本发明专利技术涉及一种基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，属于信号处理、虚拟现实与人机交互领域。确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电信号特征，确定情绪相关的脑电信号特征中能反映QoE主观评分的触觉脑电信号特征，确定触觉脑电信号特征和QoE主观评分之间的映射关系。有益效果是：实现了对触觉再现装置由以心理感受为依据的主观评测到以生理信号数据为依据的客观评测，在触觉再现装置评测上，该方法的使用将降低人为因素的影响，通用性及可扩展性强，在评测触觉再现装置的QoE上，有效降低了样本量的需求。有效降低了样本量的需求。有效降低了样本量的需求。
【技术实现步骤摘要】
基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法
[0001]本专利技术涉及信号处理、虚拟现实与人机交互领域，尤其涉及一种基于脑电信号的触觉再现装置体验质量QoE客观评测方法。
技术介绍
[0002]现有人机交互技术多数停留在视觉听觉上，已经不能满足人工智能发展人性化的需求。触觉作为人体除视觉和听觉之外最重要的一种获取信息的知觉形式，在信息获取和感知方面有独特优势，是目前未被充分研究的信息传输通道。
[0003]触觉再现技术是当前人机交互与虚拟现实领域内的前沿技术，目前还处于起步阶段，但已经引起了包括中美日德在内的国内外学者的广泛关注。2008年，在Nature期刊上Vincent Hayward预测触觉再现技术将是未来改变世界的十大技术之一。现阶段，触觉再现技术的科研与产业生态正在逐步形成，有巨大的经济价值和市场潜力。据Markets&Markets最新报告，到2022年触觉再现技术市场规模将达195.5亿美元。触觉再现技术被广泛应用在游戏娱乐、机器人、医疗教育以及导航控制等领域中，并将人类与虚拟世界交流推向听觉、视觉与触觉三维融合崭新阶段，不断的提升虚拟环境下的真实感和沉浸感体验。
[0004]利用触觉再现技术形成的装置包括：振动式、压膜式、超声式、静电力式和气动式触觉再现装置。触觉再现装置通过电机马达振动，压膜振动，超声振动，静电力吸引和气压变化实现对接触部位的触觉反馈，通过改变摩擦力、法向力、切向力、粗糙度、粘稠度、柔软度等实现对触觉反馈的调节。触觉再现技术的发展，为提升用户体验质量QoE提供了新途径。但触觉再现装置的体验质量还缺少客观有效的评估。作为QoE的一种生理测量手段，脑电信号中的很多特征能反映触觉再现装置体验的主观感受，并有效排除个体差异影响，如事件相关电位中300毫秒到500毫秒的正成分P300和事件相关电位晚期正成分LPP。QoE属于人的一种感受，而感受属于情绪的内在表现，将情绪相关的脑电信号分析技术引入到触觉再现装置评测当中，将有助于触觉再现装置技术的进一步完善发展。
[0005]目前现有技术中存在如下问题：
[0006]触觉再现装置评测方法可以归为两种：主观评测和模型评估。现有的触觉再现装置评测方法以主观评价为主，主观评价依赖于用户行为，在一定程度上反映用户的主观感受。但由于不同人之间差异较大，需要大量的样本才能归纳出可测触觉再现装置参数到QoE主观评分的映射关系，在应用上有一定局限性。模型评估包括回归分析和机器学习，一定程度上降低了主观因素的影响，相对客观的反映触觉再现装置的QoE，但其性能受客观指标选择的影响，有效的客观指标才能建立可靠的模型。此外，机器学习性能还受训练样本量的影响，可能和主观评价面临同样的大样本量难题。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供一种基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，利用QoE主观评分和反映触觉再现装置QoE的脑电信号特征，建立了生理心理映射关系，实现了对触
觉再现装置由以心理感受为依据的主观评测到以生理信号为依据的客观评测，在触觉再现装置评测上，该方法的使用将降低人为因素的影响，通用性及可扩展性强。
[0008]本专利技术采取的技术方案是，包括下列步骤：
[0009](1)、确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电信号特征，包括脑电瞬时响应特征和脑电非瞬时响应特征；
[0010](2)、确定情绪相关的脑电信号特征中能反映QoE主观评分的触觉脑电信号特征；
[0011](3)、确定触觉脑电信号特征和QoE主观评分之间的映射关系。
[0012]本专利技术所述步骤(1)中触觉再现装置包括以下任意之一项或多项：
[0013]振动式、压膜式、超声式、静电力式和气动式触觉再现装置。
[0014]本专利技术所述步骤(1)中确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电瞬时响应特征，具体包括：
[0015]当持续产生触觉反馈时，采集脑电信号的同时，依次标记多个起始反馈时间点或起始反馈时间段；
[0016]采集大于等于N人次的脑电信号，以标记处为0时刻，截取固定长度数据段，在使用无限脉冲响应数字滤波器去噪后重新选择电位参考点，使用独立成分分析去噪之后按照标记进行数据分割，基线矫正后进行叠加平均，得到脑电瞬时响应特征。
[0017]本专利技术所述脑电瞬时响应特征为事件相关电位中300毫秒到500毫秒的正成分P300和事件相关电位中的晚期正成分LPP。
[0018]本专利技术所述步骤(1)中确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电非瞬时响应特征，具体包括：
[0019]当持续产生触觉反馈时，记录整体触觉反馈过程诱发的全过程脑电信号，对所述全过程脑电信号在使用无限脉冲响应数字滤波器去噪后重新选择电位参考点，使用独立成分分析去噪之后进行变换域处理，得到所述脑电非瞬时响应特征。
[0020]本专利技术所述脑电非瞬时响应特征具体包括以下任意一项或多项：
[0021]大脑左右额叶功率不对称性、大脑节律功率不对称性、大脑相位同步性以及非线性特征；
[0022]非线性特征包括李雅谱诺夫指数、复杂度、熵(香农熵、谱熵、小波熵、样本熵、近似熵、模糊熵以及排序熵)、递归定量分析、关联维度、去趋势波动分析、赫斯特指数。
[0023]本专利技术所述步骤(2)中确定情绪相关的脑电信号特征中能反映QoE主观评分的触觉脑电信号特征，具体包括：
[0024]由于脑电信号的位置和频率不同，触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电瞬时响应特征和脑电非瞬时响应特征需进一步确定。
[0025]根据触觉再现装置的主观评价计算QoE主观评分；
[0026]根据中介效应分析方法计算所述触觉再现装置的参数，所述脑电信号特征以及所述QoE主观评分之间的显著性；
[0027]根据所述显著性判断所述脑电信号特征是否对所述触觉再现装置的QoE起到中介作用；
[0028]若是，则确定所述脑电信号特征为所述触觉脑电信号特征。
[0029]本专利技术所述中介效应分析的方法为Bootstrap方法或Sobel方法。
[0030]本专利技术所述步骤(3)中确定触觉脑电信号特征和QoE主观评分之间的映射关系，具体包括：
[0031]根据触觉再现装置的主观评价计算QoE主观评分；
[0032]根据回归分析确定触觉脑电信号特征和QoE主观评分之间的映射关系。
[0033]本专利技术所述回归分析方法为多元线性回归分析，具体包括：
[0034]设Y为因变量x1,x2,
…
x
n
为自变量，并且自变量与因变量之间为线性关系时，则多元线性回归分析的模型为：
[0035]Y＝C+c1x1+c2x2+
…
+c
n
x
n
+e
[0036]其中，C为常数项，c1,c2,
…
c
n
为回归系数，e为偏差项，c1为x1,x2,
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)、确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电信号特征，包括脑电瞬时响应特征和脑电非瞬时响应特征；(2)、确定所述情绪相关的脑电信号特征中能反映QoE主观评分的触觉脑电信号特征；(3)、确定所述触觉脑电信号特征和QoE主观评分之间的映射关系。2.根据权利要求1所述的基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，其特征在于：所述步骤(1)中触觉再现装置包括以下任意之一项或多项：振动式、压膜式、超声式、静电力式和气动式触觉再现装置。3.根据权利要求1所述的基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，其特征在于：所述步骤(1)中确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电瞬时响应特征，具体包括：当持续产生触觉反馈时，采集脑电信号的同时，依次标记多个起始反馈时间点或起始反馈时间段；采集大于等于N人次的脑电信号，以标记处为0时刻，截取固定长度数据段，在使用无限脉冲响应数字滤波器去噪后重新选择电位参考点，使用独立成分分析去噪之后按照标记进行数据分割，基线矫正后进行叠加平均，得到所述脑电瞬时响应特征。4.根据权利要求3所述的基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，其特征在于：所述脑电瞬时响应特征为事件相关电位中300毫秒到500毫秒的正成分P300和事件相关电位中的晚期正成分LPP。5.根据权利要求1所述的基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，其特征在于：所述步骤(1)中确定触觉再现装置诱发的情绪相关的脑电非瞬时响应特征，具体包括：当持续产生触觉反馈时，记录整体触觉反馈过程诱发的全过程脑电信号，对所述全过程脑电信号在使用无限脉冲响应数字滤波器去噪后重新选择电位参考点，使用独立成分分析去噪之后进行变换域特征提取计算，得到所述脑电非瞬时响应特征。6.根据权利要求5所述的基于脑电信号的触觉再现装置体验质量客观评测方法，其特征在于，所述脑电非瞬时响应特征具体包括以下任意一项或多项：大脑左右额叶功率不对称性、大脑节律功率不对称性、大脑相位同步性以及非线性特征；所述非线性特征包括李雅谱诺夫指...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓颖，张岩，张淼，聂东研，费洪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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