基于表面肌电信号的虚拟座舱动作模式识别

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1、第４５卷第５期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．５２０１５年９月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳｅｐ．２０１５基于表面肌电信号的虚拟座舱动作模式识别刘礼浩，吴东苏，金亮，吴文丽（南京航空航天大学民航学院，飞行模拟与先进培训工程技术研究中心，江苏南京２１１１０６）摘要：在虚拟座舱交互头部运动中，长时间使用虚拟现实头盔时仿真参与者会出现了失去方向、恶心呕吐等仿真病。其中，仿真病产生的最重要的原因是视觉延迟。针对突然的头部运动产生的视觉延迟问题，提出了一种基于表面肌电（ｓＥＭＧ）信号的头部动作模式识别的算法。运用算法可成

2、功地从胸锁乳突肌和头夹肌中识别出上仰、旋转和侧弯３种头部运动动作。实验结果表明，径向基函数神经网络具有识别能力强和学习速度快等优点，在模式识别领域具有广阔的发展前景。关键词：虚拟座舱；表面肌电信号；特征提取；径向基函数神经网络；模式识别中图分类号：ＴＰ２４１．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０５-００２８-０５PatternRecognitionofMovementBasedonsEMGinVirtualCockpitEnvironmentＬＩＵＬｉ-ｈａｏ，ＷＵＤｏｎｇ-ｓｕ，ＪＩＮＬｉａｎｇ，ＷＵＷｅｎ-ｌｉ（C

3、ollegeofCivilAviation，EngineeringResearchCenterforFlightSimultaionandAdvancedTraining，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing２１１１０６，China）Abstract：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｒｔｉｃｉｐａｎｔｓｗｉｌｌｌｏｓｅｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｅａｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｅａｓｅｓｕｃｈａｓｎａｕ－ｓｅａａｎｄｖｏｍｉｔｉｎｇｗｈｅｎｔｈｅｙｗｅａｒｖｉｒ

4、ｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｈｅｌｍｅｔｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅｉｎｖｉｒｔｕａｌｃｏｃｋｐｉｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｈｅａｄｍｏｖｅｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｖｉｓｕａｌｌａｇｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｃａｕｓｅｗｈｉｃｈｇｅｎｅｒａｔｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｉｓｅａｓｅ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｖｉｓｕａｌｌａｇｐｒｏｂｌｅｍｃａｕｓｅｄｂｙｓｕｄｄｅｎｒａｐｉｄｈｅａｄｍｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉ－ｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｈｅａｄｍｏｖｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｓｕｒ

5、ｆａｃｅＥＭＧｓｉｇｎａｌｓ．Ａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｍｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｈｕｍａｎｈｅａｄ：ｎｏｓｅ-ｕｐｐｉｔｃｈ，ｒｏｔａｔｉｎｇａｎｄｌａｔｅｒａｌｂｅｎｄｉｎｇｆｒｏｍｃｌｅｉｄｏ－ｍａｓｔｏｉｄａｎｄｍｕｓｃｕｌｉｓｐｌｅｎｉｕｓｃａｐｉｔｉｓ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔＲＢＦｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｈａｓａｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇ

6、ｎｉｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ，ｆａｓｔｌｅａｒｎｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｅｔｃ．Keywords：ｖｉｓｕａｌｃｏｃｋｐｉｔ；ｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙｓｉｇｎａｌ；ｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｒａｄｉａｌｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ引言上特性，所以采用虚拟座舱进行仿真任务，可以大大降低系统运行的成本。虚拟现实技术（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇ

7、ｙ）是一门［１］在虚拟座舱交互头部运动中，虚拟现实头盔是一新兴的计算机技术，利用它可以创建和体验虚拟世种重要设备，仿真参与者在长时间使用虚拟现实头盔界。虚拟现实技术提供了一种全新的人机交互方式，［３］时会出现失去方向、恶心呕吐等仿真病。其中，仿真我们可以借助于一定的设备，进入到数据空间中，与其病产生的最重要的原因是视觉延迟。常用的头部运动中的各种物体进行交互。虚拟座舱（ＶｉｒｔｕａｌＣｏｃｋｐｉｔ）［２］测量方法（如惯性、电磁、超声、光学等）对头部缓慢运是虚拟现实技术的一种实际应用。虚拟座舱在结构动具有较好的效果，但是一旦头部运动速度加快，

8、视觉和仿真功能上具有较强的柔性，可以在不改变虚拟座延迟问题将会加剧。针对突然的头部运动产生的视觉舱硬件结构的情况下，只需适当的修改软件和数据库，延迟问题，本文提出了一种完全不同于