在工作中的脑电信号，并将采集到的脑电信号通过无线通信单元发送至信号处理模块；

步骤2)信号处理模块首先对接收的各通道脑电信号进行频带能量计算获得各通道下各频段的能量值E_(m,n)，再能量值E_(m,n)传输至其模式识别单元；

步骤3)信号处理模块的模式识别单元将特征提取单元得到的各频带能量作为特征输入，采用基于深度学习网络的精神状态识别方法对输入的特征脑电信息进行分类识别；