[发明专利]一种基于视频调制和脑电信号的视觉注视位置测量方法

说明书

本发明公开了一种基于视频调制和脑电信号的视觉注视位置测量方法，其包括以下步骤：S1、根据视觉标记序列对自然视频进行动态调制；S2、通过显示器向观看者呈现调制完成后的视频，同时记录观看者的脑电信号；S3、对脑电信号进行预处理；S4、对脑电信号和调制所用的视觉标记序列进行响应计算，依据计算结果判断记录者视觉注视位置。本方案自由度高，适用于不同类型病人，具有较强实时性。

技术领域

本发明涉及视觉注视的测量，尤其是涉及一种基于视频调制和脑电信号的视觉注视位置测量方法。

背景技术

在日常生活中，人对于周围环境中信息的感知在很大程度上依赖于视觉，至少有80％以上的外界信息是通过视觉获得的。比如人对外界物体的大小、明暗、颜色等信息的获得都需要借助于视觉，从而在大脑中进行高层次的认知与处理。与此同时，日常生活的环境中包含了大量的视觉刺激作为信息输入，由于大脑资源有限以及外界环境信息重要性区别，大脑对外界环境信息的处理表现出选择特性。因此，人需要通过眼睛注视对视觉信息进行过滤和筛选，使大脑能够有效地加工关键的视觉信息而排除无关信息的干扰。由于视觉注视是人对视觉信息进行获取的重要过程，视觉注视的测量方法在人机交互、脑机接口、临床以及认知科学等领域都具有广泛应用前景。

传统的视觉注视的测量方法是视觉追踪技术(Eye-Tracking)，也称为眼动追踪技术，具体来说就是利用软件算法、机械、电子、光学等各种检测手段追踪眼睛运动，从而获取受试者当前注视方向的技术。眼动测量的方法主要有两种，瞳孔-角膜反射向量法(PCCR)和眼电图法(EOG)。瞳孔-角膜反射向量法是通过瞳孔和角膜的角度计算眼动的向量。该方法通过固定眼摄像机获取眼球图像，利用亮瞳孔和暗瞳孔的原理，提取出眼球图像内的瞳孔，利用角膜反射法矫正眼摄像机与眼球的相对位置，把角膜反射点数据作为眼摄像机和眼球的相对位置的基点，此时的瞳孔中心位置坐标表示视线的位置，从而实时地检测人在屏幕中所凝视的兴趣点。该方法的映射函数对于头的位置是非常敏感的，在测量期间需要对被测试者的头部位置进行固定。如果在测量期间被测试者的头部位置发生较大的变化，测量的精度就会急剧的下降。眼电图法是通过测量眼睛附近的电位从而获得眼球运动的位置信息。眼球在正常情况下由于视网膜代谢水平较高，因此眼球后部的视网膜与前部的角膜之间存在着一个数十毫伏的静止电压，角膜区为正，视网膜区为负。当眼球转动时，眼球的周围的电势也随之发生变化。将电极分别置于眼睛的左右和上下两侧，就能测量眼球变化方向上的微弱电信号，经放大后得到眼球运动的信息。该方法测量的是眼球前后极之间的电位差，反应的只是眼球位置的相对变化，而由于电极安放在皮肤上，皮肤电阻会受到皮角质、皮脂等因素的影响，所以测量结果对注视定位的精度不高。

随着认知科学的研究和发展，一些基于脑电图(EEG)的方法也被应用于眼球注视的检测，常见的方法有事件相关电位P300和稳态视觉响应(SSVEP)。P300是一种事件相关电位，主要是与心理因素相关的一种电位，是一种内源性与认知功能相关的特殊诱发正电位，是一种对小概率新异事件的反应，其经常出现于事件相关刺激后300～400毫秒的范围内。当人的眼球注视范围内出现新异刺激时，其脑电信号中将出现P300的成分。由于P300需要新异刺激的出现才能进行激发(某种视觉刺激偶然出现才会触发P300)，测量眼球注视的实时性不佳。稳态视觉诱发响应是当人的眼睛受到一定频率的闪光刺激时，大脑会自动产生与外界刺激频率或者其谐波频率相同的响应。当人的眼球注视范围内出现固定频率的闪光刺激时，其脑电信号中将出现与闪光频率相同的诱发视觉响应。稳态视觉诱发响应由于其视觉刺激的高频率闪动，测量眼球注视具有较好的实时性，但是由于其恒定频率呈现目标的方式，每个目标需要以特定的频率闪动，不同目标闪动的频率不能太过接近并且闪动的频率不能过高或者过低，从而导致在有限频带范围内可呈现的目标数有限。于此同时，恒定频率的闪光刺激具有极其强烈的不舒适感，容易诱发光敏性癫痫。上述两种方法在脑机接口方面的应用较为广泛，但通常是在静态图形或者图片中嵌入新异刺激或者恒定频率的闪光，很少应用于动态视频中。

发明内容