基于p300的字符输入脑机接口研究

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1、硕士学位论文基于P300的字符输入脑机接口研究作者姓名徐杨学科专业模式识别与智能系统指导教师顾正晖教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2015年6月AStudyonP300-BasedBrain-ComputerInterfaceSpellerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuYangSupervisor：Prof.GuZhenghuiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP391

2、学校代号：10561学号：201220113956华南理工大学硕士学位论文基于P300的字符输入脑机接口研究作者姓名：徐杨指导教师姓名、职称：顾正晖教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：模式识别与智能系统研究方向：脑机接口论文提交日期：2015年6月14日论文答辩日期：2015年6月9日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：贺霖委员：李远清俞祝良顾正晖华南理工大学学位论文原创性声明本人萍桌卢叫：所M交的论文是氺人在泞师的指导卜狭立迸行研究所取以的研究成采.玆广义中im如以标iMm!的内w外•水论

3、文f包念代何芄铯个人戌染体己铨发及成撰写的成沿怍品”对木文的研允做出令焚贡献的个人和集体，均己在文中以喇确力'式如吼•参人完全费识到木卢明的法捧g记由本人承袒。fi-mt;：丨I朗：如^%j打#今

4、I学位论文版权使用授权书本学位论文作苕完.个-了解学校冇又铕.•使用学位论文的规尖*即*研究;1:座校攻读学位期间论文1作的知识产权中•位m年南埋丄大孕.学校有权保存并向n家冇>:；部n喊机构送交论文的y!:p件和电十版，允许学位论文被杳阅c除存.仅•密期内的保密论文外》••学检<以公也学位论文的令部或郃分内容，可以允许采出毖印、帘

5、卬或其它复制rm保存、汇编？位论文,*木人电千义朽的以矜和纸质论文的内容相一致，木学位诠文n干：Itf?密，化_____年娇裕后沾用水授权书。論保密.江校发布，供校内灿十.和s孕校⑴巧协议的笮位渊览：同意将木人$位论文提交屮国学水朗忖(光费銳）电了•杂志社全文出版和编入〖mu屮y知识资源总库》•传播宁位论文的全部戌部分内容。(诘在以上相应方辟内打“厂）BM-.^^^剛：Mf—6"疒电子邮箱=摘要脑机接口（Brain-computerinterface，BCI)是指在不依赖于组织肌肉的情况下，直接将采集的脑信号转化为相应的机器命

6、令去控制外部设备，从而完成人机交互的过程。随着信息时代的快速发展，BCI技术也日益成为备受关注的课题。它在大脑与外部环境之间建立了一个独立的交流通道，为运动障碍的残疾人提供了一种与外界交流的方式。此外，BCI的研究也应用于多个领域，如医学、控制、人工智能和脑科学等，而本文研究的基于P300的BCI系统也是脑机接口最为常见的一个应用。然而，目前基于P300的BCI系统虽然有不少的研究成果，但在实际应用中仍然存在系统的信息传输速率较低和如何检测异步系统的空闲状态等问题。针对上述问题，本文主要做了以下两个方面的研究工作：首先，本文提

7、出了一种缩短刺激序列的动态停止准则（dynamicstoppingcriterion，DSC）P300检测方法，该算法在基于Bayesian框架下计算每个字符成为目标字符的后验概率，并将此概率值与设定的阈值相比。若大于阈值则闪烁序列停止，直接输出该目标字符；否则将当前刺激序列中所有字符的后验概率值进行递减排序，在刺激序列中删除概率值较小的字符，从而缩短了闪烁字符序列，减弱非目标字符闪烁对受试者的干扰。由实验结果表明，该方法在保证较高准确率的前提下，明显提高了字符的输入速度。其次，本文初步探讨了基于异步P300的字符输入BCI系

8、统，该系统根据是否能检测到P300信号判断用户是否正在有输入，与传统的同步P300BCI系统相比，增加了空闲状态。而对于控制状态和空闲状态的检测，本文介绍了两种方法，一种是基于统计学分析的异步模式检测方法，该方法是基于Bayesian框架下计算闪烁序列在当前状态下的后验概率。若此概率值大于设定的阈值，则判断为控制状态并根据DSC算法输出目标字符；另一种方法是基于组合分类器的异步模式检测，该方法是采用两级分类器建立分类器模型，再根据第二级分类器预测的label值来判断。若label值为1则判断为控制状态，然后同样根据DSC算法输

9、出目标字符。通过实验数据分析，结果表明异步模式的两种状态在系统中能90%被准确的检测出来。关键词：脑机接口；P300；动态停止准则；空闲状态检测IAbstractBrain-computerinterface(BCI)doesnotdependontheorganizatio