專利名稱：一種腦機(jī)接口視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腦機(jī)接口視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)，具體地說(shuō)，本發(fā)明的腦機(jī)接口視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)是指通過(guò)投影設(shè)備將腦機(jī)接口所需的外界刺激信息，經(jīng)過(guò)多次反射后，顯示到相應(yīng)的抬頭顯示屏上，并且可以自動(dòng)調(diào)整刺激的角度和位置的裝置。本發(fā)明屬于認(rèn)知神經(jīng)領(lǐng)域與工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用，為助殘康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
腦機(jī)接口(BCI)可以在人腦和計(jì)算機(jī)或其它外界設(shè)備之間建立一種直接的信息交流和控制通道，是一種不依賴于常規(guī)大腦輸出通路(外周神經(jīng)和肌肉組織)的全新的信息交流系統(tǒng)。腦機(jī)接口的出現(xiàn)有效的提高了肢體無(wú)自主行為能力的患者的活動(dòng)范圍?，F(xiàn)有的腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)能夠進(jìn)行單詞拼寫(xiě)、網(wǎng)頁(yè)瀏覽以及收發(fā)郵件等，并通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)與電動(dòng)輪椅等外部助殘?jiān)O(shè)備結(jié)合，出現(xiàn)腦控輪椅、腦控假肢等。這些都為肢體殘疾患者提供了諸多的便利。
現(xiàn)有的腦機(jī)接口技術(shù)，最主要也是應(yīng)用最為廣泛的集中于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)(SSVEP)、 P300、事件相關(guān)去同步/同步(ERD/ERS)等三種形式。而其中SSVEP和P300兩種形式的腦機(jī)接口均需要有外部進(jìn)行相應(yīng)的刺激，才可以獲得需要的腦電信號(hào)?，F(xiàn)有的刺激形式對(duì)于SSVEP主要是采用LED光源進(jìn)行固定頻率的刺激，近幾年出現(xiàn)通過(guò)CRT/IXD的刺激形式； P300腦機(jī)接口主要采用IXD的方式實(shí)現(xiàn)。這些刺激顯示大多需要獨(dú)立的刺激器，使用者在利用腦機(jī)接口下達(dá)指令時(shí)需要注視刺激器，因而這些刺激顯示的形式存在著在進(jìn)行刺激的時(shí)候無(wú)法兼顧周圍環(huán)境信息的問(wèn)題，而頻繁的注意力的切換，會(huì)影響腦機(jī)接口性能的同時(shí)造成對(duì)周圍環(huán)境的錯(cuò)誤觀察，對(duì)于被控對(duì)象，尤其是移動(dòng)中的被控對(duì)象來(lái)說(shuō)是極其不利的。
而上面提到的問(wèn)題對(duì)于現(xiàn)有的車輛信息的顯示以及飛機(jī)上信息的顯示也存在這樣的問(wèn)題。目前技術(shù)人員提出了抬頭顯示系統(tǒng)(head-up display, HUD)的方式,將需要顯示的信息提供給該系統(tǒng)，通過(guò)光反射的原理，顯示在用戶的前方，這樣需要顯示的信息在用戶的視野前方及時(shí)的出現(xiàn)，同時(shí)不會(huì)影響用戶前方視野，避免由于用戶在低頭看各項(xiàng)儀表的時(shí)候周圍環(huán)境的突發(fā)變化，引起事故！
綜上所述，如果將抬頭顯示與腦機(jī)接口技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出一種新型的腦機(jī)接口刺激抬頭顯示系統(tǒng)，就可以很好的解決由于注意力轉(zhuǎn)移所造成的各種問(wèn)題。該種刺激顯示系統(tǒng)，可以應(yīng)用于腦控輪椅系統(tǒng)等。當(dāng)將該種刺激顯示系統(tǒng)與車輛抬頭顯示相結(jié)合，則全新的基于腦機(jī)接口技術(shù)的智能車輛將成為可能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?yàn)槭褂谜咛峁┮环N兼顧腦機(jī)接口刺激和周圍環(huán)境的交互顯示系統(tǒng)，該設(shè)備能夠在將各種控制行為和控制動(dòng)作，轉(zhuǎn)化為不同的視覺(jué)刺激信息的情況下，通過(guò)抬頭顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)這些刺激，然后由使用者通過(guò)腦電實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的具體控制。具有此種功能的系統(tǒng)可在不借助肢體移動(dòng)的情況下使通過(guò)腦電信號(hào)控制外部設(shè)備(如輪椅移動(dòng)、機(jī)械臂的抓取東西等)成為可能(例如肢體殘疾人或肢體行動(dòng)受限者在無(wú)外人幫助的情況下對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行操作控制)，同時(shí)由于兼顧了周圍的環(huán)境，使得使用者能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的危險(xiǎn)情況，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣也提高了操作的安全性。
本發(fā)明是一種腦機(jī)接口視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)，可以適用于電動(dòng)輪椅(5)，使用者坐在電動(dòng)輪椅(5)上，所述顯示系統(tǒng)包括支座(11)，布置在電動(dòng)輪椅(5)的腳踏板附近；投影設(shè)備(10 )，布置在支座(11)的第一傾斜部分(111)上；第一鏡面(9 )，安裝在支座(11)的豎直部分(112)上；第二鏡面(8)，安裝在支座(11)的第二傾斜部分(113)上；顯示部分(6)，布置在電動(dòng)輪椅(5)的外部，位于使用者的視野的正前方，其中，第二鏡面(8)和第一鏡面(9) 之間的夾角是可調(diào)節(jié)的，顯示部分(6)可調(diào)節(jié)地連接到電動(dòng)輪椅(5)，與對(duì)第二鏡面(8)和第一鏡面(9)之間的夾角的調(diào)節(jié)聯(lián)動(dòng)的調(diào)節(jié)顯示部分(6)。
支座(11)的豎直部分(112)形成在支座(11)的第一傾斜部分(111)的一端；支座 (11)的第二傾斜部分(113)位于第一傾斜部分(111)上方且與豎直部分(112)隔開(kāi)預(yù)定距離；豎直部分(112)和第二傾斜部分(I 13)通過(guò)中間部分(I 14)連接。
支座(11)的內(nèi)部形成中空空間；豎直部分(112)的上表面形成有開(kāi)口 ；第一鏡面[9]安裝在豎直部分(112)的形成所述內(nèi)部空間的內(nèi)表面上；第二鏡面(8)安裝在第二傾斜部分(I 13)直接面對(duì)豎直部分(I 12)的表面上。
顯示部分(6 )由反射膜形成；顯示部分(6 )通過(guò)頂棚(I)可調(diào)節(jié)地連接到電動(dòng)輪椅(5)。
在第二鏡面(8)的背面的下部的邊緣設(shè)置有轉(zhuǎn)軸(13);在第二傾斜部分(113)的與轉(zhuǎn)軸(13)對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有孔；轉(zhuǎn)軸(13)穿過(guò)該孔，并連接到外部動(dòng)力源，從而調(diào)節(jié)第二鏡面(8)。
投影設(shè)備(10)、第一鏡面(9)、第二鏡面(8)以及顯示部分(6)之間滿足一定的關(guān)系，使得從投影設(shè)備(10)發(fā)射的刺激信息能夠顯示在顯示部分(6)上。
防塵罩(7)蓋住豎直部分(112)的上表面、第二傾斜部分(113)的直接面對(duì)豎直部分(112)的表面的整個(gè)邊緣。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(I)避免了傳統(tǒng)腦機(jī)接口刺激顯示系統(tǒng)無(wú)法兼顧周圍信息的問(wèn)題，提高了安全
(2)由于該系統(tǒng)顯示的刺激可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，這樣就為刺激信息的實(shí)時(shí)的修改提供了可能，并有利于構(gòu)建更加人性化的界面設(shè)計(jì)；
(3)各個(gè)組成模塊的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，能夠使使用者對(duì)輪椅的使用更加方便、更加人性化；
(4)本發(fā)明可以通過(guò)對(duì)電動(dòng)輪椅進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造就可行使用，因此更加便攜。


圖I是本發(fā)明的使用示例圖。
圖2是本發(fā)明中視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)的構(gòu)造圖。
圖3是圖2中視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)的分解立體圖。
圖4是圖3中視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)的放大立體圖。
圖5是圖2中刺激顯示的光路圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參見(jiàn)圖I所示，該圖顯示的是本發(fā)明使用示例圖。在圖I中，顯示系統(tǒng)的投影部分4布置在電動(dòng)輪椅5上，優(yōu)選地，布置在電動(dòng)輪椅5的腳踏板附近(但是不妨礙使用者(例如，行動(dòng)不方便的人)上下電動(dòng)輪椅5)，投影部分4發(fā)射刺激信息，該刺激信息順序經(jīng)過(guò)第一鏡面9和第二鏡面8的反射(將在下面描述第一鏡面9和第二鏡面8及刺激信息如何反射)，顯示在抬頭顯示系統(tǒng)的顯示部分2 (由固定到電動(dòng)輪椅5的頂棚I支撐，其具體位置將在下面描述)上。使用者坐在電動(dòng)輪椅5上，能夠通過(guò)注視經(jīng)由顯示部分2顯示的刺激信息，誘發(fā)出相應(yīng)腦電信號(hào)，該腦電信號(hào)發(fā)送至(優(yōu)選地)布置在電動(dòng)輪椅5的靠背外的腦電采集和處理系統(tǒng)3，腦電采集和處理系統(tǒng)3通過(guò)本領(lǐng)域已知的算法解讀出使用者的真實(shí)意圖， 并通過(guò)處理單元(未示出)將相應(yīng)的意圖轉(zhuǎn)化為對(duì)電動(dòng)輪椅5的控制命令，并輸出該控制命令，從而使使用者利用其腦電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)輪椅5的控制。
圖2是本發(fā)明中顯示系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖3是圖2中顯示系統(tǒng)的分解立體圖。圖4 是圖3中顯示系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)的放大立體圖。
在圖2和圖3中，根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)主要由投影設(shè)備10 (例如，投影儀)、包括第一鏡面9和第二鏡面8的反射部分、顯示部分6以及外罩(也被稱為防塵罩，主要用于保護(hù)和防塵)7、支座11等組成。
如上所述,支座11布置在電動(dòng)輪椅5的腳踏板附近,其具體形狀如圖3所示。支座 11包括形成支座11的底部的第一傾斜部分111、形成在形成支座11 一端的豎直部分112、 以及位于第一傾斜部分111上方且與豎直部分112隔開(kāi)預(yù)定距離的第二傾斜部分113。其中，豎直部分112和第二傾斜部分113通過(guò)中間部分114連接，投影設(shè)備10安裝在第一傾斜部分111上，第一鏡面9安裝在豎直部分112上，第二鏡面8安裝在第二傾斜部分113上。
防塵罩7安裝到支座11，以使防塵罩7蓋住豎直部分112的上表面(在該上表面中形成有開(kāi)口)、第二傾斜部分113的直接面對(duì)豎直部分112的表面的整個(gè)邊緣，從而保護(hù)第一鏡面9和第二鏡面8。
顯示部分6布置在支座11的外部，優(yōu)選地，如圖I所示，布置在電動(dòng)輪椅5的前方， 由頂棚I支撐，方便使用者抬頭觀看。可根據(jù)使用者的平均身高等參數(shù)合適地確定顯示部分6與地面的距離。
支座11的內(nèi)部形成中空空間，且豎直部分112的上表面形成有開(kāi)口，以便來(lái)自投影設(shè)備10的刺激信號(hào)經(jīng)過(guò)該中空空間，到達(dá)第一鏡面9，然后經(jīng)過(guò)第一鏡面9的反射，經(jīng)過(guò)該開(kāi)口，到達(dá)第二鏡面8，經(jīng)過(guò)第二鏡面8的反射，最后到達(dá)顯示部分6，以在顯示部分6上顯示出來(lái)。
為了最大程度地反射刺激信號(hào)以及最優(yōu)地顯示刺激信號(hào)，第一鏡面9和第二鏡面 8均需要滿足一定的要求(在后面有描述)，顯示部分6由光反射膜貼膜構(gòu)成，但是不限于此 (亦可以選擇具有HUD顯示功能的玻璃構(gòu)成)。另外，為了調(diào)節(jié)刺激信號(hào)最終到達(dá)顯示部分 6的位置，可以調(diào)節(jié)支座11的第二傾斜部分113的傾角，進(jìn)而調(diào)節(jié)第二鏡面8和第一鏡面9 之間的夾角，這將在后面描述。
如圖4所示，在第一鏡面9和第二鏡面8的邊緣部分(即，四個(gè)拐角處)開(kāi)孔(具體地說(shuō)，螺栓孔)，以使第一鏡面9和第二鏡面8分別螺栓連接到支座11的豎直部分112和第二傾斜部分113。另外，如上所述，為了調(diào)節(jié)第二鏡面8和第一鏡面9之間的夾角，在第二鏡面8的背面(B卩，直接接觸第二傾斜部分113的表面)的下部的邊緣設(shè)置有轉(zhuǎn)軸13，且在支座11的第二傾斜部分113的與轉(zhuǎn)軸13對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有孔，轉(zhuǎn)軸13穿過(guò)該孔，延伸到支座11的外部，并連接到外部動(dòng)力源(例如，電機(jī))，將會(huì)根據(jù)這些模塊之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系(在后面有描述)獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
此外，第二鏡面9還通過(guò)支撐架15支撐在支座11的支撐底座14上，支撐架15抵靠在支座11的豎直部分112上。這樣，第二鏡面9被固定，第二鏡面8可調(diào)節(jié)。
圖5是圖2中刺激顯示的光路圖。通過(guò)第一鏡面9和第二鏡面8實(shí)現(xiàn)將來(lái)自投影設(shè)備10的刺激信息，反射到顯示部分6上，能夠有效的降低投影設(shè)備10與顯示部分6之間的距離，降低腦機(jī)接口視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)的體積，提高其便攜性。
本發(fā)明的視覺(jué)刺激顯示系統(tǒng)參照?qǐng)D2至圖4的描述的各個(gè)模塊之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系將依據(jù)光路的走向設(shè)定(見(jiàn)圖5)，為
I、為了使投影設(shè)備10的刺激信息能夠完全在顯示部分6上顯示，則需要滿足第一鏡面9的鏡面高度X滿足投影距離為D(投影設(shè)備10與第一鏡面9間的距離)下的要求；而第一鏡面9的鏡面寬度同樣需要滿足對(duì)應(yīng)投影距離為D的情況下的要求。如果投影設(shè)備10 為投影儀，則可以根據(jù)投影儀本身的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行設(shè)計(jì)；如果投影設(shè)備10為其他發(fā)光體， 如高亮度的LCD屏，則需要滿足該屏信息能夠在限定的距離范圍內(nèi)顯示在第一鏡面9上；
2、第二鏡面8由于是接收第一鏡面9反射的信息，因此，在位置關(guān)系上受到投影設(shè)備10投影到第一鏡面9的信息反射角度的影響，而第二鏡面8與第一鏡面9的相對(duì)距離由會(huì)引起反射到第二鏡面8的范圍問(wèn)題。故在投影設(shè)備10和第一鏡面9的具體的位置和尺寸固定條件下(以第一鏡面9垂直支撐底座14為例)，需要滿足第二鏡面8的傾斜角度β (第二鏡面8與底座11的夾角)和第二鏡面8的鏡面高度Y滿足關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種腦機(jī)接口刺激抬頭顯不系統(tǒng)，可以用于電動(dòng)輪椅(5),使用者坐在電動(dòng)輪椅(5)上，所述抬頭顯示系統(tǒng)包括 支座(11)，布置在電動(dòng)輪椅(5)的腳踏板附近； 投影設(shè)備(10 )，布置在支座(11)的第一傾斜部分(111)上； 第一鏡面(9)，安裝在支座(11)的豎直部分(112)上； 第二鏡面(8 )，安裝在支座(11)的第二傾斜部分(113 )上； 顯示部分(6)，布置在電動(dòng)輪椅(5)的外部，位于使用者的視野的正前方， 其中，第二鏡面(8)和第一鏡面(9)之間的夾角是可調(diào)節(jié)的，顯示部分(6)可調(diào)節(jié)地連接到電動(dòng)輪椅(5);與對(duì)第二鏡面(8)和第一鏡面(9)之間的夾角的調(diào)節(jié)聯(lián)動(dòng)地調(diào)節(jié)顯示部分(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抬頭顯示系統(tǒng),其中 支座(11)的豎直部分(112)形成在支座(11)的第一傾斜部分(111)的一端； 支座(11)的第二傾斜部分(113)位于第一傾斜部分(111)上方且與豎直部分(112 )隔開(kāi)預(yù)定距離； 豎直部分(112)和第二傾斜部分(I 13)通過(guò)中間部分(I 14)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抬頭顯示系統(tǒng),其中 支座(11)的內(nèi)部形成中空空間； 豎直部分(112)的上表面形成有開(kāi)口 ； 第一鏡面(9)安裝在豎直部分(112)的形成所述內(nèi)部空間的內(nèi)表面上； 第二鏡面(8 )安裝在第二傾斜部分(113)直接面對(duì)豎直部分(112 )的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抬頭顯示系統(tǒng),其中 顯示部分(6)由反射膜形成； 顯示部分(6 )通過(guò)頂棚(I)可調(diào)節(jié)地連接到電動(dòng)輪椅(5 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抬頭顯示系統(tǒng),其中 在第二鏡面(8)的背面的下部的邊緣設(shè)置有轉(zhuǎn)軸(13)； 在第二傾斜部分(113)的與轉(zhuǎn)軸(13)對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有孔； 轉(zhuǎn)軸(13)穿過(guò)該孔，并連接到外部動(dòng)力源，從而調(diào)節(jié)第二鏡面(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抬頭顯示系統(tǒng),其中 投影設(shè)備(10)、第一鏡面(9)、第二鏡面(8)以及顯示部分(6)之間滿足一定的關(guān)系，使得從投影設(shè)備(10)發(fā)射的刺激信息能夠顯示在顯示部分(6)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抬頭顯示系統(tǒng)，所述抬頭顯示系統(tǒng)還包括 防塵罩(7)，蓋住豎直部分(112)的上表面、第二傾斜部分(113)的直接面對(duì)豎直部分(113)的表面的整個(gè)邊緣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?yàn)槭褂谜呒骖櫮X機(jī)接口刺激和周圍環(huán)境的顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在將各種控制行為和控制動(dòng)作，轉(zhuǎn)化為不同的視覺(jué)刺激信息的情況下，通過(guò)抬頭顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)這些刺激，然后由使用者通過(guò)腦電實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的具體控制。該系統(tǒng)可以根據(jù)不同的使用者的具體要求獲得具體的安裝位置，根據(jù)系統(tǒng)的隨動(dòng)設(shè)置，自適應(yīng)的獲得最佳的顯示狀態(tài)。
文檔編號(hào)A61G5/10GK102973371SQ20121049501
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者畢路拯, 范新安, 羅妮妮, 丁洪生, 介科, 張鍵平 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)