基于视觉诱发脑电的脑机接口研究与实现

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1、Ｐ１－中固分类号Ｔ３９．４论文编号１００６０１６０１９４学科分类号５１０．８０６０密级＊涛绛乂净ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＸ＾ｓＮ／￡，ｍ．ｆｃｍ硕±学位论文ａｉｉＳｌｉｌ１Ｓ＾ｂｔｇ４ｉＡＷＭ＾基于视觉诱发脑电的脑机接口研究与实现Ｓｔｕｄｙａ打ｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＧｒａｉｎｐＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰｉ田選■国ｒ控制科学与工程控制科学与工程■压ｉｌ

2、道ｆｅｌｌ郭光瑞董恩增副教授天津理工大学研究生院二〇－六年二月独准Ｉ牲声巧本人声明所呈义的学位论文是本人在导师指巧Ｋ进巧的研究Ｘ作和取，得的研究成果，除了文中特别加、标注和致谢之处外论文中不包含其他工人。经发表或撰写过的硏先成果，也不包含为获得天津理大学或１其他教台扣构的学位或证书而使用过的材料。与我印．１：作的同志对本研究所做的任何贡献均化论文中作／明确的说明井农不／谢息。＇；７■巧季位冷丈作者签名：Ｉｆ也签李日期：川各年月ｙｊ学化冷文狀权使巧援权术本学位论文作者亢全了解义津

3、理工夫学巧关做留、使川学位论文的规沾。特授权天津理工大学可Ｗ将学伎论文的全部或部分内容编入巧乂数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫搞等安制下段保存、汇编，■Ｗ供查阅和借阅。巧意学校向岡家巧关部口或机构送交论义的碁本和电／文件。（保密的华位论文在解密折适用本校权说明）孚往冷＾丈作者签名：知导师签名；＾却砰签季日期：ＴＷ告年＞月王日签李可期；２口／／（年２刀巧？斗分类号：510.8060密级：天津理工大学研究生学位论文基于视觉诱发脑电的脑机接口研究与实现（申请硕士学位）学科专业：控制科学与工

4、程研究方向：控制理论与控制工程作者姓名：郭光瑞指导教师：董恩增副教授2016年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeStudyandImplementationofBrainComputerInterfaceSystemBasedonVisualEvokedEEGByGuoGuangruiSupervisorDongEnzengFebruary2016摘要脑机接口技术可以建立一条“大脑-计算机-设备”新通道，而不依赖传统的外周神经

5、和肌肉组织，因此可为四肢严重残疾的患者提供一种新的对外控制或交流的方式。脑机接口技术涉及神经科学、认知科学、控制科学等多个学科。随着计算机技术及脑科学的发展，脑机接口技术已经成为国内外研究的热门领域之一。本文主要研究基于视觉诱发脑电信号的脑机接口系统，稳态视觉诱发电位和p300是两种常用于脑机接口研究的视觉诱发电位。本文对稳态视觉诱发电位脑机接口和p300脑机接口中的关键技术进行了研究，主要从视觉刺激界面设计、脑电信号采集、脑电信号处理以及在线控制系统实现等几个方面开展工作。对于稳态视觉诱发电位的分析，根据其频率特性明显的特点

6、，采用小波分解重构、快速傅里叶变换、典型相关性分析的方法分别对其进行预处理、特征提取和模式分类。离线实验中采集了8名受试者在四类任务下的稳态视觉诱发脑电数据，通过小波去噪声结合典型相关性分析的方法对四类任务下稳态视觉诱发电位进行模式分类，取得了85%以上的平均正确率。在稳态视觉诱发脑电数据离线分析的基础上，本文实现了基于稳态视觉诱发电位的在线脑机接口系统，受试者可以通过选择注视视觉刺激界面中的不同闪烁块控制NAO机器人向不同方向运动。8名受试者通过该脑机接口系统来控制NAO机器人的运动，每3秒向下位机发送一次控制指令，并最终取

7、得了87.5%的平均正确率。本文针对p300时域特征明显同时具有一定频率性分布规律的特性，采用了带通滤波结合独立成分分析、叠加平均结合小波包分解、支持向量机模式分类的方法对p300脑电信号分别进行预处理、特征提取和模式分类。实验采集了六名受试者p300脑电信号，六类任务模式条件下分类的平均正确率达到80%以上。本研究首先对稳态视觉诱发电位和p300的离线数据进行了分析，针对不同电位的不同特性选择了相应的信号处理算法，在离线条件下取得了较高的正确率。另外，本文实现了使用方便且具备较高正确率和通信速率的在线脑机接口系统，对脑机接口

8、技术的实际应用具有推进作用。关键词：脑机接口脑电信号视觉诱发信号处理机器人控制AbstractThetechnologyofBrain-computerinterfacecanbuildanew"brain-computer-device"channel,whichdoesn