基于P300腦機(jī)接口的視覺目標(biāo)選取.pdf

1、基于P300事件相關(guān)腦電電位的腦機(jī)接口（Brain-computer interface，BCI）系統(tǒng)能通過檢測有效的腦電信號(hào)完成目標(biāo)選擇任務(wù)，是應(yīng)用最廣泛的BCI類型之一。傳統(tǒng)的P300-BCI系統(tǒng)，一般基于行/列范式或其衍生范式進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。然而隨著P300-BCI的應(yīng)用場景逐漸從實(shí)驗(yàn)室環(huán)境向日常真實(shí)環(huán)境拓展，這種規(guī)則的排布范式已經(jīng)無法有效適應(yīng)真實(shí)環(huán)境下目標(biāo)的復(fù)雜信息。為此，本文提出一種基于圖像分割方法和雙層選擇的P300范式(im

2、age segmentation and two-step based paradigam， IST)的目標(biāo)選擇方法，進(jìn)而提高腦機(jī)接口系統(tǒng)對真實(shí)環(huán)境下的目標(biāo)選擇能力。
　　IST范式的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文采用計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中的圖像分割方法，利用基于墑的超像素分割算法對背景圖像進(jìn)行分割。然后根據(jù)分割的區(qū)域模塊設(shè)計(jì)了雙層閃爍實(shí)驗(yàn)范式，并對其刺激時(shí)間、刺激類型、刺激編碼、信號(hào)處理算法等都做了設(shè)計(jì)。為了驗(yàn)證該范式的有效性，我們設(shè)計(jì)了與單次

3、閃爍范式的對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，IST范式在真實(shí)場景下的目標(biāo)平均選擇準(zhǔn)確率和平均信息傳輸率分別為86.0％和22.1bits/min，單層閃爍范式為69.0%和10.29bits/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，IST范式明顯優(yōu)于單次閃爍范式，是一個(gè)有效的可以推廣的實(shí)驗(yàn)范式。
　　IST范式的優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析。本文基于不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從不同的角度對IST范式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并提出優(yōu)化思路：第一，設(shè)計(jì)了圖像復(fù)雜度與在線選擇準(zhǔn)確率之間關(guān)系的驗(yàn)證實(shí)

4、驗(yàn)，通過分析二者之間的相關(guān)性特征，提出通過圖像處理方法降低圖像復(fù)雜度的優(yōu)化思路；第二，通過對最優(yōu)trial數(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析了IST范式中的 trial數(shù)優(yōu)化選擇的問題；第三，通過分析在實(shí)驗(yàn)過程中對被試的調(diào)查問卷，探討了基于圖像分割的P300-BCI范式人性化優(yōu)化方法。第四，基于目標(biāo)刺激受到的鄰接非目標(biāo)閃爍的錯(cuò)誤干擾，通過設(shè)計(jì)分散分組編碼與集中分組編碼的對比實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步優(yōu)化了分組編碼機(jī)制，提升了系統(tǒng)的性能。上述的四個(gè)方向的實(shí)驗(yàn)