徐晨昊,陈 阳,韩周扬,钟茂宁,王辛岩
(西藏大学工学院 西藏 拉萨 850000)
物联网领域的一大重要发展趋势即为智能化,而意念控制则是其中十分重要的一环。物联网的发展与我们的日常生活日益紧密结合,脑波技术的发展也促进了智能设备发展。伴随智能设备的发展,脑电行业开始渐渐变得产业化。因此脑电技术也可以实现在简单运用。
硅谷创业公司Neurosky已经生产出一个名为MindWave头戴式耳机这个设备可以实现对脑波的测量,这种设备使脑波技术的民用化成为可能。
在20世纪,人类就初次记录了人的脑电图。但是脑电行业仍然处在初等级的发展阶段但脑电行业还处在初级的发展阶段,拥有非常好的前景。因此在物联网及脑波技术刚兴起的阶段,应抓住机会进行深入研究及开发。脑电波耳机则是初步研究最适合的工具。通过脑波耳机分析脑波的情况,与物体连接,从而对物体进行控制。
脑机接口系统分为三个组成:信号的收集、收集到的数据的处理、外接设备与数据连接口,如图1所示。
图1
信号的收集:
(1)使用者:控制脑-机接口设备的人。使用者进行特定方式,使脑电数据发生改变,来发出控制信号。
(2)电极:记录脑电信。电极采用无创伤的小电流。
(3)放大滤波:头皮的脑电信号的产生只有5~100μV这点大小,正常情况下频率低于35Hz。因为外界干扰非常多,所以我们要对收集信号进行一些筛选及放大,以方便后续操作。
收集到的数据的处理:
(1)特征提取模块:从数据信号中提取出为数不多的有用的信息,形成初量。
(2)特征选择分类模块:初量中选择最佳的分类集,生成所需的量,送入分类器。
(3)分类器:依据输入的量区分不同的特定任务,输出对应的思维逻辑控制信号。
外布设备与数据连接口:
(1)控制接口:将思维逻辑控制信号转变为机械语言控制信号。
(2)设备控制器:将机械语言控制信号转变为设备的控制信号。
(3)设备:智能电子设备,比如个人电脑和智能手机等。
(4)操作环境:如墙壁、地板、环境中的物体和人等。
图2
(5)显示装置:发出脑电活动的任务提示。
佩戴者脑电信号由干电极进行同步采集。同时对脑电波信号同步分析处理,把佩戴者目前的思维参数解析出。
通过蓝牙的方式将完成处理的脑波数据传输到所用设备上。包括:
“专注度”(attention)参数。以1~100之中的数值来表示注意力水平的高低。数值小,表明当前的专注程度低。
“放松度”(meditation)参数。以1~100之中的数值来表示放松度水平的高低。数值小,表明当前的放松程度低。
我们采用C#开发“小球动了”这个程序,首先通过蓝牙连接到MindWave设备之后,我们首先对采集到的信号进行测试,等待其attention和meditation的覆盖了noise的波形,则说明其数据已有效,如图2所示。
将所测得的数据存入数据库,如图3所示。
图3
因为数据是连续不间断的,所以我们将采集到的数据收集起来,在每次调用数据的时候,我们就传出最新的数据,确保传出数据具有实时性和有效性。
具体小球运行结果,如图4。
图4 (1)Attention值比较低的时候: (2)Attention值增大的时候:
通过多次的不同时段的运行我们发现其测量准确度合格。
作者在设计与实践脑波技术的简单运用中,实现了利用MindWave耳机对脑波数据的检测,利用蓝牙技术实现传输,通过数据对比与软件处理完成简单操作。发现这个设备的灵敏度表现偶尔不佳,但总体表现不错。
[1]王慧聪.脑波生物电反馈的研究及应用[J].实用医技杂志,2002(02):127.
[2]秦学斌,张一哲,汪梅.脑波信号控制轨道小车系统的研制[J].计算机工程与应用,2017,53(11):260-264+270.