脑电 BCI 系统的软硬件开发平台发展现状

脑-机接口系统(brain-computer interface,BCI)是一种将大脑活动信息直接转换为人工输出的系统,允许用户通过思维 活动直接控制外部设备。 脑电图技术(electroencephalogram,EEG)可以实时获取大脑活动产生的神经生理电信息,具有无创、低 廉、高时间分辨率等优点,是 BCI 获取大脑活动信息的主流方式之一。 脑电 BCI 系统具有脑电信号采集、处理和输出结果的功 能,能够诱发特征脑电,并控制外部设备,在康复、医疗诊断和神经科学研究等领域具有巨大的应用价值。 随着脑电 BCI 系统应 用需求不断增加,确保其快速高效地部署和应用的技术越来越重要。 结合近些年脑电 BCI 系统研究和应用,综合论述目前用于 开发脑电采集和编解码的硬件和软件平台的技术,分析归纳其当前现状与未来趋势,以促进开发脑电 BCI 系统软硬件平台的有 效发展。     

脑-机接口及其应用研究

主要研究脑-机接口的定义、基本构成、应用领域及其发展前景,以及提出并实现了1套完整可行的脑-机接口系统应用方案——基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口控制系统设计与实现.系统搭建在LabVIEW平台上,利用LabVIEW的小波包信号分解和重构模块,实现对稳态视觉诱发电位的有效提取.系统的功能是利用脑电信号进行任务选择和对图...     

基于皮层慢电位的自发脑电实验设计与研究j

针对基于自发脑电信号的脑机接口研究,设计了一种科学的且易实现的运动想象实验范例,利用运动想象脑电作为BCI的控制信号。该实验方案能有效地获得可识别的、具有特征性的自发脑电,满足脑机接口实验要求,为BCI的研究提供了一种更加自然、更加实用的控制方式。     

基于 P300 与 ErrP 决策融合的脑-机接口目标检测方法

针对脑-机接口(BCI)技术在目标检测中的应用仍然存在检测准确率受限的问题,提出基于事件相关电位(ERP)中的 P300 与错误相关电位(ErrP)决策融合的新型编解码方法。 BCI 系统编码方面通过目标图像和视觉反馈分别诱发 P300 与 ErrP 特征,解码方面采用单独 P300 特征、单独 ErrP 特征、P300 与 ErrP 特征层融合、P300 与 ErrP 决策层融合这 4 种方案进行目标检 测。 10 名健康受试者 4 种方案进行目标检测的平均结果显示,使用 P300 与 ErrP 决策层融合的平衡正确率最高,达到 80. 03%± 5. 20%,相比单独使用 P300 特征的方法提升了 4. 38%,相比单独使用 ErrP 特征的方法提升了 11. 29%,验证了混合 BCI 技术在 目标检测任务中的可行性。     

基于皮层慢电位的自发脑电实验设计与研究

针对基于自发脑电信号的脑机接口研究,设计了一种科学的且易实现的运动想象实验范例,利用运动想象脑电作为BCI的控制信号.该实验方案能有效地获得可识别的、具有特征性的自发脑电,满足脑机接口实验要求,为BCI的研究提供了一种更加自然、更加实用的控制方式.     

基于视听交互刺激的认知机理与脑机接口范式研究进展

与人类视听觉感知密切相关的图像、语音和文本(语言)信息在社会经济发展与国家安全保障等领域中扮演着重要角色,脑机接口(BCI)是无需外围神经肌肉便可操控外部设备、使"思想"直接变成"行动"的创新技术,基于视、听觉刺激的BCI系统具有极其广阔应用前景。目前认知心理学研究普遍认为视听交互刺激模式可产生比视或听单模态刺激更强的事件相关电位信号,因而可使识别大脑思维模式的正确率更高和响应速度更快,然而BCI研究至今尚难有充分验证其优势的成果。分别从认知心理机制和BCI实验范式两方面综述了视听交互刺激的信息整合机制、视听刺激之间的协同与竞争关系、匹配度对刺激效果的影响及相关BCI实验范式的研究现状;深入分析了视听交互刺激范式未在现有BCI系统中体现其优越性的原因;最后从BCI实验范式选择、系统硬件性能改进、脑电信号处理等方面提出了改进思路并展望了基于视听交互刺激BCI范式研究未来动向。     

自发脑电信号的支持向量机分类算法

针对自发脑电信号的特征分类,将基于支持向量机(SVM)的算法应用于脑机接口(BCI)系统,提出一种基于自适应遗传算法优化SVM模型参数的脑电信号分类算法,获得最佳的分类性能。以基于小波包分解得到的系数均值和子空间能量作为特征向量,利用BCI 2005data setⅢb标准数据分析了该方法的实验背景和理论依据,并与基于经验SVM的分类结果、基于普通遗传算法优化SVM参数的分类结果、基于概率神经网络的分类结果以及竞赛的最好精度进行了比较,表明所提出方法运用在实际系统中的有效性和优越性。     

VR技术发展及其在日常生活中的应用初探

当前,人们对于VR一词已经不再陌生,虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)为主的现代信息技术带领人们进入了技术构建的新虚拟时代。在生活中各处,VR虚拟现实技术的应用正呈现蓬勃发展的态势,并且更多全新的领域将进入探索阶段。本文针对VR虚拟现实的技术概念,结合当前VR虚拟现实技术研发的现状和应用,展开深层次的分析和展望,希望可以把VR虚拟现实技术相关发展情况进行更为全面的介绍,从而为VR技术的普及推广起到推动作用。     

DSP在基于想象动作电位的脑-机接口中的应用

应用数字信号处理器设计了一个基于想象动作电位的脑-机接口系统,通过模拟滤波与数字信号器处理相结合的方法,实现了对想象动作电位信息的有效采集和处理.系统在硬件上设计了脑电信号放大器,DSP开发板;对脑电信号放大、AD转换后,通过分类特征提取处理后,完成动作识别与控制命令的输出.将数字信号处理器应用在脑-机接口中,利用数字信号处理器优异的处理能力和丰富的外设资源,实现了一个嵌入式、微型化的脑-机接口构建,实现了脑-机接口实时处理与微型化.     

结合表面肌电与稳态视觉诱发电位的混合脑机接口关键技术研究

脑-机接口技术旨在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经和肌肉的交流与控制通道。基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口是目前信息传输率最高的无创脑 机接口范式，但是仍低于传统的交互方式。提出一种结合表面肌电与稳态视觉诱发电位的混合脑 机接口，以进一步提高系统的信息传输率。通过不同频率的高频稳态视觉诱发电位结合sEMG编码，实现二者混合脑 机接口系统。利用典型相关分析方法对SSVEP信号进行频率识别，sEMG的检测则采用频域分析方法。来自8名健康受试者的离线结果表明该系统能够获得8428% 的平均准确率，平均信息传输率为7263 bits/min。这些结果为结合表面肌电与稳态视觉诱发电位的混合脑 机接口研究奠定了基础。     

Vision-based motion control for robotic systems

The paper presents recent advances of vision-based motion control for robotic systems. The visual feedback loop is very effective for increasing the dexterity and flexibility of robot's task. With the development of vision and computer technology, the visual feedback applications are remarkably expanded for various robotic systems. In the paper, at first, a variety of vision-based approaches in Japan are overviewed from the viewpoint of motion control scheme, and fundamental formulations of visual servo controller are described. And two kinds of visual feedback applications are introduced with several experimental evaluations. The first one is non-delayed visual tracking approach using active stereo vision. It is found that the target motion estimation is an important issue for fast tracking. The other is the motion controller for wheelchair-type mobile robots based on optical flow field. The vision-based feedback controller conducts the force-related motion. Then, the vision makes dynamic environmental change transmitted to human operator through force interaction. The validity of these approaches are evaluated by experimental results. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

影响立体图像舒适度的亮度范围测定

结合人眼视觉特性提出了一种改进的极限法—逐级步长逼近法,利用逐级步长方法首次定量研究亮度因素对观看双目立体图像舒适度的影响。通过大量实验定义了双目立体图像舒适亮度匹配图和舒适亮度差异图,并进一步验证了2图的普适性,根据两图判定立体灰度图像是否舒适的准确率达到92%以上。实验结果能够更好地反映立体灰度图像的舒适度,为立体图像舒适度的主客观评价提供了依据。     

基于白车身检测的传感器网络微控制器设计

白车身视觉检测站是处于环境恶劣的汽车焊装现场,需要高可靠、快速的通讯控制系统。该系统不仅要具有实时监控和数据处理能力,还要具有良好的开放性,方便工作人员进行修改和调试。根据上述测量要求,构建了基于Modbus-自有协议的视觉检测站控制网络,分析了视觉传感器微控制器的硬件构成,设计了传感器微控制器及其与测量计算机之间的通讯模块,实现了主机对视觉传感器的可靠控制。近两年在白车身测量现场的应用表明,该控制系统能够很好地满足白车身视觉检测站在汽车焊装现场长期、可靠的工作需求。     

面向图像语义分类的视觉单词集成学习方法

针对图像的特性,提出了1种视觉单词集成学习方法.该方法建立在3种初始映射方法的基础上,并充分利用图像的矩、纹理直方图、图像傅里叶描述子等图像视觉特征来分类图像语义.相对于3种初始映射方法,采用Boosting集成学习方法生成的视觉单词集合在图像语义分类上比单独使用任意1种映射方法生成的视觉单词集合有明显的提高.实验结果表明,本文所提出的视觉单词Boosting集成学习方法在图像语义区分性和描述能力方面是有效的,能充分反映人对图像内容的理解,具有很好的应用价值.     

可视化编程在微机保护中的实现

提出了一种新的编程方法来实现微机保护——可视化保护。可视化保护的思想是根据相应的保护定制对应的保护逻辑图,然后在保护平台上搭建图形程序,运行得到可执行程序,再下装到硬件平台中。介绍了可视化平台的功能与特点——高效性、可靠性、灵活性和开放性。论述了可视化平台微机保护系统的结构、功能和特点,以及保护元件库的构成。通过实现方向低压闭锁过流保护的应用实例说明了可视化编程方法在微机保护中应用的可行性和优点,并对可视化编程与常规编程两种不同方法进行了比较。得出的结论是可视化编程在微机保护中的应用具有非常重要的意义,使微机保护的实现变得更加简单、灵活和可靠。     

基于优化空间金字塔匹配模型的图像分类

基于空间金字塔匹配模型(SPM)的图像分类中,构建视觉词直方图时对图像中所有特征都是同等对待,没有考虑到图像中不同区域特征的影响因子.显然,图像中目标区域比背景区域的特征重要性要大,为了避免图像中不重要区域的特征给图像分类带来干扰,提出了一种优化空间金字塔模型的图像分类方法.首先利用模拟退火算法与遗传算法相结合的聚类算法(SAGA)构造视觉词典,然后利用视觉注意机制构造加权的视觉词直方图.该方法在不丢失图像的全局信息的情况下,还考虑到了图像中各个区域对图像分类的重要性.最后将图像的表示向量使用SVM训练和分类.实验表明,本方法能够提高图像分类的准确率.     

基于智能视觉物联网的变电站红外监测系统

变电站电力设备故障导致大面积停电时会造成巨大的经济损失和社会影响。根据电力设备故障会产生温度异常的特点,提出一种基于智能视觉物联网的变电站红外监测系统。该系统通过无线组网实现远程监控,对设备发热异常进行实时报警。利用基于空间位置约束和方向约束的红外图像与可见光图像配准方法实现异常发热区域的精确定位。对异常发热区域和温度较高区域打上视觉标签,分析温度变化情况,预防故障的发生和升级。实验结果表明,该系统能够准确、实时地检测和定位设备温度异常区域,对温度过高区域进行持续监测并对故障进行预警,为变电站设备异常监测提供了可靠保证。     

电光源在雾气中的视觉可见度实验研究

本文通过分析目前雾浓度的计量方法以及气象能见度与目标物可见度的区别,建立一个评价雾浓度等级的新方法,并在模拟的稳定雾场环境中,研究不同视觉条件下雾浓度对视力清晰度的影响。     

基于小目标视看距离的隧道照明安全性研究

隧道作为公路交通系统中不可缺少的一部分,由于其半封闭的管状空间特征,内部无法接受到自然光照。因此,为了保证驾驶员的视觉功效与安全性,需要对隧道空间内部进行全天候的人工照明。而以安全性为首要目标、兼顾节能性的隧道照明,需要提供适宜的道路表面亮度、色温等照明指标,从而在合理的照明能耗下使驾驶员达到保障驾驶安全所需的视看距离,即能够在发现障碍物后拥有充足的反应时间以避免交通事故的发生。本文在足尺隧道实验场地中,以小物体90%发现率所对应的视看距离作为最长可视距离评价指标,通过人因实验,探索不同道路表面亮度、色温的照明条件组合对隧道空间内驾驶员视看距离的影响。结果表明,道路表面亮度对最长可视距离影响显著,色温造成的影响则与道路表面亮度、驾驶员年龄等因素有关。     

基于“视觉亮度”的白光LED光色性能研究

从＂视觉亮度＂的角度,研究了脉冲驱动和恒流驱动下白光LED的光色性能。实验结果表明：占空比小于70%时,脉冲驱动LED的光通量比直流驱动的低,但是人眼感觉到的＂视觉亮度＂却相等;占空比大于70%时,脉冲驱动下消耗的功率值低于直流驱动的,光通量却高于直流驱动;高脉冲电流驱动下的白光LED的色坐标向等能白光靠近2.5%~4.6%,光谱三原色的蓝色比值增加约为5%,色温也得到明显的提高,从而增强人眼对白光LED发光亮度的刺激响应。同时,运用视觉脉冲响应函数和人眼视觉惰性的特性对Talbot定律做了简单的修正。并结合人眼的感光特性,很好的解释了脉冲驱动能够提高人眼＂视觉亮度＂的现象。