基于眼电技术的人机交互系统

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1、基础研究载人航天2011年第5期基于眼电技术的人机交互系统许青杨凡陈卫东张韶岷代建华郑筱祥(浙江大学求是高等研究院)摘要设计实现了一套基于眼电技术的人机交互系统，利用眼电图信号来检测人眼的运动状态及眨眼情况，使用者可以利用眼球运动的八个方向(上、下、左、右、左上、左下、右上、右下)及有意识眨眼来进行人机交互作用，以控制外部设备，同时根据载人航天器的实际需要方便、规范地扩展到各种空间应用中。关键词人机交互系统眼球运动眼电技术分类号V443文献标识码A文章编号1674—5825(2011)05—0039—07使用者眼角膜的伤

2、害，并且因外加磁场导致装置庞1引言大不易携带。红外线眼动图法是以红外线来追踪眼人机交~(Human—ComputerInteraction，HCI)系球移动的位置，当用户移动眼球时，使用红外摄像机统研究的是关于设计、评价和实现供人们使用的交记录下其眼球移动情况，然后通过计算机图形学的互计算系统以及相关的一门学科。在日常生活中，人方法来分析出其眼球移动的方向。这种方法优点在机交互的功能主要靠可输入输出的外部设备及配套于不需要接触用户以取得信号，但是易受可见光影设备来完成。常见的外部设备主要有键盘、鼠标、手响，且处理上花费时

3、间较多，价格昂贵。Purkinje影像写板等。人机交互部分的主要作用是控制有关设备追踪法主要原理是当光束在人射眼球的过程中，由的运行并执行通过人机交互设备传来的有关的各种于眼球各部分的折射率不同，反射出来的影像也会命令和要求。如果能够设计出一种不须依靠肢体进不同，利用不同的影像来预测眼球转动方向。但是这行信息交流的人机交互系统，让病人或残疾人能够种方法对设备要求很高。眼电技术的基本原理是眼依靠自己的意念，独立的与外界进行信息交流，这将球的角膜端带正电，视网膜端带负电，当眼球转动会是社会的一大福音。时，眼球附近的皮层会产生

4、细微的电量变化，通过置眼球运动在人机交互、认知、药物效果、心理学等于人眼周围的电极获得电压信号经过特征信号识别方面都起到重要的作用，不同领域的科学家都对此开以后可以判断人眼球运动状态。该方法具有无创、不展了研究。目前主要的眼球探测方法有：搜索线圈法影响眼部正常生理活动等优点，而且装备简单，设备searchcoil，SC)【11、红外线眼动图法(infraredoculog—相对廉价，主要缺点是电极下面的皮层角质不断分raphy，IROG)【2J、Purkinje影像跟踪法囹以及眼电技术泌会导致电阻值的改变，从而会产生漂移

5、。(electro—oculography，EOGY。搜索线圈法是在使在以上几种方法中，眼电技术具有成本较低、易用者眼球附近添加一个磁场并在眼球前段增加一个于使用等优势。本文将利用眼电技术探测眼球运动感应线圈，当使用者眼球运动时，感应线圈会产生感开发一种人机交互系统，该系统可以识别出眼球运应电流，通过放大感应电流就可以判断眼球的运动动或眨眼的不同特征。使用者可以利用眼球运动的状态。这种方法容易受人眼分泌物的影响，容易造成八个方向(上、下、左、右、左上、左下、右上、右下)及来稿13期：2010-10—20；修回日期：201

6、0—12—21。作者简介：许青(1987．07一)，女，硕士研究生，主要研究方向为眼电技术，数据挖掘，模式识别。39载人航天2011年第5期基础研究有意识眨眼控制外部设备。块，对初步处理后的信号进行基于数学形态学的滤波和使用阈值检测的方法识别眼球运动状态；(4)前2系统构成与实现台应用程序，将处理后的眼电信号转换成一些控制系统结构图如图1所示：系统主要由五个模块信息以应用界面的方式与用户进行信息交互；(5)信组成，分别为：(1)信号采集模块，通过置于眼睛周围号传输模块，将从前台应用程序获得的控制信号传的电极采集眼电信号；

7、(2)信号放大模块，将采集到输到外部设备。下面各节将详细介绍各模块的作用的信号进行放大和高频滤波；(3)信号分析和处理模与实现●●●⋯●-●-●⋯-●_●_●●●⋯⋯●‘●。■⋯●●●’●_-_●‘⋯●●●⋯⋯-●⋯●-一■。o_●●●o⋯o●●⋯o●⋯●’●‘●(2)信号放大模块}-

8、————(3)信号分析和处理模块—————(4)前台应用程序；-⋯⋯⋯7⋯⋯⋯⋯。’⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯⋯-．I。·(5)信号传输模块；⋯⋯⋯⋯⋯I．⋯⋯⋯⋯一●●·⋯⋯⋯．．：●●●●●41．··········-{●●●●·⋯⋯⋯．图

9、1系统结构图2．1信号采集模块号HEOG用于判断眼球水平转动，垂直通道眼电信本系统采用五个电极来采集眼电信号，如图2所号VEOG用于判断眼球垂直运动及有意识眨眼。采示，其中两个电极(HEOL，HEOR)差分得到水平通道集到的眼电信号将传递到信号放大模块。眼电信号HEOG，分别布置在左右外眼角外的2．5cm采集电极使用