一种采用人脑控制的对抗游戏系统技术方案

该发明专利技术公开了一种采用人脑控制的对抗游戏系统，涉及生物信息技术领域，特别涉及脑‑机接口系统。该系统能够根据被试的特点，首先对采集到的用户脑电信号进行识别训练，然后在实时识别过程中采用训练得到的特征提取器和分类器对实时采集的脑电信号进行分类，获取用户的判断意图，采用本发明专利技术方法能够准确的通过脑电信号识别用户的判断意图，实现多用户的脑电游戏对抗。

An Anti-Game System Using Human Brain Control

【技术实现步骤摘要】
一种采用人脑控制的对抗游戏系统
本专利技术涉及生物信息
，特别涉及脑-机接口系统。
技术介绍
脑-机接口(BrainComputerInterface,BCI)系统作为一个“解码器”，能直接解码人脑的意图，把解析出的命令直接发送给外部设备，实现人脑的间接控制。具体来讲，BCI系统首先通过采集反映使用者脑区活动的脑电信号，再通过一系列的信号处理手段，特征提取与分类识别方法，发掘出不同模式或任务下的特定差异，最后把分类输出命令编码成外部设备能直接接收的命令，最终实现外部设备的控制。BCI的这种人脑控制方案，成为人机智能交互的新航向，新标准。目前协作对抗游戏广受追捧，除了能展现个人竞技水平，还能在一定程度上训练个人的应变和灵活控制能力。不同于单纯的竞技游戏，正常的用户单纯只是为了娱乐和放松，此外，单一的训练模式，可能不能完全满足个人的实际情况，多种控制训练策略供用户选择更能增加系统的灵活性。
技术实现思路
本专利技术提出了一种采用人脑控制的游戏系统，通过采集人脑电波进行训练,然后识别人脑控制结果,对游戏角色进行控制,能提高游戏者对角色的控制精度。因而本专利技术的技术方案为一种采用人脑控制的对抗游戏系统，该系统包括：1个或多个数据采集模块、1个或多个数据处理模块、数据融合服务器、显示器；所述数据采集模块与数据处理模块一一对应；通过数据采集模块采集游戏者的脑电信号传输给数据处理模块，数据处理模块分析游戏者的脑电信号后判断游戏者的意图，将判断数据发送给数据融合服务器，服务器通过各数据处理模块发来的判断数据控制对应游戏角色，最后通过显示器显示；其中所述数据处理模块中包括：训练模块、实时识别模块，所述训练模块包括：刺激模块、计算特征提取器模块、计算分类器模块，所述实时识别模块包括：特征提取器、分类器；所述实时识别模块中的特征提取器和分类器是训练模块中的计算特征提取器模块和计算分类器模块根据训练数据计算得到的；所述刺激模块通过输出数据在显示器上显示刺激人体大脑，通过数据采集模块采集脑电波数据，通过计算特征提取模块计算出需要提取的特征，在根据提取的特征和计算分类器模块计算出分类器；所述刺激模块中的刺激方法为：在显示器上显示一大一小两个方块，两方块距离最近的边相互平行，小方块位于大方块内部中心位置，所述小方块每一条边与距离最近的大方块边之间设置一个数字方块，每个数字方块依次编号1、2、3、4；训练时随机在某一数字方块中显示竖直红色线条，然后根据竖直红色线条所处的位置从左边数字方块移动到右边数字方块、或从右边数字方块移动到左边数字方块、或从上边数字方块移动到下边数字方块、或从下边数字方块移动到上边数字方块，红色线条一次完整的移动表示一次刺激；并且当竖直红线处于数字方块内时在屏幕中心位置显示对应数字方块的编号；进一步的，所述计算特征提取器模块中的计算方法为：步骤a1：数据采集模块采集通过刺激模块刺激后的带有标签的脑电数据；每一个带标签的数据为一个C×T的矩阵，C为采集模块的采集通道的数目，T为采样次数，标签共4类，包括1、2、3、4，分别代表被试控制上、下、左、右的四种控制；步骤a2：将步骤a1获得带有标签的脑电数据分出两类，标签为1的数据为一类，其余数据为一类；采用公式C2-1C1w1＝λw1计算出特征提取器w1，此时C2表示除开标签为1的其余数据，C1表示标签为1的数据，λ表示特征值，根据实际情况决定；步骤a3：将步骤a1获得带有标签的脑电数据分出两类，标签为2的数据为第一类，其余数据为第二类；采用公式C2-1C1w2＝λw2计算出特征提取器w2，此时C2表示除开标签为2的其余数据，C1表示标签为2的数据；步骤a4：将步骤a1获得带有标签的脑电数据分出两类，标签为3的数据为第一类，其余数据为第二类；采用公式C2-1C1w3＝λw3计算出特征提取器w3，此时C2表示除开标签为3的其余数据，C1表示标签为3的数据；步骤a5：将步骤a1获得带有标签的脑电数据分出两类，标签为4的数据为第一类，其余数据为第二类；采用公式C2-1C1w4＝λw4计算出特征提取器w4，此时C2表示除开标签为4的其余数据，C1表示标签为4的数据。进一步的，所述计算分类器模块中的计算方法为：步骤b1：确定分类模型为：y＝kx+b，其中y为计算结果取值为[-1,1]，1表示是，-1表示否，k、b待训练的模型参数；步骤b2：采用特征提取器w1、w2、w3、w4，分别对应提取标签为1、2、3、4的数据的特征；步骤b3：将提取得到的数据特征分别单独训练分类模型y＝kx+b，得到对应的各自的分类器：y1＝k1x1+b1，y2＝k2x2+b2，y3＝k3x3+b3，y4＝k4x4+b4。进一步的，所述实时识别模块的特征提取器中,采用特征提取器w1、w2、w3、w4分别提取实时采集到的脑电数据特征x1、x2、x3、x4，然后将提取到的特征采用对应的分类器进行计算：得到y1＝k1x1+b1，y2＝k2x2+b2，y3＝k3x3+b3，y4＝k4x4+b4，再判断y1、y2、y3、y4中最接近1的数值，则其对应的标签为判断意图。进一步的，所述计算特征提取器模块前还包括一个预处理模块，该模块的处理方法将采集得到的C×T矩阵的数据，进行高阶运算，转化成尺寸为225×225的对称矩阵Mci，再对对称矩阵Mci案子如下公式进行拆分：Mci＝YciYciT拆分得到的Yci为预处理后的数据，再进行后续的特征提取。本专利技术公开了一种采用人脑控制的对抗游戏系统，该系统能够根据被试的特点，首先对采集到的用户脑电信号进行识别训练，然后在实时识别过程中采用训练得到的特征提取器和分类器对实时采集的脑电信号进行分类，获取用户的判断意图，采用本专利技术方法能够准确的通过脑电信号识别用户的判断意图，实现多用户的脑电游戏对抗。附图说明图1为本专利技术刺激模块的刺激方法示意图；图2为一个具体实施例的刺激时采集数据；图3为本专利技术具体实施方式多模态BCI协同对抗游戏系统；图4为本专利技术具体实施方式游戏控制界面。具体实施方式结合附图对本专利技术一种基于m-VEP和/或SSVEP的协同对抗游戏系统进行进一步的说明，该系统包括：1个或多个数据采集模块、1个或多个数据处理模块、数据融合服务器、显示器；所述数据采集模块与数据处理模块一一对应；通过数据采集模块采集游戏者的脑电信号传输给数据处理模块，数据处理模块分析游戏者的脑电信号后判断游戏者的意图，将判断数据发送给数据融合服务器，服务器通过各数据处理模块发来的判断数据控制对应游戏角色，最后通过显示器显示；其中所述数据处理模块中包括：训练模块、实时识别模块，所述训练模块包括：刺激模块、计算特征提取器模块、计算分类器模块，所述实时识别模块包括：特征提取器、分类器；所述实时识别模块中的特征提取器和分类器是训练模块中的计算特征提取器模块和计算分类器模块根据训练数据计算得到的；所述刺激模块输出数据通过m-VEP或SSVEP方使刺激人体大脑，通过数据采集模块采集脑电波数据，通过计算特征提取模块计算出需要提取的特征，在根据提取的特征和计算分类器模块计算出分类器；实施例1所述刺激模块中刺激界面如图1所示。图1展示的是实验中被试看到的实验刺激界面，一共有4个虚拟方块，分别标记为1、2、3、4。实验开始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用人脑控制的对抗游戏系统，该系统包括：1个或多个数据采集模块、1个或多个数据处理模块、数据融合服务器、显示器；所述数据采集模块与数据处理模块一一对应；通过数据采集模块采集游戏者的脑电信号传输给数据处理模块，数据处理模块分析游戏者的脑电信号后判断游戏者的意图，将判断数据发送给数据融合服务器，服务器通过各数据处理模块发来的判断数据控制对应游戏角色，最后通过显示器显示；其中所述数据处理模块中包括：训练模块、实时识别模块，所述训练模块包括：刺激模块、计算特征提取器模块、计算分类器模块，所述实时识别模块包括：特征提取器、分类器；所述实时识别模块中的特征提取器和分类器是训练模块中的计算特征提取器模块和计算分类器模块根据训练数据计算得到的；所述刺激模块通过输出数据在显示器上显示刺激人体大脑，通过数据采集模块采集脑电波数据，通过计算特征提取模块计算出需要提取的特征，在根据提取的特征和计算分类器模块计算出分类器；所述刺激模块中的刺激方法为：在显示器上显示一大一小两个方块，两方块距离最近的边相互平行，小方块位于大方块内部中心位置，所述小方块每一条边与距离最近的大方块边之间设置一个数字方块，每个数字方块依次编号1、2、3、4；训练时随机在某一数字方块中显示竖直红色线条，然后根据竖直红色线条所处的位置从左边数字方块移动到右边数字方块、或从右边数字方块移动到左边数字方块、或从上边数字方块移动到下边数字方块、或从下边数字方块移动到上边数字方块，红色线条一次完整的移动表示一次刺激；并且当竖直红线处于数字方块内时在屏幕中心位置显示对应数字方块的编号。...

【技术特征摘要】
1.一种采用人脑控制的对抗游戏系统，该系统包括：1个或多个数据采集模块、1个或多个数据处理模块、数据融合服务器、显示器；所述数据采集模块与数据处理模块一一对应；通过数据采集模块采集游戏者的脑电信号传输给数据处理模块，数据处理模块分析游戏者的脑电信号后判断游戏者的意图，将判断数据发送给数据融合服务器，服务器通过各数据处理模块发来的判断数据控制对应游戏角色，最后通过显示器显示；其中所述数据处理模块中包括：训练模块、实时识别模块，所述训练模块包括：刺激模块、计算特征提取器模块、计算分类器模块，所述实时识别模块包括：特征提取器、分类器；所述实时识别模块中的特征提取器和分类器是训练模块中的计算特征提取器模块和计算分类器模块根据训练数据计算得到的；所述刺激模块通过输出数据在显示器上显示刺激人体大脑，通过数据采集模块采集脑电波数据，通过计算特征提取模块计算出需要提取的特征，在根据提取的特征和计算分类器模块计算出分类器；所述刺激模块中的刺激方法为：在显示器上显示一大一小两个方块，两方块距离最近的边相互平行，小方块位于大方块内部中心位置，所述小方块每一条边与距离最近的大方块边之间设置一个数字方块，每个数字方块依次编号1、2、3、4；训练时随机在某一数字方块中显示竖直红色线条，然后根据竖直红色线条所处的位置从左边数字方块移动到右边数字方块、或从右边数字方块移动到左边数字方块、或从上边数字方块移动到下边数字方块、或从下边数字方块移动到上边数字方块，红色线条一次完整的移动表示一次刺激；并且当竖直红线处于数字方块内时在屏幕中心位置显示对应数字方块的编号。2.如权利要求1所述的一种采用人脑控制的对抗游戏系统，其特征在于所述计算特征提取器模块中的计算方法为：步骤a1：数据采集模块采集通过刺激模块刺激后的带有标签的脑电数据；每一个带标签的数据为一个C×T的矩阵，C为采集模块的采集通道的数目，T为采样次数，标签共4类，包括1、2、3、4，分别代表被试控制上、下、左、右的四种控制；步骤a2：将步骤a1获得带有标签的脑电数据分出两类，标签为1的数据为一类，其余数据为一类；采用公式C2-1C1w1＝λw1计算出特征提取器w1，此时C2表示除开标签为1的其余数据，C1表示标签为1的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，李存波，邓粒莉，马腾，李辉，张涛，尧德中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51