的FADTooI生成FIR帶通濾波器系數(shù)和對應的VHDL程序，然后把VHDL程序在FPGA里面生成對應的FIR帶通濾波器模塊，從而實現(xiàn)對原始腦電信號的濾波。
[0031]2.采用功率譜估計實現(xiàn)對視覺誘發(fā)腦電信號進行誘發(fā)電位特征提取，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別視覺誘發(fā)電位特征。在FPGA中通過SOPC技術(shù)、VHDL編程、DSP運算IP核和嵌入式乘法器實現(xiàn)信號處理算法。
[0032]控制指令輸出模塊:通過信號處理模塊識別出的刺激頻率匹配國畫機械手指令庫進而轉(zhuǎn)換為相對應的控制指令來實現(xiàn)機械手繪圖動作，同時在FPGA中顯示將要繪制的指令。
[0033](4)實時反饋模塊:通過視頻監(jiān)控實現(xiàn)繪圖的實時反饋，包括圖像采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0034]圖像采集模塊:圖像采集設(shè)備采用0V9650型號的傳感器。該傳感器具有彩色圖像處理功能，能夠提高彩色圖像的處理效率，減少系統(tǒng)占用的存儲空間。
[0035]數(shù)據(jù)傳輸模塊:根據(jù)Altera Cyclone和SOC Bulider相關(guān)理論在FPGA中建立數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0036](5)國畫機械手模塊:采用由六個伺服電機驅(qū)動的AVR編程機械手，控制機械手運動的是基于Atmegal68單片機控制器，并通過串口的方式與FPGA進行實時通訊。
[0037]作為多樣化應用此技術(shù)本發(fā)明也支持搭載嵌入式操作系統(tǒng)的其它便攜式開發(fā)設(shè)備，例如ARM，DSP等。
[0038]下面對于本發(fā)明的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手的繪圖方法實施例進行說明。
[0039]首先受試者雙眼平視LED燈刺激器，視覺刺激器進行視覺刺激，原始腦電信號將在信號采集中進行放大和濾波處理，通過無線藍牙傳輸?shù)紽PGA中進行實時誘發(fā)電位信號預處理并進一步提取誘發(fā)電位特征和識別，再將輸出指令通過串口傳輸?shù)嚼L圖機械手，繪圖機械手將根據(jù)具體的繪制指令繪制國畫。
[0040]具體地，本發(fā)明的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手的繪圖方法，包括以下步驟:
[0041]—、整個實驗在安靜、遠離電磁干擾的環(huán)境中進行。受試者頭戴電極帽，坐在距離視覺刺激器50cm處，雙眼平視視覺刺激器；當刺激器開始閃爍時，受試者雙眼注視所要代表繪制筆畫的LED燈。
[0042]二、開啟腦電放大器則進行信號采集，并將原始腦電信號送入FPGA的緩沖區(qū)中進行實時存儲；為了提高國畫繪制準確度的要求，在FPGA中設(shè)置環(huán)形緩沖區(qū)用于不斷的從信號采集放大器接收腦電數(shù)據(jù)塊；同時設(shè)置邏輯控制子模塊接收環(huán)形緩沖區(qū)提供的觸發(fā)，并通過邏輯控制，決定是否可以觸發(fā)信號處理等技術(shù)。
[0043]三、經(jīng)過FPGA信號處理后的數(shù)據(jù)將經(jīng)過串口方式傳輸給繪圖機械手；首先FPGA顯示信號處理模塊識別出代表繪制筆畫的刺激頻率，受試者根據(jù)實時反饋做出進一步的判斷；繪圖機械手將結(jié)合控制指令以及受試者的設(shè)置完成以下三個動作:
[0044]1、刺激頻率不匹配控制指令庫內(nèi)的數(shù)據(jù)，繪圖機械手處于靜止狀態(tài)，受試者將觸發(fā)邏輯控制接受新的腦電信號進行處理。
[0045]2、刺激頻率匹配控制指令庫的數(shù)據(jù)時，繪圖機械手將發(fā)出工作提示，受試者根據(jù)實時反饋的繪圖動作決定是否繪制國畫。
[0046]3、刺激頻率匹配控制指令庫的數(shù)據(jù)且機械手已經(jīng)繪制國畫部分時，受試者根據(jù)實時的繪圖視頻顯示來調(diào)整繪圖機械手的位置與動作。
[0047]以上為本發(fā)明在嵌入式FPGA上的實施案例，但并不限制本發(fā)明在其他嵌入式設(shè)備上的應用。
[0048]本發(fā)明提供的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手中的腦電信號采集端采用便攜式藍牙信號傳輸，大大提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，在很大程度上提高腦機接口系統(tǒng)的實用性；腦電信號處理端采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field ProgrammableGate Array, FPGA)，擺脫了傳統(tǒng)腦機接口對PC機依賴，實現(xiàn)腦機接口系統(tǒng)的小型化、便攜性。本發(fā)明實現(xiàn)機械手繪制山水畫國畫，提高控制精度的同時提升了文化內(nèi)涵，最終的小型化道路必將落實到腦-機接口系統(tǒng)的嵌入式實現(xiàn)，便攜式腦-機接口系統(tǒng)具有廣泛的應用前景。
[0049]以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手，其特征在于，包括: 視覺刺激器，采用穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)腦電信號，根據(jù)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的原理，使用基于白色發(fā)光二極管LED實現(xiàn)視覺刺激； 腦電信號采集模塊，采用便攜式信號采集放大器對腦電信號進行采集； 腦電數(shù)據(jù)傳輸模塊，在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA的設(shè)計中使用VHDL將通用異步收發(fā)器功能集成到FPGA內(nèi)部，實現(xiàn)FPGA開發(fā)板與信號采集放大器之間的數(shù)據(jù)傳輸；在FPGA中設(shè)置環(huán)形緩沖區(qū)用于不斷的從信號采集放大器接收腦電數(shù)據(jù)塊，并存儲起來，同時設(shè)置邏輯控制子模塊接收環(huán)形緩沖區(qū)提供的觸發(fā)，并通過邏輯控制，決定是否可以觸發(fā)信號處理； 信號處理模塊，信號預處理:采用Matlab中的FADTool生成FIR帶通濾波器系數(shù)和對應的VHDL程序，然后把VHDL程序在FPGA里面生成對應的FIR帶通濾波器模塊，從而實現(xiàn)對原始腦電信號的濾波；信號特征提取與識別:采用功率譜估計實現(xiàn)對視覺誘發(fā)腦電信號進行誘發(fā)電位特征提取，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別視覺誘發(fā)電位特征； 控制指令輸出模塊，通過信號處理模塊識別出的刺激頻率匹配國畫機械手指令庫進而轉(zhuǎn)換為相對應的控制指令來實現(xiàn)機械手繪圖動作，同時在FPGA中顯示將要繪制的指令； 國畫機械手模塊，采用由六個伺服電機驅(qū)動的AVR編程機械手，Atmegal68單片機控制器控制機械手的運動，并通過串口的方式與FPGA進行實時通訊。2.如權(quán)利要求1所述的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手，其特征在于:所述視覺刺激器包括: 視覺刺激器主控模板，采用FPGA針對同一個50MHZ有源晶振進行整數(shù)倍分頻，然后通過并行控制使每組LED燈獨立閃爍，在Quartus II軟件上使用VHDL語言編寫一個分頻模塊文件，設(shè)置分頻基數(shù)參數(shù)來獲得所需頻率； 視覺刺激器面板模塊，國畫機器手的視覺刺激器面板由12個以不同頻率閃爍的方塊組成，包含上、下、左、右4個方位命令和豎線、斜線、鋸齒線、波浪線、實心點、返回、繪制、結(jié)束8個繪圖命令，LED刺激器采用ULN2003驅(qū)動芯片，每個方塊采用白色樹脂封裝保證所有的刺激方塊穩(wěn)定正常閃爍，將12個LED以6串6并的方式組合來增加每個刺激方塊的發(fā)光面積。3.如權(quán)利要求1所述的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手，其特征在于:所述便攜式信號采集放大器為NeuroX.BC便攜式信號采集放大器，支持藍牙傳輸腦電信號數(shù)據(jù)。4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手，其特征在于:還包括實時反饋模塊，通過視頻監(jiān)控實現(xiàn)繪圖的實時反饋，實時反饋模塊包括: 圖像采集模塊，采用0V9650型號的傳感器，對彩色圖像進行處理； 數(shù)據(jù)傳輸模塊，根據(jù)Altera Cyclone和SOC Bulider相關(guān)理論在FPGA中建立數(shù)據(jù)傳輸模塊。5.一種如權(quán)利要求4所述的基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手的繪圖方法，其特征在于，包括以下步驟: 一、整個實驗在安靜、遠離電磁干擾的環(huán)境中進行，受試者頭戴電極帽，坐在距離視覺刺激器50cm處，雙眼平視視覺刺激器；當刺激器開始閃爍時，受試者雙眼注視所要代表繪制筆畫的LED燈； 二、開啟信號采集放大器進行信號采集，并將原始腦電信號送入FPGA的緩沖區(qū)中進行實時存儲，在FPGA中設(shè)置環(huán)形緩沖區(qū)用于不斷的從信號采集放大器接收腦電數(shù)據(jù)塊，同時設(shè)置邏輯控制子模塊接收環(huán)形緩沖區(qū)提供的觸發(fā)，并通過邏輯控制，決定是否可以觸發(fā)信號處理； 三、經(jīng)過FPGA信號處理后的數(shù)據(jù)將經(jīng)過串口方式傳輸給國畫機械手；首先FPGA顯示信號處理模塊識別出代表繪制筆畫的刺激頻率，受試者根據(jù)實時反饋做出進一步的判斷；繪圖機械手將結(jié)合控制指令以及受試者的設(shè)置完成以下三個動作: . 1、刺激頻率不匹配控制指令庫內(nèi)的數(shù)據(jù)，繪圖機械手處于靜止狀態(tài)，受試者將觸發(fā)邏輯控制接受新的腦電信號進行處理； . 2、刺激頻率匹配控制指令庫的數(shù)據(jù)時，繪圖機械手將發(fā)出工作提示，受試者根據(jù)實時反饋的繪圖動作決定是否繪制國畫； .3、刺激頻率匹配控制指令庫的數(shù)據(jù)且機械手已經(jīng)繪制國畫部分時，受試者根據(jù)實時的繪圖視頻顯示來調(diào)整繪圖機械手的位置與動作。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手，包括視覺刺激器主控模塊，視覺刺激器面板模塊，腦電信號采集模塊，腦電數(shù)據(jù)傳輸模塊，信號處理模塊，國畫機械手模塊，采用由六個伺服電機驅(qū)動的AVR編程機械手，Atmega168單片機控制器控制機械手的運動，并通過串口的方式與FPGA進行實時通訊。本發(fā)明國畫機器手中的腦電信號采集端采用便攜式藍牙信號傳輸，大大提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，提高腦機接口系統(tǒng)的實用性，提高控制精度的同時提升了文化內(nèi)涵，最終的小型化道路必將落實到腦-機接口系統(tǒng)的嵌入式實現(xiàn)，便攜式腦-機接口系統(tǒng)具有廣泛的應用前景。本發(fā)明還公開了一種基于視覺誘發(fā)腦機接口的國畫機器手的繪圖方法。
【IPC分類】G05B19/04
【公開號】CN105137830
【申請?zhí)枴緾N201510470866
【發(fā)明人】謝云, 張立煌
【申請人】廣東工業(yè)大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月3日