一种SSVEP视觉刺激器及刺激方法技术

本发明专利技术公开了一种SSVEP视觉刺激器的设计方法，所述方法可用于设计脑‑机接口视觉刺激器，具有闪烁频率稳定，准确性高，同步性好的优点。所述视觉刺激器控制视觉刺激图形呈一定频率明暗变化，变化规律按正弦波的形式。通过调节刺激图形每一帧的灰度值，可以实现刺激闪烁，所述视觉刺激频率的可实现的频率范围大。所述视觉刺激频率产生模块可以通过对正弦信号进行采样的方式，计算得到不同频率下，每帧所对应的幅值和灰度值。将不同频率和所对应灰度值通过VGA接口在计算机显示器上显示来实现视觉刺激；所述视觉刺激器可通过图形用户界面对视觉刺激范式进行信息传输，和参数的设置及修改。

A SSVEP visual stimulator and stimulation method

【技术实现步骤摘要】
一种SSVEP视觉刺激器及刺激方法
本专利技术涉及脑-机接口领域，具体涉及一种可调节的SSVEP视觉刺激器及刺激方法。
技术介绍
脑-机接口系统是一种利用人脑生物电信号实现人脑与计算机或其他电子设备通讯和控制的系统，是一种全新的通讯和控制方法。目前用于实现脑-机接口的脑电信号主要分为诱发电位和自发脑电两种，诱发电位分为P300和视觉诱发电位两种，自发脑电分为时间相关同步或者时间相关去步电位、皮层慢电位和自发脑电信号。与其他电信号相比，视觉诱发电位具有比较稳定的波形特征，与视觉刺激存在唯一的对应关系，容易进行检测且与使用者自控能力的强弱没有太大关系，适合作为脑-机接口的输入信号，其中视觉稳态诱发电位即SSVEP因为波形稳定、频谱特征明显的特点，在脑-机接口系统中得到广泛的应用。目前应用于SSVEP脑-机接口系统的视觉刺激器的刺激方式主要为LED灯闪烁以及计算机显示器显示两种。但是使用LED灯闪烁的视觉刺激器不方便进行修改且无法显示复杂的内容，因此难以应用于复杂的应用场景，因此越来越多的是使用计算机显示器作为视觉刺激的显示设备，虽然相比LED灯闪烁来说，计算机显示器可以显示更为复杂、精确的图像以及实现更多实验范式的设计，但是视觉刺激器的传统闪烁刺激会受到显示器刷新频率的限制，导致闪烁刺激可以实现的频率有限，从而限制了应用于计算机显示器对于视觉稳态诱发的研究。基于SSVEP的视觉刺激器最重要的性能指标是视觉刺激频率的稳定性和准确性，如何实现刺激频率的增加以及视觉刺激器与脑电信号采集系统之间的同步性。然而在windows系统下通过软件编程实现的视觉刺激器，会因为windows系统多任务处理的特性，在进行脑电信号处理的同时造成视觉刺激图形的失帧，从而影响视觉刺激信号的稳定性和准确性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有在windows系统下通过软件编程实现的视觉刺激器，在进行脑电信号处理的同时造成视觉刺激图形的失帧，从而影响视觉刺激信号的稳定性和准确性以及传统闪烁刺激会受到显示器刷新频率的限制，导致闪烁刺激可以实现的频率有限以及不可调节的问题，目的在于提供一种SSVEP视觉刺激器及刺激方法，解决上述问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种SSVEP视觉刺激器，包括VGA控制模块、刺激频率产生模块、存储模块和图像传输模块；所述VGA控制模块包括扫描时序产生模块和图像描述模块；所述图像传输模块：将输入的自定义图形和需要调节的视觉刺激频率传输至所述VGA控制模块；所述刺激频率产生模块：对视觉刺激频率的正弦信号进行采样，对采样得到的数据进行计算，将所述刺激频率产生模块计算得到的不同视觉刺激频率对应的幅值和灰度值加载到存储模块中；所述扫描时序产生模块：生成行同步信号、场同步信号和数字信号类型的图形刺激信号；所述图像描述模块：从所述频率产生模块读取所述视觉刺激频率对应的幅值和灰度值，并通过所述幅值和灰度值产生RGB信号和视觉刺激频率控制信号，根据接收到的所述自定义图形，生成图形大小、形状和数量的参数信息，并传输到所述接口控制显示模块；所述接口控制模块：通过所述图形刺激信号、RGB信号、视觉刺激频率控制信号和参数信息进行视觉刺激图形的显示和闪烁。本专利技术中视觉刺激图形作为目标选择项，在显示器中可显示图形，所述视觉刺激器在所述图像传输模块的PC端图形用户界面制作所需要的图形，并通过PC端图形用户界面传输，在FPGA设计实现的图像传输模块中使用同步动态随机存储器对接收到的图片数据进行存储，然后传输存储的图形在矩形框内进行显示。同步动态随机存储器内存芯片的内部是一个存储阵列，写入数据时先指定一行，再指定一列，然后就可以找到准确的单元格从而达到读写和传输的目的，因此所述图像传输模块可以实现不同视觉刺激频率的调节。本专利技术中所述刺激频率产生模块是先将所有可以调节的视觉刺激频率以显示器的刷新频率作为采样频率进行采样获得不同数据额刺激频率的幅值和灰度值，并将这些幅值和灰度值进行存储，在所述视觉刺激器输入视觉刺激频率后，根据不同的视觉刺激频率读取相对应的灰度值，将所述灰度值传输给图像和描述模块对所述自定义图形进行赋值。在所述刺激频率产生模块不需要使用传统的计数器分频方式得到视觉刺激频率，因此视觉刺激频率不会受到显示器刷新频率的限制，可以实现不同频率的视觉刺激频率且具有准确性和稳定性。本专利技术中的图像传输模块、刺激频率产生模块和VGA控制模块在FPGA中设计实现，所述FPGA是一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服数字系统,能完成任何数字器件的功能。本专利技术通过软件仿真,可以事先验证设计的正确性。它的可编程特性,可以大大缩短设计时间,减少面积,提高系统的可靠性，与windows系统下通过软件编程实现的视觉刺激器相比，在进行脑电信号处理的同时不会造成视觉刺激图形的失帧，因此不会影响视觉刺激信号的稳定性和准确性。本专利技术视觉刺激的图形以计算机显示屏作为显示器，相较于以LED灯闪烁来实现视觉刺激的方式，计算机显示器可以显示更加清晰，复杂的图形，可以更方便得自定义图形得形状，大小等参数。进一步的，所述刺激频率产生模块的工作原理包括：所述刺激频率产生模块对视觉刺激频率的正弦信号进行采样，且进行采样的频率为显示器的刷新频率；所述刺激频率产生模块对采样得到的正弦信号进行计算，得到所述正弦信号的相应频率和幅值所对应的刺激序列；所述刺激频率产生模块对所述刺激序列每一帧所对应的灰度值按照正弦波形式进行调整；所述刺激频率产生模块将对所述刺激序列处理后生成的数据通过文件的形式输出，并加载到存储模块中。进一步的，所述VGA控制模块的工作原理包括：所述扫描时序生成模块产生的场同步信号在每帧开始时，所述场同步信号会产生一个固定宽度的高脉冲；所述扫描时序生成模块产生的行同步信号在每行开始时，所述行同步信号会产生一个固定宽度的高脉冲；所述扫描时序生成模块的VGA时序根据基准驱动时钟依次进行同步脉冲、后沿脉冲、显示脉冲和前沿脉冲，并且在所述场同步信号的有效脉冲内对行同步信号进行扫描；所述图像描述模块根据接收到的所述自定义图形，生成图形大小、形状和数量的参数信息，并传输到所述接口控制显示模块；所述图像描述模块根据所述刺激频率从所述刺激频率产生模块的所述刺激频率对应的刺激序列读取对应的幅值和灰度值，并通过所述幅值和灰度值生成RGB信号和刺激频率控制信号；所述VGA控制模块将所述图形刺激信号、RGB信号和视觉刺激频率控制信号传输至所述接口控制模块。进一步的，所述接口控制显示模块包括VGA接口驱动显示设备和显示器；所述VGA接口驱动显示设备将接收到的所述图形刺激信号、RGB信号、刺激频率控制信号和所述参数信息传输给显示器；所述显示器将接收到的所述VGA接口驱动设备输出的所述图形刺激信号、RGB信号、刺激频率控制信号和所述参数信息进行刺激图形的显示。进一步的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SSVEP视觉刺激器，其特征在于，包括VGA控制模块、刺激频率产生模块、存储模块和图像传输模块；/n所述VGA控制模块包括扫描时序产生模块和图像描述模块；/n所述图像传输模块：将输入的自定义图形和需要调节的视觉刺激频率传输至所述VGA控制模块；/n所述刺激频率产生模块：对视觉刺激频率的正弦信号进行采样，对采样得到的数据进行计算，将所述刺激频率产生模块计算得到的不同视觉刺激频率对应的幅值和灰度值加载到存储模块中；/n所述扫描时序产生模块：生成行同步信号、场同步信号和数字信号类型的图形刺激信号；/n所述图像描述模块：从所述刺激频率产生模块读取所述视觉刺激频率对应的幅值和灰度值，并通过所述幅值和灰度值产生RGB信号和视觉刺激频率控制信号，根据接收到的所述自定义图形，生成图形大小、形状和数量的参数信息，并传输到所述接口控制显示模块；/n所述接口控制模块：通过所述图形刺激信号、RGB信号、视觉刺激频率控制信号和参数信息进行视觉刺激图形的显示和闪烁。/n

【技术特征摘要】
1.一种SSVEP视觉刺激器，其特征在于，包括VGA控制模块、刺激频率产生模块、存储模块和图像传输模块；
所述VGA控制模块包括扫描时序产生模块和图像描述模块；
所述图像传输模块：将输入的自定义图形和需要调节的视觉刺激频率传输至所述VGA控制模块；
所述刺激频率产生模块：对视觉刺激频率的正弦信号进行采样，对采样得到的数据进行计算，将所述刺激频率产生模块计算得到的不同视觉刺激频率对应的幅值和灰度值加载到存储模块中；
所述扫描时序产生模块：生成行同步信号、场同步信号和数字信号类型的图形刺激信号；
所述图像描述模块：从所述刺激频率产生模块读取所述视觉刺激频率对应的幅值和灰度值，并通过所述幅值和灰度值产生RGB信号和视觉刺激频率控制信号，根据接收到的所述自定义图形，生成图形大小、形状和数量的参数信息，并传输到所述接口控制显示模块；
所述接口控制模块：通过所述图形刺激信号、RGB信号、视觉刺激频率控制信号和参数信息进行视觉刺激图形的显示和闪烁。


2.根据权利要求1所述的一种SSVEP视觉刺激器，其特征在于，所述刺激频率产生模块的工作原理包括：
所述刺激频率产生模块对视觉刺激频率的正弦信号进行采样，且进行采样的频率为显示器的刷新频率；
所述刺激频率产生模块对采样得到的正弦信号进行计算，得到所述正弦信号的相应频率和幅值所对应的刺激序列；
所述刺激频率产生模块对所述刺激序列每一帧所对应的灰度值按照正弦波形式进行调整；
所述刺激频率产生模块将对所述刺激序列处理后生成的数据通过文件的形式输出，并加载到存储模块中。


3.根据权利要求1所述的一种SSVEP视觉刺激器，其特征在于，所述VGA控制模块的工作原理包括：
所述扫描时序生成模块产生的场同步信号在每帧开始时，所述场同步信号会产生一个固定宽度的高脉冲；
所述扫描时序生成模块产生的行同步信号在每行开始时，所述行同步信号会产生一个固定宽度的高脉冲；
所述扫描时序生成模块的VGA时序根据基准驱动时钟依次进行同步脉冲、后沿脉冲、显示脉冲和前沿脉冲，并且在所述场同步信号的有效脉冲内对行同步信号进行扫描；
所述图像描述模块根据接收到的所述自定义图形，生成图形大小、形状和数量的参数信息，并传输到所述接口控制显示模块；
所述图像描述模块根据所述刺激频率从所述刺激频率产生模块的所述刺激频率对应的刺激序列读取对应的幅值和灰度值，并通过所述幅值和灰度值生成RGB信号和刺激频率控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨虹，辛如宇，张红升，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50