一种基于EOG的开关装置及开关键实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于EOG的开关装置及开关键实现方法，该开关装置包括依次连接的EOG开关界面、眼电采集模块、信号检测模块以及控制反馈模块，其中，EOG开关界面包括一个以一定形式随机闪亮On/Off键；眼电采集模块用于采集用户通过眨眼发送开关命令时的眼电信号并将信号输入所述信号检测模块；信号检测模块在每一次On/Off键闪烁后进行一次检测，用于确定用户是否发送开关命令至所述控制反馈模块；控制反馈模块用于开关命令的视觉反馈或者动作反馈。该发明专利技术降低了EOG开关控制信号误报率。同时，在控制状态下，只要看到On/Off键闪亮后立刻眨眼就能快速的输出开/关控制命令，提升了开关控制的实时性。

A switch device based on EOG and its key implementation

The invention discloses a switch device based on EOG and key implementation method, the switch device includes a EOG switch interface, EOG acquisition module, signal detection module and a feedback control module, which includes a EOG switch interface in a certain form of random flashing On/Off key; eye users by EOG acquisition the signal sending command and blink switch signal into the signal acquisition module for power detection module; signal detection module for a test in every On/Off key flash, used to determine whether the user sends commands to the control switch feedback module; feedback control module is used to switch the order of visual feedback or action feedback. The invention reduces the false alarm rate of the EOG switch control signal. At the same time, in the control state, as soon as you see the On/Off button blinking immediately after blinking, you can quickly output the on / off control command, thus improving the real-time performance of the switch control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于EOG的开关装置及开关键实现方法
本专利技术涉及基于人体生物信号的开关控制
，具体涉及一种基于EOG的开关装置及开关键实现方法。
技术介绍
人机接口是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出接口，传统的人机接口主要有键盘、鼠标、显示器、打印机等。随着科技的进一步发展，又有了一些新的人机接口方式，如触摸屏，语音识别，手势识别等，这些人机接口方式已经做得非常成熟，在很多情况下已经取代了传统的键盘鼠标。然而，对于那些具有运动功能障碍的残疾人，如肌萎缩性侧索硬化ALS患者，脑干中风病人，脊髓损伤病人等，这些人群往往具有清醒的意识，但无法使用现有的那些成熟的人机接口实现与外界的交互。为了改善这类人群的生活质量，需要一种新的这些病人能够使用的人机接口方式，近年来这类新型人机接口的研究也已经成为国内外的热点。其中一类新型人机接口采用生物电信号实现，主要包括脑电(EEG，Electroencephalogram)、肌电(EMG，Electromyography)、心电(ECG，Electrocardiogram)、眼电(EOG，Electrooculogram)。基于生物电信号实现的人机接口所面临的一个显著挑战是开关控制，因为生物电信号本身非常微弱，而且不管人体处在何种状态下都存在，所以很难确定一个合适的触发条件。一个性能优良的开关键需要满足两个条件：一是快速响应，即当用户需要执行开关动作时能快速响应；二是低误报，即当用户不需要执行开关动作时尽可能不发生误动作。在以上生物电信号中，心电因为很难受人自主控制，所以一般很少用于实现主动式的人机接口，只适合用来做一些监护型的被动接口。肌电信号是通过肌肉运动产生的电信号，所以要求使用者具有能运动的同时又适合用来作为控制信号的肌肉组织，这对于某些残疾较严重的病人并不适用。用脑电实现的人机接口又称脑机接口，但目前已公开的大多数脑机接口研究都属于同步(synchronous)型的，即并不能区分控制状态和空闲状态。本专利涉及的开关控制属于异步(asynchronous)型的，即使用者可以根据自己的意愿发送或者不发送开关命令。例如公开号为CN102799274A的中国专利技术专利申请，于2012年11月28日公开了一种基于稳态视觉诱发电位的异步脑开关方法，它包括4个不同频率持续闪烁的按键(其中一个开关键，3个伪键)，刺激过程中采集头皮6个位置的6路脑电信号进行分析，当开关键的SSVEP能量比其他伪键的能量大，并且开关键的窄带能量和宽带能量比超过预设的阈值，则判别为控制状态，否则判别为空闲状态。该方案用到6个电极，显得不是特别方便；空闲状态下要求用户不注视任何闪烁键，但长期使用时难免会不自主的注视到目标按键，容易发生误报；且采用持续闪烁的界面诱发SSVEP，时间长了容易使人疲劳。如果用户没有合适的肌电作为控制信号源，无法自主控制眼球动作产生眼电，则该公开的专利技术方法是个很好的选择。眼电(EOG，Electrooculogram)，是由眼球水平运动、垂直运动、转动或眨眼等动作产生的生物电信号。这些眼电信号中，眨眼信号更加稳定，更加显著，所以更适合用于实现异步的人机接口开关键。例如公开号为CN1601445A的中国专利技术专利申请(现已撤回)，于2005年3月30日公开了一种“多功能人体生物眼电开关控制装置”，该方案将受试者连续3次，4次，5次眨眼对应的眼电信号作为控制命令，用于开关外部设备。虽然结构简单，但需要多次眨眼才对应一个控制命令，这样可能会有以下两个问题：第一，单次控制命令的输出时间比较长，如果中间某一次眨眼没有检测到，那么时间会变得更长，所以实时性会比较差；第二，对于需要频繁操作的场合，这样多次眨眼的方式对使用者造成的负担会比较重。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于EOG的开关装置，该开关装置具有操作简单，控制状态的开关命令响应速度快，同时空闲状态下保持低假阳性率。本专利技术的另一个目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于EOG的开关键实现方法，该开关键实现方法具有操作简单，控制状态的开关命令响应速度快，同时空闲状态下保持低假阳性率。本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于EOG的开关装置，所述开关装置包括依次连接的EOG开关界面、眼电采集模块、信号检测模块以及控制反馈模块，其中，所述EOG开关界面包括一个On/Off键，该On/Off键以一定形式随机闪亮；所述眼电采集模块用于采集用户通过眨眼发送开关命令时的眼电信号并将信号输入所述信号检测模块；所述信号检测模块在每一次On/Off键闪烁后进行一次检测，用于确定用户是否发送开关命令至所述控制反馈模块；所述控制反馈模块用于开关命令的视觉反馈或者动作反馈。进一步地，所述信号检测模块包括依次连接的氯化银电极单元、信号放大单元、信号滤波单元、A/D转换单元以及串口通信单元，其中，所述氯化银电极单元包括3个电极，分别为额头的接地电极、左/右眼上方的眼电采集电极、左/右耳垂的参考电极；所述信号放大单元基于INA128芯片设计，其共模抑制比在120db以上，放大倍数在1000倍以上；所述信号滤波单元基于OPA4227芯片设计，包括一个截止频率为3Hz的二阶巴特沃斯高通滤波器、一个截止频率为25Hz的四阶巴特沃斯低通滤波器，以及一个巴特沃斯50Hz陷波滤波器；所述A/D转换单元基于AD7606芯片设计，其转换精度为16位；所述串口通信单元基于STM32自带的串口通信模块实现。进一步地，所述On/Off键的闪亮属性为颜色。进一步地，所述On/Off键的闪亮方式具体为：以1.2秒为一个周期，在一个周期内On/Off键随机闪亮一次，闪亮持续时间100毫秒，相邻两个周期内On/Off键闪亮的时间间隔大于等于600毫秒。进一步地，所述控制反馈模块采用显示器，用于显示信号检测模块识别的结果。进一步地，所述控制反馈模块采用外部反馈设备，通过设备的具体动作提供反馈。本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于EOG的开关键实现方法，所述开关键实现方法包括下列步骤：S1、EOG开关界面上的On/Off键以一定形式随机闪亮；S2、眼电采集模块采集从On/Off键闪亮后的眼电数据作为特征值传到信号检测模块；S3、信号检测模块调用眼电识别算法对特征值进行差分、波峰波谷检测、波峰波谷距离计算、波峰波谷之间的能量计算、阈值判断操作后从眼电数据中识别眨眼动作；如果眼电识别算法输出结果为1则认为用户发出主动眨眼动作发送开关命令至控制反馈模块，并返回步骤S2继续检测；如果眼电识别算法输出结果为0则认为用户没有发出主动眨眼动作，不发送开关命令，并返回步骤S2继续检测S4、控制反馈模块将用于开关命令的眨眼动作进行视觉反馈或者动作反馈。进一步地，所述步骤S2具体包括：S21、通过氯化银电极单元由分别位于额头的接地电极、左/右眼上方的眼电采集电极、左/右耳垂的参考电极采集眼电信号；S22、通过信号放大单元对眼电信号进行放大；S23、通过信号滤波单元对放大后的眼电信号分别由截止频率为3Hz的二阶巴特沃斯高通滤波器、截止频率为25Hz的四阶巴特沃斯低通滤波器、以及巴特沃斯50Hz陷波滤波器进行滤波；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述开关装置包括依次连接的EOG开关界面、眼电采集模块、信号检测模块以及控制反馈模块，其中，所述EOG开关界面包括一个On/Off键，该On/Off键以一定形式随机闪亮；所述眼电采集模块用于采集用户通过眨眼发送开关命令时的眼电信号并将信号输入所述信号检测模块；所述信号检测模块在每一次On/Off键闪烁后进行一次检测，用于确定用户是否发送开关命令至所述控制反馈模块；所述控制反馈模块用于开关命令的视觉反馈或者动作反馈。

【技术特征摘要】
1.一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述开关装置包括依次连接的EOG开关界面、眼电采集模块、信号检测模块以及控制反馈模块，其中，所述EOG开关界面包括一个On/Off键，该On/Off键以一定形式随机闪亮；所述眼电采集模块用于采集用户通过眨眼发送开关命令时的眼电信号并将信号输入所述信号检测模块；所述信号检测模块在每一次On/Off键闪烁后进行一次检测，用于确定用户是否发送开关命令至所述控制反馈模块；所述控制反馈模块用于开关命令的视觉反馈或者动作反馈。2.根据权利要求1所述的一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述信号检测模块包括依次连接的氯化银电极单元、信号放大单元、信号滤波单元、A/D转换单元以及串口通信单元，其中，所述氯化银电极单元包括3个电极，分别为额头的接地电极、左/右眼上方的眼电采集电极、左/右耳垂的参考电极；所述信号放大单元基于INA128芯片设计，其共模抑制比在120db以上，放大倍数在1000倍以上；所述信号滤波单元基于OPA4227芯片设计，包括一个截止频率为3Hz的二阶巴特沃斯高通滤波器、一个截止频率为25Hz的四阶巴特沃斯低通滤波器，以及一个巴特沃斯50Hz陷波滤波器；所述A/D转换单元基于AD7606芯片设计，其转换精度为16位；所述串口通信单元基于STM32自带的串口通信模块实现。3.根据权利要求1所述的一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述On/Off键的闪亮属性为颜色。4.根据权利要求1所述的一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述On/Off键的闪亮方式具体为：以1.2秒为一个周期，在一个周期内On/Off键随机闪亮一次，闪亮持续时间100毫秒，相邻两个周期内On/Off键闪亮的时间间隔大于等于600毫秒。5.根据权利要求1所述的一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述控制反馈模块采用显示器，用于显示信号检测模块识别的结果。6.根据权利要求1所述的一种基于EOG的开关装置，其特征在于，所述控制反馈模块采用外部反馈设备，通过设备的具体动作提供反馈。7.一种基于EOG的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远清，何盛鸿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44