[发明专利]基于混沌检测原理的稳态视觉诱发电位识别系统及方法

权利要求书

1.一种基于混沌检测原理的稳态视觉诱发电位信号识别系统，其特征在于，包括以下模块：

信号采集模块：在使用者头部视觉枕区不同位置分别安放8个测量电极，8个测量电极为POz、PO3、PO4、PO5、PO6、Oz、O1和O2，在其单侧耳垂位置安放参考电极R，在其前额Fpz位置安放地电极G，使用脑电采集设备完成对脑电信号的测量；

信号预处理模块：对信号采集模块采集到的信号进行预处理，利用切比雪夫带通滤波器提取低频段的信号，再通过共平均参考，将多通道脑电信号降维处理；

混沌系统设计模块：利用Duffing方程，建立混沌系统动力学系统，利用采集到的模板信号训练混沌系统动力学系统的初始参数；

特征识别模块：将混沌动力学系统调整到临界状态，通过加入信号预处理模块处理过的待测SSVEP信号，判断混沌动力学系统状态变化，实现对待测SSVEP信号的特征识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于混沌检测原理的稳态视觉诱发电位信号识别系统，其特征在于：所述的混沌动力学系统设计模块首先以Duffing方程建立初始混沌动力学系统，其方程表达式如下：

其中，k——阻尼系数；ax+bx³——非线性恢复力；a——弹簧的线性刚性系数；b——弹簧的非线性刚性系数；γcos(ωt)——内置周期驱动力；γ——驱动力的幅值；

然后，通过外加脑电模板信号作为s(t)，再利用经验参数对初始混沌动力学系统方程进行配置，方程表达式为：

利用配置混沌动力学系统相轨迹和分岔图，判断配置混沌动力学系统从混沌态到周期态突变的相点，确定γ参数的大小，从而完成混沌系统的建立。

3.根据权利要求1所述的一种基于混沌检测原理的稳态视觉诱发电位信号识别系统，其特征在于：所述的特征识别模块先将混沌系统设置到混沌态到大尺度周期态突变的临界状态，索引待测信号对应的单个棋盘格运动刺激单元刺激频率，将内置驱动力的频率ω设置为与目标频率相同；

引入预处理后的SSVEP信号，通过观察混沌系统的相轨迹图，判断混沌系统是否发生状态变化；若从混沌态突变为大尺度周期态，则待测信号存在目标频率特征；若无，则定步长调整内置驱动力信号的相位，直到一个循环结束，循环内只要出现状态突变，则判断待测信号存在目标频率特征，若无，则目标频率特征未被诱发。

4.根据权利要求3所述的一种基于混沌检测原理的稳态视觉诱发电位信号识别系统，其特征在于：所述的特征识别模块单次识别结束后，重复识别过程，实现对多试次的SSVEP信号进行识别，记录识别结果。

5.一种基于混沌检测原理的稳态视觉诱发电位识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，信号采集模块进行脑电信号的采集：

1.1)在使用者头部视觉枕区不同位置分别安放8个测量电极，8个测量电极为POz、PO3、PO4、PO5、PO6、Oz、O1和O2，在其单侧耳垂位置安放参考电极R，在其前额Fpz位置安放地电极G；

1.2)打开视觉刺激装置，刺激界面是显示器屏幕上显示的单个棋盘格运动刺激单元，刺激单元通过正弦或余弦调制方式进行收缩和扩张，形成视觉刺激；视觉刺激频率范围为3Hz～20Hz，频率间隔为0.5Hz，显示器屏幕上每次出现一个刺激目标，每个刺激目标的运动频率在上述范围内随机选取，但不重复出现；

1.3)打开脑电采集设备，将采集开始时间设置为视觉刺激出现前0.3s，视觉刺激持续3s，停止采集的时间设置为视觉刺激结束后0.7s；

步骤2，信号预处理模块进行脑电信号预处理：

利用切比雪夫I型滤波器，将脑电信号滤波到2～30Hz；再通过共平均参考，将多通道脑电信号降维处理，采用差分思想，将各个通道脑电信号数据进行叠加平均作为虚拟参考电极，并将其它电极测得的信号与虚拟参考电极信号相减来消除噪声干扰，其表达式如下：

式中：——电极i与参考电极之间的电位差，V_i——中心电极，n——导联数目，V_j——参考电极，选取Oz作为中心电极进行处理；

步骤3，混沌系统设计模块建立混沌系统：

3.1)以Duffing方程建立初始混沌动力学系统，其方程表达式为：

其中，k——阻尼系数；ax+bx³——非线性恢复力；a——弹簧的线性刚性系数；b——弹簧的非线性刚性系数；γcos(ωt)——内置周期驱动力；γ——驱动力的幅值；

3.2)通过外加脑电模板信号作为s(t)，再利用经验参数对初始混沌动力学系统进行配置，其方程表达式为：

3.3)利用配置混沌动力学系统相轨迹和分岔图，判断配置混沌动力学系统从混沌态到周期态突变的相点，确定γ参数的大小，从而完成混沌系统的建立；

步骤4，特征识别模块进行SSVEP特征识别：

4.1)通过调整参数γ，将混沌系统设置为混沌态向大尺度周期态突变的临界状态，索引待测信号对应的单个棋盘格运动刺激单元刺激频率，将内置驱动力的频率ω设置为与目标频率相同；

4.2)引入步骤2预处理后的SSVEP信号，通过观察混沌系统的相轨迹图，判断混沌系统是否发生状态变化；若从混沌态突变为大尺度周期态，则待测信号存在目标频率特征；若无，则定步长调整内置驱动力信号的相位，直到一个循环结束，循环内只要出现状态突变，则判断待测信号存在目标频率特征，若无，则目标频率特征未被诱发；

4.3)单次识别结束后，重复步骤4.2)，实现对多试次的SSVEP信号进行识别，记录识别结果。