一种基于脑机接口鼠标控制的因特网浏览方法技术

本发明专利技术公开了一种基于脑机接口鼠标控制的因特网浏览方法，首先系统初始化，然后基于运动想象和Ｐ３００脑电电位控制鼠标在浏览器界面内移动至目标区域，如果目标是文本输入类目标，则界面切换为Ｐ３００文本输入界面，使用Ｐ３００信号检测实现文字输入，待文字输入完毕后返回浏览器界面，并将文本输入结果写入所选择的文本输入框，如果目标不是文本输入类目标则通过运动想象和Ｐ３００脑电电位信息判断是否点击目标，是则点击目标打开新的界面，否则继续在界面内移动。本发明专利技术具有控制速度快、精度高、效果好、工作稳定、可实现连续控制的优点，可在由于外界或自身因素无法移动身体或计算机鼠标情况下使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脑机接口领域，尤其是。
技术介绍
脑机接口(brain computer interface, BCI)是指在人脑和计算机或其它电子设 备之间建立的直接的交流和控制通道，它不依赖于脑的正常生理输出通路(外周神经系统 及肌肉组织)，是一种全新的人机接口方式，是近年来脑功能研究的热点课题。目前存在 着侵入式与非侵入式两大类脑机接口技术。侵入式脑机接口所获得的信号精度相对较高， 信噪比高，易于分析处理，但需要对使用者进行开颅手术，不便于长时间的信号采集，且容 易对使用者的脑部造成感染或损伤，危险性较大。非侵入式脑机接口虽然其获取的脑信号 噪声大，信号特征的可区分性差，但同时它的信号相对容易获取，不会对使用者脑部造成伤 害，而且随着信号处理方法和技术的不断进步，对头皮脑电(electroencephalogram，EEG) 的处理已经能够达到一定的水平，使脑机接口进入实际生活应用成为可能。因此，目前的研 究焦点多放在非侵入式脑机接口技术上。使用脑机接口技术进行因特网浏览器的开发为我们提供了另一种与外界交流的 途径，它无需经过常规的神经肌肉控制，在一些特殊情况下(如飞行员、宇航员等由于重力 等其他因素无法移动身体)提供了另一种输出的方法。同时在我们生活中存在着一部分患 有肌萎缩性侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)、脑干中风等的病人，他们可 能处于严重或完全瘫痪状态，只能向外界发出很少的如眨眼、呼吸等信号，无法通过正常的 神经传导、肌肉运动与外界环境进行信息交流，而他们最需要的恰恰是交流。万维网(world wide web, WWW)作为当今人类最开阔的交流平台，如果能够让这一类人群在这个平台上进 行交流，将会从很大程度上改善他们的生活质量。目前针对脑机接口浏览方法的研究主要分为两大类，一类是按字母顺序列出当 前页面所包含的所有可用超级链接并在单独的区域中显示出来，使用SCP(slow cortical potential，大脑皮层慢电位)作为控制信号，对所有超级链接进行二叉树编码选择。该类 技术的缺点是须单独列出所有超级链接，需要独立的显示界面或者需要在界面之间反复 切换。而单独列出的超级链接使得超级链接与其上下文环境脱离，可能导致使用者难以辨 别其链接目标的含义，特别是当页面上存在相同名称的超级链接时将无法对其进行区分。 另外页面中包含的图片链接也无法恰当的显示出来。同时使用者选择目标超级链接的时间 会随链接数量线性增加。另外该类方法使用SCP作为控制信号，信息传输率较低。另一类 是直接修改标准浏览器，在标准浏览器每个可用链接周围以不同颜色的边框进行显示，不 单独提供链接列表，同样使用SCP信号进行二叉树方式的离散目标链接选择，并提供虚拟 键盘进行文字输入。该类方法的缺点是因为采用离散选择机制，在每次激活链接后须按预 设 时间等待使用者阅读页面内容，不够灵活。另外同样采用SCP作为控制信号，存在信息 传输率低的问题。因此，需要专利技术一种可实现连续控制且控制时间短的基于脑机接口鼠标控制的因 特网浏览方法
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于脑机接口鼠标控制 的因特网浏览方法，该方法既可实现连续控制且控制时间相对较短。本专利技术提供了，首先系统初始化， 然后基于运动想象和P300脑电电位控制鼠标在浏览器界面内移动至目标区域，如果目标 是文本输入类目标，则界面切换为P300文本输入界面，使用P300信号检测实现文字输入， 待文字输入完毕后返回浏览器界面，并将文本输入结果写入所选择的文本输入框，如果目 标不是文本输入类目标则通过运动想象和P300脑电电位信息判断是否点击目标，是则点 击目标打开新的界面，否则继续在界面内移动。具体包括以下步骤(1)系统初始化使用者戴上电极帽后调整其位置，使电极帽中所有电极均处在 国际10-20系统的标准电极位置，然后打入导电胶并确定导电性良好；打开浏览器，系统自 动提取当前载入页面中所有可激活的目标对象，保存其类型、位置、目标链接等信息，并直 接对这些目标的选择范围进行放大，同时自动捕捉屏幕鼠标的位置，当鼠标移动到目标的 可选范围内时显示其整个可选范围；(2)鼠标二维移动使用者在浏览器中发现感兴趣的目标后通过浏览器四周的 P300键和进行运动想象产生头皮脑电信号，电极帽采集头皮脑电信号后传给计算机，计算 机根据头皮脑电信号中包含的P300信息和运动想象ERD/ERS信息特征不同，分别进行预处 理、特征提取和分类，得到鼠标的水平和垂直位移信息，然后根据位移信息控制鼠标在浏览 器上二维连续移动，直到鼠标移动至目标区域；(3)目标类型判断待鼠标移动至目标区域后，判断目标是否是文本输入类目标， 如果是的话进入步骤(4)，否则进入步骤(5)；(4)文本输入界面切换为P300文本输入界面，在输入文本时，每输入一个字符， 整个界面上的字符按钮重复闪烁η遍，在每遍闪烁中，界面上的每个字符按钮按照随机顺 序各闪烁1次；计算机对采集到的头皮脑电信号进行带通滤波，然后将对应于每个字符按 钮闪烁的数据截取0-600ms的采样点，对这些采样点进行1/6下采样(即每6个采样点选 取一个)，将对应于每个字符按钮闪烁的下采样后得到的数据连接构成一个特征向量，之后 再将η次采集所得的所有字符按钮闪烁对应的特征向量进行分类，最后确定使用者想要输 入的字符；待文本输入完毕后，返回浏览器界面并将文本输入结果写入所选择的文本输入 框中；(5)鼠标点击使用者在通过脑机接口设备使浏览器上的鼠标到达目标后，执行 相应的运动想象和Ρ300视觉刺激任务，然后脑机接口设备将产生的脑电信号传至计算机， 计算机对脑电信号中包含的Ρ300信息和运动想象ERD/ERS信息分别同时进行数据处理和 分析，最后根据分析结果判断是选择还是拒绝该目标，选择的话即打开新的界面，拒绝的话 则返回步骤(2)，重新移动鼠标。所述步骤(1)中，当对可激活目标的选择范围进行放大后，对出现目标范围重叠的现象进行如下处理(1-1)如果之前鼠标不在任何一个目标区域内，则从鼠标当前所在的所有目标 区域中选择一个中心点离鼠标当前位置最近的，作为鼠标当前进入的目标；否则进入步骤 (1-2)；(1-2)判断当前鼠标所在的目标区域中是否有前一次判断时所在的区域，如果有， 则鼠标继续处于此区域中；否则，认为鼠标之前不在任何一个目标区域内，按步骤(1-1)处理。所述步骤(2)中，计算机对头皮脑电信号中包含的P300信息预处理方法为低通 滤波，特征提取是以选择的电极的信号幅值作为特征，分类算法为支持向量机(support vector machine, SVM)算法；计算机对头皮脑电信号中包含的运动想象ERD/ERS信息预处 理方法为对信号进行降采样和CAR滤波，特征提取是以采用共同空域模式提取的空间投影 后的信号方差作为特征，分类算法为支持向量机算法。所述步骤(4)中，P300文本输入界面包括一个文本显示框和50个P300闪烁键。所述步骤(4)中，每输入一个字符重复闪烁次数η根据不同的受试者进行不同的设定。所述步骤(2)和(5)中的Ρ300界面是在浏览器的四周有8个Ρ300闪烁键，其中 上面有三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑机接口鼠标控制的因特网浏览方法，其特征在于，首先系统初始化，然后基于运动想象和Ｐ３００脑电电位控制鼠标在浏览器界面内移动至目标区域，如果目标是文本输入类目标，则界面切换为Ｐ３００文本输入界面，使用Ｐ３００信号检测实现文字输入，待文字输入完毕后返回浏览器界面，并将文本输入结果写入所选择的文本输入框，如果目标不是文本输入类目标则通过运动想象和Ｐ３００脑电电位信息判断是否点击目标，是则点击目标打开新的界面，否则继续在界面内移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李远清，余天佑，龙锦益，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]