一种基于情感脑机的行走意图诱发方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于情感脑机的行走意图诱发方法、装置及存储介质，其中方法包括以下步骤：配置实验环境；创建虚拟行走环境，把真实世界中被试者的行为映射到虚拟行走场景中；根据情感刺激诱发过程在虚拟行走场景中设置行走路径和积分奖励策略；基于不同的行走场景情感类型设定情感刺激任务；实时检测运行的情感刺激任务，在情感刺激诱发过程中采集被试者的脑电信号并分段得到脑电信号片段；对脑电信号片段进行预处理；基于不同的行走场景情感类型对预处理后的脑电信号片段按照时间戳匹配对应的标签，输出带标签的脑电信号数据。与现有技术相比，本发明专利技术具有脑电数据标准化、脑电信号质量高等优点。号质量高等优点。号质量高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于情感脑机的行走意图诱发方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及脑电信号处理领域，尤其是涉及一种基于情感脑机的行走意图诱发方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]脑
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机接口(Brain
‑
Computer Interface，BCI)技术是人在无外周神经系统和肌肉组织参与的条件下，通过计算机等电子设备输出控制信号，与外界环境进行交流的一种新型人机交互手段。情感脑机是通过BCI技术对人脑的特定情感进行识别和调控的一种方式。对传统BCI任务而言，由于大脑中数百亿神经元的功能和机制并没有被足够的理解和挖掘，这使得BCI系统对于大脑信号的正确识别受到了制约。而且，脑信号受到来自环境和自身生理信号的多重干扰，更加使任务相关的信号难以被有效获取。
[0003]人体运动意图识别是脑机接口的重要应用，一般的方法是通过运动想象获取数据。运动准备是大脑对有关动作的预先思维准备，主要利用运动开始前的脑电数据检测其动作意图。与运动想象相比，运动准备诱发脑电响应快，信号反应时窗短，变化明显。因此通过检测运动准备诱发脑电特征，可大幅提升基于运动意图识别的脑机交互效率。基于运动想象脑电的运动意图识别中，测试者被要求不能运动，而是去想象运动的过程，这一过程称为运动想象范式。在此之后，采集的脑电信号将会在预处理后输入到多种机器学习模型中进行不同形式的分类。
[0004]脑电识别需要大量高质量的数据，在数据采集设备业已成熟的情况下，脑电数据的质量至关重要。
[0005]专利CN 110025452 B公开了专利技术公开了一种基于脑机接口的触觉反馈踝关节功能训练系统，包括用于被试者训练使用的训练椅；被试者界面模块，包括显示屏和主机，能够提供基于稳态视觉诱发的动画供被试者观看。该专利技术采用脑机接口的方式提取被试者脑电信号行触觉训练，实现主动意图训练；基于稳态视觉诱导技术的训练，模拟行走过程中步态周期，有助于被试者的本体感觉和异常步态训练。然而，运动意图识别的应用过程中仍存在一些问题，比如采集数据噪声明显，不同测试者的数据特征差异大，数据采集范式不统一导致的识别准确低等问题。由于运动想象过程的范式不同，导致分类模型的泛用性低，分类的结果可靠性不高。在一些行走意图的识别任务当中，采取了脑电信号之外的数据源，如大脑皮层血氧浓度和人体肌源电信号等。改变信号源的办法也未能从根本上解决脑信号受到来自环境和人脑意识主观的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了提供一种基于情感脑机的行走意图诱发方法、装置及存储介质，以提供一种标准化的行走意图脑电数据获取方法，提高脑机行走意图识别中的脑电信号质量和信噪比。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于情感脑机的行走意图诱发方法，包括以下步骤：
[0009]配置实验环境：根据脑机数据采集的要求配置实验环境，保证被试者处于安静的室内环境，远离大功率电器，尽可能营造专注的氛围，同时要求无头部或肢体晃动等动作，以避免发生与任务无关的肌肉收缩所造成的脑电信号变化；
[0010]创建虚拟行走环境，把真实世界中被试者的行为映射到虚拟行走场景中：根据需要诱发的脑机任务(行走意图)，创建虚拟行走场景，头戴式显示器会展示当前的虚拟场景，将当前映射的虚拟行走行为反馈给被试者；
[0011]根据情感刺激诱发过程在虚拟行走场景中设置行走路径和积分奖励策略；
[0012]基于不同的行走场景情感类型设定情感刺激任务；
[0013]实时检测运行的情感刺激任务，在情感刺激诱发过程中采集被试者的脑电信号并分段得到脑电信号片段；
[0014]对脑电信号片段进行预处理；
[0015]基于不同的行走场景情感类型对预处理后的脑电信号片段按照时间戳匹配对应的标签，输出带标签的脑电信号数据。
[0016]所述虚拟行走场景包括：
[0017]虚拟行走环境，包含一条清晰的行走路径和目的地；
[0018]虚拟行走角色，用于模拟行走，显示器实时反馈给被试者的画面来自跟随所述虚拟行走角色的摄像机。
[0019]所述行走场景情感类型包括行走、停止。
[0020]所述情感刺激任务包括：引导虚拟行走角色沿行走路径移动并行走至目的地，引导虚拟角色在距离目的地距离小于预配置的阈值时停止行走。
[0021]所述积分奖励策略为每完成一次情感刺激任务获得预配置分数的积分奖励。
[0022]所述脑电信号的采集采用32通道的BCIduino设备，采样频率为1000Hz。
[0023]所述对脑电信号片段进行预处理为采用5阶Butterworth带通滤波器对脑电信号片段进行滤波，滤波范围为10
‑
12Hz和20
‑
24Hz。
[0024]所述标签与行走场景情感类型一一对应，包括行走、停止。
[0025]一种基于情感脑机的行走意图诱发装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的方法。
[0026]一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述所述的方法。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)本专利技术通过创建虚拟的行走环境作为引导，模拟加入奖惩机制作为情感刺激，将真实世界中被试者的行为映射到虚拟现实环境中去，可以获得不带主观的、具有标准化的行走意图脑电数据。
[0029](2)本专利技术采集的标准化行走意图脑电数据可以应用于脑机行走意图识别问题中，从一定程度上解决脑电信号质量低、信噪比低的问题。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的方法流程图；
[0031]图2为情感刺激诱发过程；
[0032]图3为虚拟行走场景示意图；
[0033]图4为脑部导联通道示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]一种基于情感脑机的行走意图诱发方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0036]1)配置实验环境；
[0037]本实施例的实施环境要求整个测试过程在安静的室内环境完成，同时为保证实验电磁环境与信号采集质量，要求远离手机、笔记本电脑等通讯设备。被试者坐在距离显示器1m的扶手椅上，双手放置于扶手，并要求保持肌肉放松状态，无头部或肢体晃动等动作，以避免发生与任务无关的肌肉收缩所造成的脑电信号变化。
[0038]2)创建虚拟行走环境，把真实世界中被试者的行为映射到虚拟行走场景中；
[0039]根据需要诱发的脑机任务(行走意图)，创建虚拟行走场景，头戴式显示器会展示当前的虚拟场景，将当前映射的虚拟行走行为反馈给被试者。虚拟场景则会根据本次脑机接口数据采集任务，进一步推本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于情感脑机的行走意图诱发方法，其特征在于，包括以下步骤：配置实验环境；创建虚拟行走环境，把真实世界中被试者的行为映射到虚拟行走场景中；根据情感刺激诱发过程在虚拟行走场景中设置行走路径和积分奖励策略；基于不同的行走场景情感类型设定情感刺激任务；实时检测运行的情感刺激任务，在情感刺激诱发过程中采集被试者的脑电信号并分段得到脑电信号片段；对脑电信号片段进行预处理；基于不同的行走场景情感类型对预处理后的脑电信号片段按照时间戳匹配对应的标签，输出带标签的脑电信号数据。2.根据权利要求1所述的一种基于情感脑机的行走意图诱发方法，其特征在于，所述虚拟行走场景包括：虚拟行走环境，包含一条清晰的行走路径和目的地；虚拟行走角色，用于模拟行走，显示器实时反馈给被试者的画面来自跟随所述虚拟行走角色的摄像机。3.根据权利要求2所述的一种基于情感脑机的行走意图诱发方法，其特征在于，所述行走场景情感类型包括行走、停止。4.根据权利要求3所述的一种基于情感脑机的行走意图诱发方法，其特征在于，所述情感刺激任务包括：引导虚拟行走角色沿行走路径移动并行走至目的地，引导虚拟角色在距离目的地距离小于预配置的阈值时停止行走。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐鹏，吴云丰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：