本发明专利技术涉及一种基于校正/训练的眼电控制系统和方法。本系统包括眼电信号采集与放大系统、眼电信号处理系统和智能系统。采集与放大系统的传感器放置于眼睛周围，其输出连接到信号处理系统；信号处理系统与智能控制系统之间通过无线传输的方式相连接。具体工作过程为：采集与放大系统通过眼电传感器获取眼电信号，进行增益放大、滤波；信号处理系统提取眼电信号特征，将之与校正训练模式下保存的眼姿势特征参数进行匹配分析，判断眼姿势类型,无线发送命令编码至智能控制系统。智能控制系统输出控制信号实现对受控设备的控制，本发明专利技术测量精度高、鲁棒性好、操作简单，可以帮助提高肢残人士的独立生活能力；还可用于危险或条件苛刻的特殊工作场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学工程、信息学、控制工程等多学科交叉的领域，更具体地说是一种。
技术介绍
传统的人机交互设备(键盘、鼠标、手写板、触摸屏等)无法满足许多残疾人与外界交互的正常需求。于是，科学家研究各种生物电(脑电、肌电、眼电等)的采集、处理和控制系统来实现多模态的无障碍人机交互，以期帮助残疾人与外界顺利沟通、提高他们独立生活的能力。在此背景下，出现了眼电控制系统。1849年,Du Bois-Reymond等人发现,人眼的运动与人体皮肤表面电极电势之间存在着关系。这种电势关系由眼睛的角膜与视网膜不断地重复极化与去极化过程产生的电势差引起，称为角膜-视网膜电势(Corneal-Retinal Potential, CRP)。此电势产生的电流由视网膜一侧不断流向角膜一侧，故而形成一个角膜端为正极、视网膜端为负极的电场。其电势大小在几十UV至几mV之间，频率在0 IOOHz之间。当眼球运动时，角膜与视网膜之间的电势差会随眼球的运动而不断变化，该电势差即是眼电信号(electro-oculogram,E0G)。眼电信号随眼球运动而不断变化眼球左右运动，产生水平眼电信号；眼球上下运动，产生垂直眼电信号。将皮肤电极分别放在眼睛的内外眦部皮肤表面上，通过记录两个电极间的电势差变化可以获得眼电信号，继而通过眼电信号处理和控制来实现人机交互。专利CN 200910117156. 7是基于眼电信号的人机交互系统。该系统采用单极导联方式来采集眼电信号，信号幅值较低，且容易受各种干扰影响，采集精度不高。另外，不同人的眼球运动状态和各种眼姿势的特征值会有细微的差别，这种差别在一定程度上会影响用户使用眼电进行交互控制的精度和准确度。所以，为了提高眼电控制系统的鲁棒性和可靠性，需要增加用户自我校正训练环节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种，提高了用眼电进行交互控制的鲁棒性、可靠性和应用精度。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案 一种基于校正/训练的眼电控制系统，包括眼电信号采集与放大系统、眼电信号处理系统和智能控制系统。其特征在于所述采集与放大系统的传感器放置于眼睛周围，其输出连接到信号处理系统；信号处理系统与智能控制系统之间通过无线传输的方式相连接。具体工作过程为采集与放大系统通过眼电传感器获取眼电信号，进行增益放大、滤波；信号处理系统提取眼电信号特征，将之与校正训练模式下保存的眼姿势特征参数进行匹配分析，判断眼姿势类型，无线发送命令编码至智能控制系统。智能控制系统输出控制信号实现对受控设备的控制。所述的眼电信号采集与放大系统包括双导联电极传感器和信号滤波与增益放大单元。所述的双导联电极传感器包括电极A、电极B、电极C、电极D和电极E，其中电极A作为接地电极，置于前额中央位置处；电极B与电极C共同用于记录垂直通道上的眼电信号，电极B置于右侧眼睑中央直线上方，距瞳孔约30mm处，电极C置于右侧眼睑中央直线下方，距瞳孔约30mm处；电极D与电极E共同用于记录水平通道上的眼电信号，置于眼球双外毗部的水平线上，电极D距右眼外毗部约20mm处，电极E置于左眼外毗部约20mm处。所述的信号滤波与增益放大单元包括依次连接的无源高通滤波器、电压跟随器、放大器、低通滤波器以及右腿驱动单元。所述无源高通滤波器与双导联电极传感器的输出端相连，对双导联电极传感器输出的水平/垂直眼电信号进行高通滤波，高通滤波的截止频率为0. 159Hz。所述电压跟随器的输入端与无源高通滤波器的输出端相连，其输出端既与放大器的输入端相连，又与右腿驱动单元的输入端相连。所述放大器为二级放大器，其中前级放大倍数为200，后级放大倍数为10。所述低通滤波器的输入端与放大器的输出端相连，对增益放大后的眼电信号进行低通滤波，低通滤波截止频率为38Hz。低通滤波器的输出端与信号处理系统中的A/D 模数转换器的模拟信号输入端相连。所述右腿驱动单元的输入端与电压跟随器的输出端相连，其输出端与信号处理系统中的A/D模数转换器的参考信号输入端相连。所述眼电信号处理系统包括A/D模数转换器、微处理器模块、无线发送模块和液晶显示屏。A/D模数转换器的输入端与所述低通滤波器的输出端相连；将模拟眼电信号转换成数字信号，输出到与其相连的微处理器。在正常工作模式下，微处理器模块对接收的数字眼电信号进行在线特征提取、模式识别，实时判断出操作者的眼姿势；并对识别出的不同眼姿势进行相应的命令编码，经无线发送模块传输至智能控制系统。在校正训练模式下，微处理器控制与其相连的液晶显示屏，显示用户校正/训练所需要的图形与文字。所述的不同眼姿势是指眼睛的不同运动状态，包括眼睛在上、下、左、右方向的扫视、有意眨眼、凝视等动作。所述智能控制系统包括依次相连的无线接收模块、带D/A转换功能的微控制器和具体的受控设备。所述具体的受控设备包括智能轮椅、功能简单的小型电子设备等。所述无线接收模块接收信号处理系统无线发送的命令编码，传输至微控制器；微控制器完成命令解码和D/A数模转换，输出控制信号或模拟驱动信号，控制具体的受控设备完成相应动作。一种基于校正/训练的眼电控制方法，采用上述系统进行眼电控制，具有如下操作步骤 1)系统初始化； 2)工作模式选择； 3)眼电信号采集与滤波； 4)眼电信号处理； 5)产生控制/驱动信号。所述步骤I)系统初始化是指系统上电后，逐一完成各器件的初始化工作，包括微处理器、A/D模数转换器的初始化、液晶显示屏的初始化、带D/A数模转换功能的微控制器的初始化以及无线发送模块和无线接收模块的初始化。所述步骤2)中的工作模式包括校正训练模式和正常工作模式。当系统通电启动后，微处理器完成初始化工作，控制液晶显示屏显示选择菜单“是否进入校正训练模式？ ”操作者按下“是”按钮选择“校正训练模式”，按下“否”按钮选择“正常工作模式”。进入校正训练模式后，微处理器控制液晶显示屏显示校正训练的界面，供操作者训练使用。所述校正训练模式规定操作者从液晶屏的中心区域开始，按照显示界面上标注的数字顺序轨迹转动眼睛，具体操作步骤如下 ①眼睛凝视中心区域数秒,接着从中心区域出发,先向左做慢速扫视运动,再回到中心区域，连续眨眼2次，停留数秒；重复此过程数次。②眼睛从中心向右做慢速扫视运动，再回到中心，连续眨眼2次，停留数秒；重复此过程数次。③眼睛从中心向上做扫视运动，再回到中心，连续眨眼2次，停留数秒；重复此过程数次。 4眼睛从中心向下做慢速扫视运动，再回到中心，连续眨眼2次，停留数秒；重复此过程数次。在此过程中，采集与放大系统采集上述眼睛运动时的眼电信号，对其进行滤波和增益放大，信号处理系统分析、辨识这些眼姿势并将对应的特征参数保存到微处理器自带的存储器中。如有必要，微处理器也可以外接容量更大的存储器。当各种眼姿势特征参数保存完毕，显示屏显示问询信息“是否要继续训练？ ”按下“是”按钮，重复上述步骤；按下“否”按钮，退出校正训练模式，自动进入正常工作模式。所述正常工作模式操作者不需要按照显示屏上设定好的眼动轨迹来转动眼睛，而是从实际控制需要出发，转动眼睛来完成相应的控制动作。所述步骤4)眼电信号处理包括对眼电信号进行预处理、特征提取、模式识别和命令编码。所述预处理对眼电信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于校正/训练的眼电控制系统，包括眼电信号采集与放大系统(1)、眼电信号处理系统(2)和智能控制系统(3)，其特征在于所述采集与放大系统(1)的传感器放置于眼睛周围，其输出连接到信号处理系统（2）；信号处理系统（2）与智能控制系统（3）之间通过无线传输的方式相连接，具体工作过程为：采集与放大系统通过眼电传感器获取眼电信号，进行增益放大、滤波；信号处理系统提取眼电信号特征，将之与校正训练模式下保存的眼姿势特征参数进行匹配分析，判断眼姿势类型,无线发送命令编码至智能控制系统；智能控制系统输出控制信号实现对受控设备的控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林敏，李斌，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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