[发明专利]一种基于非侵入式脑机接口的意念控制虚实融合反馈方法

说明书

本发明为一种基于非侵入式脑机接口的意念控制虚实融合反馈方法，包括便携式干电极脑电采集模块、信号分析处理模块和虚实融合显示模块。在局域网或蓝牙互联环境中，采用便携式干电极脑电采集设备采集脑电数据并发送给信号分析处理模块；信号分析处理模块对脑电数据进行处理分析并计算生成意念控制数据然后发送给虚实融合显示模块；虚实融合显示模块将意念控制数据可视化映射到虚实融合场景中，并向使用者提供信息反馈。本发明通过由脑电信号计算产生的意念控制数据与增强现实显示反馈信息进行脑电信号和虚实融合场景双向实时交互，实现根据使用者的意念打造实时变化的沉浸式交互环境，具有非侵入式、便携简单、虚实融合的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于非侵入式脑机接口的意念控制虚实融合反馈方法，具体地说，是一种利用便携式干电极脑电采集设备收集脑电数据、信号分析处理模块分析和处理脑电数据传输给虚实融合显示模块进行实时可视化呈现和信息反馈的方法。

背景技术

脑机接口(Brain Computer Interface，BCI)技术可用于收集使用者的脑电波，在医学领域可以辅助治疗以提供有效可行的治疗手段；在教学中可以帮助研究者通过数据更好地了解学生，从而验证何种教学或学习过程是最有效的。它实现了大脑与外界环境的直接交互，在教育和医学领域具有极大的应用潜力。早期的时候检测脑电波需要很多复杂的准备，检测时需要通过侵入式或非侵入式的电极固定在被试的头上，实验成本大且需要十分专业的操作。随着技术的进步，目前已经出现了简易便捷的装置可以采集脑电信号，这种装置轻巧便携，使用干电极采集被试的脑电信号，提供了在各种活动中更加灵活地测量脑波技术并对使用者进行双向交互和实时反馈的可能性。

已有的一种基于多模态脑机接口的智能家电控制护理装置及方法(专利公布号：CN105446158A)将使用者的脑电信号进行采集并基于P300的脑机接口来选择控制家电设备及相关操作的控制，该装置及方法主要针对卧床瘫痪病人，因此使用者需要在特定空间和位置状态下；一种基于增强现实和意念控制的机器人控制方法(专利公布号：CN110434877A)利用使用者脑电数据对增强现实环境中的虚拟机器人进行动作控制，由虚拟机器人的动作姿态生成姿态数据作为控制机器人执行相关动作的指令，没有将意念控制数据直接用于控制对象，利用增强现实技术进行画面呈现来辅助间接实现意念控制真实机器人动作，该发明需要事先收集场地实景图像数据，且使用者需要分别佩戴意念头戴设备和AR设备；一种采用移动终端结合AR技术的智能头盔(专利公告号：CN210382801U)公开了一种将脑电信号转化为电脑指令并分析使用者对所观察到的某一区域或物体的喜恶程度并返回给移动终端的设备，该设备实现了初级控制技术，采用增强现实技术进行画面和物体呈现，但没有充分利用增强现实技术的虚实融合和沉浸式的特征来达到实时双向交互，除此之外，该发明使用传统重量级头盔，散热性和舒适度不如便携式干电极脑电采集设备。

该脑电设备还可以用于测量学习过程中的注意力。注意力是指人的心理活动指向和集中于某种事物的能力，集中注意力可以使人高效地学习，在实际的学习过程中，学习者的注意力容易分散，学习效率会有所降低，因而出现了一些基于脑机接口的、有针对性的注意力训练设备和方法来辅助注意力的提升，例如，“一种基于EEG的实时人脑注意力测试和训练系统”(专利公布号：CN201710164162.2)公开了一种通过脑电EEG信号评估注意力水平，从而用户根据实时的生物反馈，提高注意力，并改善在注意力实验中的表现的方法；“一种基于脑机交互的注意力训练方法及系统”(专利公布号：CN201611106017.0)公开了一种基于脑机交互的方法，通过脑电节律的变化获得专注度的评估，并通过智能终端反馈其在虚拟闯关游戏中的训练结果，反馈以视觉信息的方式在二维平面。现有的技术主要缺点在于使用过程中设备较为繁重、显示效果不佳，没有形成实时双向交互和信息反馈，使用环境受限等。

发明内容

为了克服现有脑电信号应用技术所需设备较为繁重、显示效果不佳，未形成实时双向交互和信息反馈，使用环境受限等问题，本发明提供一种利用便携式干电极脑电采集设备和轻量级移动设备对脑电信号进行数据采集和计算处理，通过增强现实技术实时显示使用者的意念数据值并实施反馈，营造人脑和计算机之间的双向实时交互的工具。