本發(fā)明涉及人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種基于腦信號(hào)控制設(shè)備的方法、其控制設(shè)備及人機(jī)交互系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

人腦中有許多的神經(jīng)細(xì)胞在活動(dòng)著，神經(jīng)元的離子電流會(huì)產(chǎn)生電壓變動(dòng)，這種微弱的生物電變化就是腦電波，也叫腦電圖(electroencephalogram，簡(jiǎn)稱eeg)。近年來(lái)，隨著腦電波的采集識(shí)別技術(shù)的日漸成熟，基于腦電波控制的人機(jī)交互設(shè)置作為一種具有新興體驗(yàn)日益活躍?；谀X電波人機(jī)交互的原理是預(yù)先建立腦電波數(shù)據(jù)與受控設(shè)備的操作指令的映射關(guān)系，從而在獲取腦電波數(shù)據(jù)后，根據(jù)該映射關(guān)系確定該腦電波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的操作指令，指示受控設(shè)備執(zhí)行該操作指令。

然而，由于人類的腦電波變化速度非?？?，且在注意力不集中的情況下容易發(fā)生跳變，那么在這樣的前提下受控設(shè)備所執(zhí)行的操作指令可能是錯(cuò)誤或無(wú)效的操作指令。上述問(wèn)題均影響人機(jī)交互操作的準(zhǔn)確性，降低用戶體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于腦信號(hào)控制設(shè)備的方法、其控制設(shè)備及人機(jī)交互系統(tǒng)，用以提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法，包括：

在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)周期性地獲取腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)，根據(jù)獲取的所述腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征所述腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)的數(shù)值在所述預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的腦電波形曲線和腦氧波形曲線；

確定所述腦電波形曲線和所述腦氧波形曲線是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行匹配操作的條件；

在所述腦電波形曲線和所述腦氧波形曲線符合所述條件時(shí)，控制所述受控設(shè)備執(zhí)行所述匹配操作。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述方法中，所述在所述腦電波形曲線和所述腦氧波形曲線符合所述條件時(shí)，控制所述受控設(shè)備執(zhí)行所述預(yù)設(shè)操作，包括：

在所述腦電波形曲線的數(shù)值增加量大于或等于第一閾值且所述腦氧波形曲線的數(shù)值減小量大于或等于第二閾值時(shí)，確定大腦處于活躍狀態(tài)；控制所述受控設(shè)備執(zhí)行與大腦活躍狀態(tài)的匹配操作；

在所述腦電波形曲線的數(shù)值減小量大于或等于第三閾值且所述腦氧波形曲線的數(shù)值增加量大于或等于第四閾值時(shí)，確定大腦處于平靜狀態(tài)；控制所述受控設(shè)備執(zhí)行與大腦平靜狀態(tài)的匹配操作。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述方法中，所述在所述腦電波形曲線和所述腦氧波形曲線符合所述條件時(shí)，控制所述受控設(shè)備執(zhí)行所述預(yù)設(shè)操作，還包括：

在所述預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)，所述腦電波形曲線與所述腦氧波形曲線中的至少一種的數(shù)值變化量小于設(shè)定閾值時(shí)，保持所述受控設(shè)備執(zhí)行當(dāng)前執(zhí)行的操作。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述方法中，所述確定所述腦電波形曲線和所述腦氧波形曲線是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件，包括：

提取所述腦電波形曲線中的腦電特征，并提取所述腦氧波形曲線中的腦氧特征；

將提取出的所述腦電特征與所述腦氧特征進(jìn)行特征融合；

確定融合后的特征數(shù)據(jù)是否符合控制所述受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于腦信號(hào)的控制設(shè)備，包括：腦電信號(hào)檢測(cè)裝置、腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置以及處理器；其中，所述腦電信號(hào)檢測(cè)裝置與所述腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置分別與所述處理器連接；

所述處理器，用于控制所述腦電信號(hào)檢測(cè)裝置與所述腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)周期性地檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)，根據(jù)獲取的所述腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征所述腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)的強(qiáng)弱所述預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的腦電波形曲線和腦氧波形曲線；并在確定出所述腦電波形曲線和腦氧波形曲線符合所述條件時(shí)，向所述受控設(shè)備發(fā)送控制指令，使所述受控設(shè)備與所述控制指令對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)操作。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，所述腦電信號(hào)檢測(cè)裝置為腦電檢測(cè)電極。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，所述腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置包括：檢測(cè)光源，以及與所述檢測(cè)光源間隔設(shè)定距離的光傳感器；其中，

所述檢測(cè)光源，用于向大腦皮層發(fā)射設(shè)定波段的光，以使發(fā)射光與大腦皮層的血氧組織相互作用；

所述光傳感器，用于檢測(cè)未與所述血氧組織作用經(jīng)過(guò)在大腦皮層反射的所述設(shè)定波段的光。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，所述所述檢測(cè)光源包括封裝于同一封裝結(jié)構(gòu)中的第一發(fā)光芯片和第二發(fā)光芯片；

所述第一發(fā)光芯片的發(fā)射光波長(zhǎng)為760nm，所述第二發(fā)光芯片的發(fā)射光波長(zhǎng)為850nm。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，還包括：連接在所述處理器與所述腦電檢測(cè)電極之間的第一濾波放大電路。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，還包括：連接在所述處理器與所述光傳感器之間的第二濾波放大電路。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，還包括：與所述檢測(cè)光源連接的驅(qū)動(dòng)電路。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，還包括：無(wú)線傳輸模塊，用于將所述處理器的控制指令傳輸給所述受控設(shè)備。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，所述腦電信號(hào)檢測(cè)裝置與所述腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置集成于同一頭部佩戴部件。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種人機(jī)交互系統(tǒng)，包括上述任一基于腦信號(hào)的控制設(shè)備及受控設(shè)備。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于腦信號(hào)控制設(shè)備的方法、其控制設(shè)備及人機(jī)交互系統(tǒng)，通過(guò)在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)周期性地獲取腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)，根據(jù)獲取的腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)的數(shù)值在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的的腦電波形曲線和腦氧波形曲線；確定腦電波形曲線和腦氧波形曲線是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件；在腦電波形曲線和腦氧波形曲線符合條件時(shí)，控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作。相比于現(xiàn)有技術(shù)中僅基于腦電信號(hào)進(jìn)行設(shè)備控制的方式，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備控制方法，同時(shí)檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)生成腦電波形曲線和腦氧波形曲線，兩種數(shù)據(jù)同時(shí)與控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件進(jìn)行匹配判斷，可以避免單一數(shù)據(jù)在發(fā)生跳變等情況時(shí)造成誤操作，提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法的流程圖之一；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法的流程圖之二；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的腦信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的腦電信號(hào)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置的工作原理圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)光源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)光源的連接示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的腦信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴部件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法、其監(jiān)測(cè)設(shè)備及人機(jī)交互系統(tǒng)，用以提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明更全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)，因而將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。本發(fā)明中所描述的表達(dá)位置與方向的詞，均是以附圖為例進(jìn)行的說(shuō)明，但根據(jù)需要也可以做出改變，所做改變均包含在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。

首先，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法，可以包括如下步驟：

s101、在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)周期性地獲取腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)的數(shù)值在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的腦電波形曲線和腦氧波形曲線；

s102、確定腦電波形曲線和腦氧波形曲線是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行匹配操作的條件；

s103、在腦電波形曲線和腦氧波形曲線符合條件時(shí)，控制受控設(shè)備執(zhí)行匹配操作。

由于腦電信號(hào)的變化速度較快，很容易受到外界因素的影響，因此僅以腦電信的變化來(lái)控制設(shè)備執(zhí)行操作很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤或無(wú)效的操作。有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備控制方法，在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)同時(shí)檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征腦電信號(hào)和信號(hào)的數(shù)值在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的腦電波形曲線和腦氧波形曲線，兩種波形曲線數(shù)據(jù)同時(shí)與控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件進(jìn)行匹配判斷，可以避免單一數(shù)據(jù)在發(fā)生跳變等情況時(shí)造成誤操作，提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。而腦氧信號(hào)相比于腦電信號(hào)來(lái)說(shuō)相對(duì)穩(wěn)定，且對(duì)大腦的活躍狀態(tài)也有比較敏感的變化，將兩種腦信號(hào)的特性配合使用，可以有效提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

具體地，腦電信號(hào)是在大腦活動(dòng)時(shí)，神經(jīng)元的離子電流會(huì)產(chǎn)生電壓變動(dòng)。大量神經(jīng)元同步發(fā)生的突觸后電位經(jīng)總和后形成了腦電波。在一段時(shí)間內(nèi)記錄其電壓的變化生成的腦電波即為上述的腦電數(shù)據(jù)。它記錄大腦活動(dòng)時(shí)的電波變化，是腦神經(jīng)細(xì)胞的電生理活動(dòng)在大腦皮層或頭皮表面的總體反映。在腦在活躍狀態(tài)、注意力比較集中的情形下，腦電波的變化頻率較大，而隨著注意力下降至腦平靜狀態(tài)，腦電波的變化頻率也隨之減小。

腦氧信號(hào)通常采用紅外檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。大腦的不同組織對(duì)近紅外光譜具有不同的吸收和散射特征。大腦對(duì)紅外光的吸收會(huì)隨著功能活動(dòng)的局部變化而產(chǎn)生局部響應(yīng)。當(dāng)大腦處于活躍狀態(tài)時(shí)，會(huì)引起局部腦組織細(xì)胞與氧代謝，從而引起相應(yīng)區(qū)域內(nèi)血氧濃度的變化。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)腦組織血氧狀態(tài)，也可用來(lái)評(píng)價(jià)大腦功能活動(dòng)。在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備控制方法中，上述的腦氧信號(hào)的監(jiān)測(cè)設(shè)備用于向大腦皮層發(fā)射近紅外波段的紅外光，經(jīng)過(guò)大腦皮層的反射后由光傳感器接收檢測(cè)被返回的紅外光，由此來(lái)確定被大腦所吸收的紅外光的量，從而確定出血氧含量，判斷大腦的活躍狀態(tài)。

具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)大腦的工作量隨著加大時(shí)，對(duì)氧的需求會(huì)即刻隨之增大，這樣在想象任務(wù)過(guò)程中經(jīng)過(guò)腦組織的血流量和血紅蛋白數(shù)目就會(huì)增加，那么對(duì)入射的近紅外光的吸收也將隨著增加。被吸收的光增加，則被反射回的光減少，光傳感器所能感受到的光強(qiáng)變?nèi)?，通過(guò)這樣的方式就能夠監(jiān)測(cè)到腦氧信息的變化。在本發(fā)明實(shí)施例中腦氧波形曲線可為光傳感器在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)所檢測(cè)到的光信號(hào)的變化曲線。

由此，在上述的步驟s103中，在腦電波形曲線和腦氧波形曲線符合條件時(shí)，控制受控設(shè)備執(zhí)行匹配操作，具體可以包括以下幾種情況：

(1)在腦電波形曲線的數(shù)值增加量大于或等于第一閾值且腦氧波形曲線的數(shù)值減小量大于或等于第二閾值時(shí)，確定大腦處于活躍狀態(tài)；控制受控設(shè)備執(zhí)行與大腦活躍狀態(tài)對(duì)應(yīng)的操作。

由上述的說(shuō)明可知，大腦在活躍狀態(tài)時(shí)腦電波的頻率會(huì)增加，腦血氧含量也會(huì)增加，使得光傳感器所檢測(cè)到的紅外光強(qiáng)度減小。因此在檢測(cè)腦電波的頻率增加量大于或等于第一閾值且紅外光強(qiáng)度的減小量大于或等于第二閾值時(shí)，可以確定大腦處于活躍狀態(tài)，從而可控制受控設(shè)備執(zhí)行與大腦活躍狀態(tài)對(duì)應(yīng)的操作。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置上述第一閾值和第二閾值的大小。大腦的活躍狀態(tài)可分為不同等級(jí)，每個(gè)等級(jí)可對(duì)應(yīng)于一個(gè)腦電數(shù)值范圍和一個(gè)腦氧數(shù)值范圍，在確定了腦電波形曲線和腦氧波形曲線均屬于某一等級(jí)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi)時(shí)，可控制受控設(shè)備執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。

(2)在腦電波形曲線的數(shù)值減小量大于或等于第三閾值且腦氧波形曲線的數(shù)值增加量大于或等于第四閾值時(shí)，確定大腦處于平靜狀態(tài)；控制受控設(shè)備執(zhí)行與大腦平靜狀態(tài)對(duì)應(yīng)的操作。

大腦在平靜狀態(tài)時(shí)腦電波的頻率會(huì)減小，腦血氧含量也會(huì)減少，使得光傳感器所檢測(cè)到的紅外光強(qiáng)度增大。因此在檢測(cè)腦電波的頻率減小量大于或等于第三閾值且紅外光強(qiáng)度的增大量大于或等于第四閾值時(shí)，可以確定大腦處于平靜狀態(tài)，從而可控制受控設(shè)備執(zhí)行與大腦平靜狀態(tài)對(duì)應(yīng)的操作。上述的第三閾值和第四閾值可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定，第一閾值可等于第三閾值，第二閾值可等于第四閾值，在此不做限定。

(3)在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)，腦電波形曲線與腦氧波形曲線中的至少一種的數(shù)值變化量小于設(shè)定閾值時(shí)，保持受控設(shè)備執(zhí)行當(dāng)前執(zhí)行的操作。

如前所述，由于腦電信號(hào)很容易發(fā)生跳變等現(xiàn)象，在大腦的注意力不集中的情況下會(huì)造成判斷不準(zhǔn)確的情況。因此，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述方法中，需要同時(shí)對(duì)腦電波形曲線和腦氧波形曲線進(jìn)行判斷。在腦電波形曲線變化劇烈而腦氧波形曲線的變化在一較小的范圍之內(nèi)，即其變化量小于一設(shè)定閾值時(shí)，則有極大的可能是由于腦電信號(hào)的意外波動(dòng)而引起的，此時(shí)，需要保持受控設(shè)備執(zhí)行當(dāng)前執(zhí)行的操作，避免由于腦電信號(hào)不準(zhǔn)確而造成的誤操作。同樣地，在腦電波形曲線的數(shù)值變化不大，而腦氧波形曲線變化劇烈時(shí)，仍需要保持受設(shè)備當(dāng)前執(zhí)行的操作。只有在腦電波形曲線和腦氧波形曲線同時(shí)變化，且變化量滿足上述的兩種情況下才執(zhí)行相應(yīng)的操作。

舉例來(lái)說(shuō)，受控設(shè)備為一受腦信號(hào)變化控制的遙控飛機(jī)，在飛機(jī)飛行的過(guò)程中，如果注意力下降而導(dǎo)致腦電波頻率下降50％，在僅由腦電信號(hào)控制的情況下，此時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)飛行不穩(wěn)定，大幅度減速造成飛機(jī)不能正常飛行或降落而致使飛機(jī)損壞。而此時(shí)如果同時(shí)監(jiān)測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)時(shí)，在腦電波頻率急劇下降50％而腦氧波形曲線并無(wú)明顯變化時(shí)，可使飛機(jī)保持當(dāng)前的飛行狀態(tài)，避免飛機(jī)誤操作致?lián)p。而只有當(dāng)腦電波的頻率下降50％，而腦氧波形曲線的數(shù)值增大50％時(shí)，才對(duì)飛機(jī)執(zhí)行降落、減速等對(duì)應(yīng)的操作。本發(fā)明實(shí)施例提供的上述方法并不局限于對(duì)上述受控設(shè)備的控制，基于本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的其它基于腦信號(hào)的受控設(shè)備也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在一種可實(shí)施的方式中，如圖2所示，在上述的步驟s102中，確定腦電波形曲線和腦氧波形曲線是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行匹配操作的條件，具體可以包括如下子步驟：

s1021、提取腦電波形曲線中的腦電特征，并提取腦氧波形曲線中的腦氧特征；

s1022、將提取出的腦電特征與腦氧特征進(jìn)行特征融合；

s1023、確定融合后的特征數(shù)據(jù)是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件。

在具體實(shí)施時(shí)，腦電波形曲線的腦電特征可為腦電波的變化率隨時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；腦氧波形曲線的腦氧特征可為接收的光強(qiáng)變化率隨時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將兩個(gè)隨時(shí)間變化的曲線進(jìn)行曲線融合后，例如進(jìn)行歸一化等處理，可對(duì)該融合后的特征數(shù)據(jù)設(shè)置閾值，從而根據(jù)與閾值的關(guān)系判斷其是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件。

例如，可先計(jì)算腦電波形曲線和腦氧波形曲線在某一時(shí)段內(nèi)的曲線積分面積，并將計(jì)算所得的積分面積作為兩波形曲線的特征。再將得到的曲線積分面積做差值，通過(guò)差值與設(shè)定閾值的比較來(lái)判斷是否滿足條件，從而根據(jù)判斷結(jié)果控制受控設(shè)備執(zhí)行與匹配條件對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)操作。或者，還可以截取腦電波形曲線和腦氧波形曲線中變化較為劇烈的一段曲線作為特征，將腦電特征曲線和腦氧特征曲線設(shè)置權(quán)重并線性擬合，以得到的新的曲線方程與閾值或預(yù)設(shè)條件進(jìn)行匹配，在滿足條件時(shí)控制受控設(shè)備執(zhí)行設(shè)定的操作。再比如，可分別求腦電波形曲線和腦氧波形曲線的導(dǎo)函數(shù)，并提取兩導(dǎo)函數(shù)的極值，將極值與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷是否滿足控制受控設(shè)備執(zhí)行匹配操作。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際的判斷精度以及判斷條件的側(cè)重采用以上任意一種方式進(jìn)行判斷。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于腦信號(hào)的設(shè)備控制方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)中僅基于腦電信號(hào)進(jìn)行設(shè)備控制的方式，同時(shí)檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)生成腦電波形曲線和腦氧波形曲線，兩種數(shù)據(jù)同時(shí)與控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件進(jìn)行匹配判斷，可以避免單一數(shù)據(jù)在發(fā)生跳變等情況時(shí)造成誤操作，提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于腦信號(hào)的控制設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括：腦電信號(hào)檢測(cè)裝置31、腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置32以及處理器33；其中，腦電信號(hào)檢測(cè)裝置31與腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置32分別與處理器33連接。

其中，處理器33，用于控制腦電信號(hào)檢測(cè)裝置31與腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置32在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)周期性地檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)，根據(jù)獲取的腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)的強(qiáng)弱預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的腦電波形曲線和腦氧波形曲線；并在確定出腦電波形曲線和腦氧波形曲線符合條件時(shí)，向受控設(shè)備發(fā)送控制指令，使受控設(shè)備與控制指令對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)操作。

本發(fā)明實(shí)施例提供的上述基于腦信號(hào)的控制設(shè)備，同時(shí)檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)生成腦電波形曲線和腦氧波形曲線，兩種數(shù)據(jù)同時(shí)與控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件進(jìn)行匹配判斷，可以避免單一數(shù)據(jù)在發(fā)生跳變等情況時(shí)造成誤操作，提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，腦電信號(hào)檢測(cè)裝置為腦電檢測(cè)電極311。通過(guò)設(shè)置電極和頭皮接觸，可以將大腦神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的電位變動(dòng)記錄下來(lái)，其中，放置于零電位上的電極稱為參考電極，放置于非零電位上的電極稱為作用電極，通過(guò)導(dǎo)線將參考電極和作用電極分別和處理器，從而將作用電極和參考電極之間的電位差進(jìn)行放大。具體地，如圖4所示，腦電檢測(cè)電極311可分為作用電極3111和參考電極3112，將作用電極3111放置于頭皮上，參考電極3112放置于耳垂。由于腦電信號(hào)具有強(qiáng)噪聲背景、低頻(0.1～70hz，低頻段放大器輸入1/f電壓噪聲較大)微弱、高內(nèi)阻、電極極化電位不穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此，前置電壓跟隨器應(yīng)同時(shí)具備高共模抑制比低輸入1/f電壓噪聲低輸入電流噪聲低漂移特性。降低輸出阻抗和減少引線感應(yīng)工頻干擾，可選用氯化銀粉末電極以降低極化電位，提高極化電位穩(wěn)定性。

在具體應(yīng)用中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述控制設(shè)備中，如圖5所示，腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置包括：檢測(cè)光源321，以及與檢測(cè)光源321間隔設(shè)定距離的光傳感器322。

其中，檢測(cè)光源321，用于向大腦皮層發(fā)射設(shè)定波段的紅外光，以使發(fā)射光與大腦皮層的血氧組織相互作用。

光傳感器322，用于檢測(cè)未與血氧組織作用經(jīng)過(guò)在大腦皮層反射的設(shè)定波段的紅外光。

在實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)光源321常采用射線源，而在本發(fā)明實(shí)施例中采用近紅外光源相比于射線源不會(huì)損害身體健康。并且近紅外光譜對(duì)于血流的影響明顯，因此更適合對(duì)腦氧信號(hào)的檢測(cè)。如上所述腦氧信號(hào)的檢測(cè)原理是基于腦組織血流及備紅蛋白對(duì)近紅外光的吸收作用，如圖6所示，檢測(cè)光源321向大腦皮層發(fā)射近紅外波段的光線，大腦皮層中與血氧狀態(tài)相關(guān)的組織中的血紅蛋白等體現(xiàn)了腦氧含量，會(huì)對(duì)近紅外光有所吸收作用，因此光傳感器322所檢測(cè)到的光強(qiáng)為未被大腦吸收而被反射回來(lái)的紅外光的光強(qiáng)。那么損失的那部分紅外光則為被血紅蛋白吸收，由此可以由光傳感器間接反映大腦血氧的狀態(tài)，大腦血氧狀態(tài)又于大腦的活躍程度正相關(guān)，從而可將檢測(cè)的紅外光強(qiáng)度與大腦活躍程度建立關(guān)聯(lián)。而在本發(fā)明實(shí)施例中，上述的腦氧信號(hào)為與大腦血氧為負(fù)相關(guān)的紅外光強(qiáng)度。

在實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)光源321所采用的紅外光發(fā)射裝置一般可以穿透一定深度到達(dá)皮層探測(cè)到血氧信息后反射到光傳感器322上，但紅外光要從前額穿過(guò)整個(gè)頭部由后腦枕區(qū)探測(cè)到基本上很難，因此本發(fā)明實(shí)施例采用反射式檢測(cè)的方式。隊(duì)此之外，還需要注意檢測(cè)光源321的出射光對(duì)光傳感器322的光強(qiáng)檢測(cè)不會(huì)產(chǎn)生影響，要將檢測(cè)光源321與光傳感器322之間保持預(yù)設(shè)距離，使得檢測(cè)光源321的發(fā)射光不會(huì)直接被光傳感器322接收，而影響檢測(cè)結(jié)果。優(yōu)選地，檢測(cè)光源321與光傳感器322之間的距離可設(shè)置在2-4cm之間。光傳感器322可采用光探頭，例如由硅光管(pd管)跨阻放大器導(dǎo)光光纖濾光片彈簧外殼等部件組成。采用跨阻放大器前置設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)光纖探頭易引入運(yùn)動(dòng)噪聲的不足。采用650nm長(zhǎng)波通濾光片，可抑制外界光干擾，降低pd管的光電流噪聲。

本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備，腦電信號(hào)與腦氧信號(hào)的檢測(cè)原理不同，兩種腦信號(hào)的檢測(cè)互不干涉，可以采用相互獨(dú)立的裝置同時(shí)同步采集，而采集得到的腦電信號(hào)與腦氧信號(hào)又都與大腦活躍程度相關(guān)，因此采用兩種類型的數(shù)據(jù)的匹配可以提高大腦活躍狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述腦氧信號(hào)檢測(cè)裝置中，如圖7所示，檢測(cè)光源321包括封裝于同一封裝結(jié)構(gòu)3211中的第一發(fā)光芯片3212和第二發(fā)光芯片3213。由于生物組織(包括大腦皮層組織)對(duì)近紅外波段(650-950nm)具有高散射低吸收的特性，使得近紅外光能夠探測(cè)到頭皮下2-3cm深度的大腦皮層質(zhì)區(qū)域，具體較高的空間分辨率。而血紅蛋白又對(duì)該波段的光具有較強(qiáng)的吸收作用，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中采用兩個(gè)發(fā)光芯片，其中，第一發(fā)光芯片3212的發(fā)射光波長(zhǎng)為760nm，半波寬度為20nm，第二發(fā)光芯片3213的發(fā)射光波長(zhǎng)為850nm，半波寬度為35nm。上述的兩個(gè)發(fā)光芯片可為發(fā)光二極管，且兩個(gè)發(fā)光二極管可采用如圖8所示的三種連接方式，圖8中的(a)為兩個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)的方式；(b)為兩個(gè)發(fā)光二極管共陰極的連接方式，而(c)為兩個(gè)發(fā)光二極管共陽(yáng)極的連接方式。將兩個(gè)發(fā)光芯片同時(shí)封裝，則不需要制作兩個(gè)光源的結(jié)構(gòu)。采用上述多波長(zhǎng)一體化光源不僅可以優(yōu)化光源體積，而且能夠充分消除普通的分立型光源管因?yàn)榭臻g位置離散對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的影響。

優(yōu)選地，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，如圖9所示，還包括：連接在處理器33與腦電檢測(cè)電極311之間的第一濾波放大電路34，以及連接在處理器33與光傳感器322之間的第二濾波放大電路35。濾波放大電路可以對(duì)檢測(cè)得到的腦電信號(hào)及與腦氧信號(hào)相關(guān)的光強(qiáng)信號(hào)的背景噪聲較大，因此在采集上述兩信號(hào)這賓需要進(jìn)行濾放處理，優(yōu)化信號(hào)以形成有效的腦電波形曲線以及腦氧波形曲線。

進(jìn)一步地，如圖9所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備還包括：與檢測(cè)光源321連接的驅(qū)動(dòng)電路36。在實(shí)際應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)電路36主要由運(yùn)放npn三極管電流反饋電阻組成，可將電壓載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成4路5～15ma電流載波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)雙波長(zhǎng)檢測(cè)光源321。模擬前端可采用ti公司的ads1299芯片，包含8個(gè)輸入多路復(fù)用器低噪聲可編程增益放大器和同步采樣24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在12倍增益與70hz帶寬條件下，等效輸入電壓噪聲低于1.0，滿足醫(yī)療級(jí)eeg信號(hào)采集要求。

此外，如圖9所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備還包括：無(wú)線傳輸模塊37，用于將處理器33的控制指令傳輸給受控設(shè)備。無(wú)線傳輸模塊37可采用emw3162，最高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率為20mbps，擁有128ksram緩存，可滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸需求。無(wú)線傳輸模塊37內(nèi)置微控制器stm32f205rg，可直接對(duì)模塊進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)模擬前端通信光源載波生成wi-fi網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備中，還包括電源模塊，用于對(duì)應(yīng)近紅外發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電路，光線采集所輸出信號(hào)的濾波放大電路，腦電檢測(cè)電極輸出的濾波放大電路等部件供電。電源模塊可包括充電電路，可使用5v直流電源為單鋰電池充電，也可使用dc-dc升壓電源，將單鋰電電壓升至6v。兩種低壓差線性穩(wěn)壓電路，腦電、腦氧信號(hào)進(jìn)行濾波放大之后還可輸出到的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)可以通過(guò)無(wú)線發(fā)射的無(wú)線通信模塊，或者通過(guò)usb端口將采集的數(shù)據(jù)以無(wú)線或有線的方式發(fā)送帶有處理器33的計(jì)算機(jī)等設(shè)備。電源模塊還為無(wú)線傳輸模塊內(nèi)置的dac模塊提供低噪模擬電源。2.5v精密電源參考與電壓跟隨器組合，提供一個(gè)低噪虛擬地。

在具體實(shí)施時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備要集成于如圖10所示的頭部佩戴部件。該頭部佩戴部件可為運(yùn)動(dòng)繃帶或頭盔等。其中，檢測(cè)光源321和光傳感器322可對(duì)應(yīng)于頭部前額的位置，兩個(gè)腦電檢測(cè)電極311位于兩側(cè)，用于檢測(cè)腦電信號(hào)。當(dāng)大腦進(jìn)行運(yùn)動(dòng)想象時(shí)，腦電和腦氧的信息會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。大腦的腦電信號(hào)在大腦皮層下產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)腦電檢測(cè)電極收集信號(hào)，第一濾波放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，送入數(shù)據(jù)采集模塊。腦氧的信號(hào)通過(guò)經(jīng)過(guò)第地濾波放大電路處理后也送入數(shù)據(jù)采集卡，最后通過(guò)通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸給處理器，由處理器生成腦電波形曲線以及腦氧波形曲線，再進(jìn)行條件匹配等操作，最后生成控制指令，以控制受控設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)操作。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種人機(jī)交互系統(tǒng)，包括上述任一基于腦信號(hào)的控制設(shè)備及受控設(shè)備。該受控設(shè)備可為基于腦信號(hào)控制的各種形式的受控設(shè)備，例如，可為本發(fā)明實(shí)施例上述的遙控飛行設(shè)備等，在此不做具體限定。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于腦信號(hào)控制設(shè)備的方法、其控制設(shè)備及人機(jī)交互系統(tǒng)，通過(guò)在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)周期性地獲取腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)，根據(jù)獲取的腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)分別生成表征腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)的數(shù)值在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)變化的的腦電波形曲線和腦氧波形曲線；確定腦電波形曲線和腦氧波形曲線是否符合控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件；在腦電波形曲線和腦氧波形曲線符合條件時(shí)，控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作。相比于現(xiàn)有技術(shù)中僅基于腦電信號(hào)進(jìn)行設(shè)備控制的方式，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述設(shè)備控制方法，同時(shí)檢測(cè)腦電信號(hào)和腦氧信號(hào)生成腦電波形曲線和腦氧波形曲線，兩種數(shù)據(jù)同時(shí)與控制受控設(shè)備執(zhí)行預(yù)設(shè)操作的條件進(jìn)行匹配判斷，可以避免單一數(shù)據(jù)在發(fā)生跳變等情況時(shí)造成誤操作，提高控制設(shè)備的準(zhǔn)確性。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。