基于交叉频率扫描技术的脑机接口设计与实现

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1、＇．：．？ｏ．巧■＇：；屯＇．■Ｉ－ｋ啼Ａ訪的巧ＦＥＬＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＵＮＩＣＳＣＩＥＩＶＥＲＳＩＴＹＯＣＴＲＯＮ硕ｄ：学位论文ｊＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ■Ｉ．Ｉｒ’１ｊ论文题目基于交叉驟率扫描技术的脑机接口设计与实现学科专业计算机应用技术－学号２０１２２１０６０４８４作者姓名周杭指导教师吴正华副教授ｒＪ．．；．’独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行

2、的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：巧狀日期：心年５Ｔ月２／日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或

3、部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）ｒｊ才作者签名：：满抗导师签名之全＂曰期年ｙ月％曰分类号密级注1UDC学位论文基于交叉频率扫描技术的脑机接口设计与实现（题名和副题名）周杭（作者姓名）指导教师吴正华副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业计算机应用技术提交论文日期2015.3.27论文答辩日期2015.5.13学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进

4、分类法UDC》的类号。THEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFBRAINCOMPUTERINTERFACEBASEDONCROSSFREQUENCYSCANNINGTECHNOLOGYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ComputerAppliedTechnologyAuthor:ZhouHangAdvisor:AssociateProfessorWuZhenghuaSchool:SchoolofIn

5、formation&SoftwareEngineering摘要摘要脑-机接口(BrainComputerInterface,BCI)技术是不依赖于常规脑外周神经和肌肉系统，连接人脑与外界（计算机或其它外部设备）进行信息交流和控制的全新通道。脑-机接口将人脑的信号直接转换成外部设备的控制命令，信息的传递不再需要经过外周神经和肌肉等传出通道。BCI的最终目标，是让患有丧失运动能力疾病的病人，能够操作计算机、语音合成器、辅助性的工具和神经修复等设备。这样的接口可以增加患者的独立行动能力，从而提高患者生活质量，同时减轻社会的负担。本文为了解决目前

6、脑-机接口实验中频率点资源匮乏的问题，提出了双频扫描的思路，即在一个选择目标里用两个频率进行交叉扫描刺激来获得稳态视觉诱发电位，本方法能大幅度提高频率资源的利用率，且双频扫描产生的次生频率可以提高系统的目标识别准确度，从而有可能构建复杂脑-机接口系统。根据需求我们设计并实现了基于ARM的4*4的双频扫描刺激器矩阵，并对刺激器频率点的选择与搭配进行了探讨，最后实现了刺激器通过串口与PC进行通信，并编写了使用方便的串口通讯操作界面。本文还介绍了如何对提取的脑电信号进行处理，使之成为对我们有用的信号，鉴于特征提取效率的极端重要性，作者实现了本系

7、统的特征提取算法，先用DAUB4滤波算法对脑电信号进行预处理，再用傅里叶变换算法进行特征频率提取，并在论文中有详细描述，尤其是对傅里叶变换算法，本文详细地分析了蝴蝶操作，二进制反转，三角递归等步骤从数学公式到算法代码的产生过程。在脑电实验中，脑电信号的数据量比较大且数据产生速度快，为了准确无误的采集并处理这些数据，本文还解决了包括缓存区的管理，数据的保序，以及处理时各线程间对数据的互斥访问等问题。最后本文设计了脑-机接口实验，邀请了10名受试者通过本脑-机系统输入一个30位的字符串，通过对10名受试者的正确率的统计，发现大部分受试者的正确

8、率都在90%以上，总的正确率也达到了88.6%，验证了脑-机系统的设计以及脑-机接口实验的设计是合理的。关键词：脑-机接口，频率复用，特征提取算法IABSTRACTABSTRACTBrain-