一种脑电采集装置、脑电目标识别方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种脑电采集装置、脑电目标识别方法和装置，属于目标检测与识别技术领域，解决了现有脑电信号信噪比低，对脑电目标检测性能低的问题。脑电采集装置包括多个干电极，采集脑电信号，其上表面与导线连接，其下表面与待测皮肤接触的界面处涂覆或蒸镀有生物膜

【技术实现步骤摘要】
一种脑电采集装置、脑电目标识别方法和装置


[0001]本专利技术涉及目标检测与识别
，尤其涉及一种脑电采集装置、脑电目标识别方法和装置。

技术介绍

[0002]在目标检测与识别领域，深度学习等方法已取得广泛应用。但深度学习等方法需要依靠大样本建模，对于样本量较少、样本信噪比低等情况下其性能会大大降低。当前，对于小样本目标检测与识别主要依靠人工手动方法来实现。
[0003]然而，人工手动方法效率低，无法在大数据背景样本的情况快速检测识别出目标。目前已有一些基于脑电的目标快速检测与识别方法，但受限于脑电传感电极性能，尤其是干电极的界面性能，导致采集到的脑电信号信噪比较低，使得对脑电目标检测与识别性能不够高。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种干电极、其脑电采集装置及脑电目标识别方法和装置，用以解决现有脑电信号信噪比低，使得对脑电目标检测与识别性能低的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种脑电采集装置包括：多个干电极，用于采集脑电信号，其上表面与导线连接，以及其下表面用于与待测皮肤接触的界面处涂覆或蒸镀有生物膜-纳米管，其中，所述生物膜-纳米管，包括：TiO2纳米管，与所述干电极下表面连接，其中，每个TiO2纳米管从根部到整个管壁均镶嵌有Au或Pt纳米粒子；以及生物膜，为由高生物相容性、静电吸附、高电化学活性的生物膜结合多级别尺度Au纳米粒子组成的固态电解质并位于所述TiO2纳米管外表面处。
[0006]上述技术方案的有益效果如下：使用生物膜/金(或铂)/TiO2纳米管对干电极表面进行修改，提高干电极对脑电信号的传感能力。干电极由于不需要导电膏，可直接佩戴就能使用，快捷方便。每个TiO2纳米管从根部到整个管壁均镶嵌着Au或Pt纳米粒子，具有高的电子输运能力；其表面的固态电解质膜，可起到粘附皮肤、富集水分、降低异相界面电荷转移电阻的作用，提高电极对脑电的传感采集性能。
[0007]基于上述装置的进一步改进，脑电采集装置还包括放大器，与多个干电极中每个干电极上表面的导线连接，用于放大所述脑电信号。
[0008]另一方面，本专利技术实施例提供了一种脑电目标识别方法，包括：在所述增强现实眼镜中快速呈现已知标签图片并使用以上所述的脑电采集装置同步采集所述第一脑电信号；构建长短时记忆神经网络模型，并利用所述第一脑电信号训练所述长短时记忆神经网络模型以获取脑电解码模型；在所述增强现实眼镜中呈现多张待识别图片并同步采集第二脑电信号；以及将所述第二脑电信号输入所述脑电解码模型，以对与所述第二脑电信号相对应的所述多张待识别图片进行分类。
[0009]基于上述方法的进一步改进，在所述增强现实眼镜中快速呈现已知标签图片进一步包括：对多张图片中的每张图片进行类别标注，以构建图片库，其中，所述图片库包括多张已知标签图片；人员佩戴所述增强现实眼镜；以及以包为单位按预设帧速在所述增强现实眼镜中快速呈现所述多张已知标签图片，其中，每包包括N张所述已知标签图片，N为所述预设帧速的1.5倍。
[0010]基于上述方法的进一步改进，对多张图片中的每张图片进行类别标注进一步包括：将存在第一目标的图片标注为标签1；将存在第二目标的图片标注为标签2；将存在第三目标的图片标注为标签3；以及将没有所述第一目标、所述第二目标和所述第三目标的图片标注为标签4，其中，所述第一目标、第二目标和第三目标分别为人、汽车或动物。
[0011]基于上述方法的进一步改进，使用包括多个生物膜-纳米管干电极的脑电采集装置同步采集所述第一脑电信号进一步包括：在以包为单位，按预设帧速在所述增强现实眼镜中快速呈现所述多张已知标签图片的同时，所述脑电采集装置在人员注视所述多张已知标签图片过程中采集所述第一脑电信号；以及在每包开始呈现的时刻，所述增强现实眼镜向所述脑电采集装置发送同步标签。
[0012]基于上述方法的进一步改进，利用所述第一脑电信号训练所述长短时记忆神经网络模型以获取脑电解码模型进一步包括：按照每张已知标签图片呈现的时间长度为100毫秒，将所述第一脑电信号划分为多个训练样本；每个训练样本为T*C的二维矩阵，所述每个训练样本利用与所述每个训练样本相对应的已知标签图片的标签进行标注，其中，T为每一张图片呈现的时间长度内截取的脑电数据长度，C为脑电采集通道数；以及利用所述多个训练样本训练所述所述长短时记忆神经网络模型以获取脑电解码模型。
[0013]基于上述方法的进一步改进，在所述增强现实眼镜中呈现待识别图片并同步采集第二脑电信号进一步包括：以包为单位按预设帧速在所述增强现实眼镜中快速呈现所述多张待识别图片，所述脑电采集装置在人员注视所述多张待识别图片过程中采集所述第二脑电信号；以及在每包开始呈现的时刻，所述增强现实眼镜向所述脑电采集装置发送同步标签。
[0014]基于上述方法的进一步改进，将所述第二脑电信号输入所述脑电解码模型，以对与所述第二脑电信号相对应的所述多张待识别图片进行分类进一步包括：按照每张待识别图片呈现的时间长度为100毫秒，将所述第二脑电信号划分为多个待分类脑电信号；每个待分类脑电信号为T*C的二维矩阵，其中，T为每一张图片呈现的时间长度内截取的脑电数据长度，C为脑电采集通道数；以及所述脑电解码模型对每包15张待识别图片呈现1秒时间段内的待分类脑电信号进行分析，并对包内的待识别图片进行分类和标注。
[0015]又一方面，本专利技术实施例提供了一种脑电目标识别装置，包括：训练集获取模块，用于在所述增强现实眼镜中快速呈现已知标签图片并使用以上所述的脑电采集装置同步采集所述第一脑电信号；脑电解码模型构建模块，用于构建长短时记忆神经网络模型，并利用所述第一脑电信号训练所述长短时记忆神经网络模型以获取脑电解码模型；待测信号获取模块，用于在所述增强现实眼镜中呈现待识别图片并同步采集第二脑电信号；以及识别模块，用于将所述第二脑电信号输入所述脑电解码模型，以对与所述第二脑电信号相对应的所述待识别图片进行分类。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0017]1、使用生物膜/金(或铂)/TiO2纳米管对干电极表面进行修改，提高干电极对脑电信号的传感能力。干电极由于不需要导电膏，可直接佩戴就能使用，快捷方便。由TiO2(二氧化钛)纳米管高密度聚集而成，每个TiO2纳米管从根部到整个管壁均镶嵌着Au或Pt纳米粒子，具有高的电子输运能力；其表面则由纳米粒子被电活性生物膜包覆构成了与皮肤接触的固态电解质膜，可起到粘附皮肤、富集水分、降低异相界面电荷转移电阻的作用，提高电极对脑电的传感采集性能。
[0018]2、对多目标图片样本量要求较少，图片质量要求低，可提升对多目标的检测与识别效率，并且建模时间短，可快速适应新任务。
[0019]3、采用穿戴式增强现实作为图片呈现载体，方便移动和户外实用。
[0020]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脑电采集装置，其特征在于，包括：多个干电极，用于采集脑电信号，其上表面与导线连接，以及其下表面用于与待测皮肤接触的界面处涂覆或蒸镀有生物膜-纳米管，其中，所述生物膜-纳米管，包括：TiO2纳米管，与所述干电极下表面连接，其中，每个TiO2纳米管从根部到整个管壁均镶嵌有Au或Pt纳米粒子；以及生物膜，为由高生物相容性、静电吸附、高电化学活性的生物膜结合多级别尺度Au纳米粒子组成的固态电解质并位于所述TiO2纳米管外表面处。2.根据权利要求1所述的脑电采集装置，其特征在于，还包括放大器，与多个干电极中每个干电极上表面的导线连接，用于放大所述脑电信号。3.一种脑电目标识别方法，其特征在于，包括：在所述增强现实眼镜中快速呈现已知标签图片并使用权利要求1至2中的任一项所述的脑电采集装置同步采集所述第一脑电信号；构建长短时记忆神经网络模型，并利用所述第一脑电信号训练所述长短时记忆神经网络模型以获取脑电解码模型；在所述增强现实眼镜中呈现多张待识别图片并同步采集第二脑电信号；以及将所述第二脑电信号输入所述脑电解码模型，以对与所述第二脑电信号相对应的所述多张待识别图片进行分类。4.根据权利要求3所述的脑电目标识别方法，其特征在于，在所述增强现实眼镜中快速呈现已知标签图片进一步包括：对多张图片中的每张图片进行类别标注，以构建图片库，其中，所述图片库包括多张已知标签图片；人员佩戴所述增强现实眼镜；以及以包为单位按预设帧速在所述增强现实眼镜中快速呈现所述多张已知标签图片，其中，每包包括N张所述已知标签图片，N为所述预设帧速的1.5倍。5.根据权利要求4所述的脑电目标识别方法，其特征在于，对多张图片中的每张图片进行类别标注进一步包括：将存在第一目标的图片标注为标签1；将存在第二目标的图片标注为标签2；将存在第三目标的图片标注为标签3；以及将没有所述第一目标、所述第二目标和所述第三目标的图片标注为标签4，其中，所述第一目标、所述第二目标和所述第三目标分别为人、汽车或动物。6.根据权利要求4所述的脑电目标识别方法，其特征在于，使用包括多个生物膜-纳米管干电极的脑电采集装置同步采集所述第一脑电信号进一步包括：在以包为单位，按预设帧速在所述增强现实眼镜中快速呈现所述多张已知标签图片的同时，所述脑电采集装置在人员注视所述多张已知标...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远方，贾正伟，魏小倩，张利剑，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：