的FADTooI生成FIR帶通濾波器系數(shù)和對(duì)應(yīng)的VHDL程序，然后把VHDL程序在FPGA里面生成對(duì)應(yīng)的FIR帶通濾波器模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原始腦電信號(hào)的濾波。
[0031]2.采用功率譜估計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺誘發(fā)腦電信號(hào)進(jìn)行誘發(fā)電位特征提取，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別視覺誘發(fā)電位特征。在FPGA中通過SOPC技術(shù)、VHDL編程、DSP運(yùn)算IP核和嵌入式乘法器實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法。
[0032]控制指令輸出模塊:通過信號(hào)處理模塊識(shí)別出的刺激頻率匹配國畫機(jī)械手指令庫進(jìn)而轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的控制指令來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手繪圖動(dòng)作，同時(shí)在FPGA中顯示將要繪制的指令。
[0033](4)實(shí)時(shí)反饋模塊:通過視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)繪圖的實(shí)時(shí)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(hào)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(chǔ)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(jī)械手模塊:采用由六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AVR編程機(jī)械手，控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的是基于Atmegal68單片機(jī)控制器，并通過串口的方式與FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。
[0037]作為多樣化應(yīng)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(duì)于本發(fā)明的基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)器手的繪圖方法實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0039]首先受試者雙眼平視LED燈刺激器，視覺刺激器進(jìn)行視覺刺激，原始腦電信號(hào)將在信號(hào)采集中進(jìn)行放大和濾波處理，通過無線藍(lán)牙傳輸?shù)紽PGA中進(jìn)行實(shí)時(shí)誘發(fā)電位信號(hào)預(yù)處理并進(jìn)一步提取誘發(fā)電位特征和識(shí)別，再將輸出指令通過串口傳輸?shù)嚼L圖機(jī)械手，繪圖機(jī)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(jī)接口的國畫機(jī)器手的繪圖方法，包括以下步驟:
[0041]—、整個(gè)實(shí)驗(yàn)在安靜、遠(yuǎn)離電磁干擾的環(huán)境中進(jìn)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(dāng)刺激器開始閃爍時(shí)，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(jìn)行信號(hào)采集，并將原始腦電信號(hào)送入FPGA的緩沖區(qū)中進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；為了提高國畫繪制準(zhǔn)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(hào)采集放大器接收腦電數(shù)據(jù)塊；同時(shí)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(hào)處理等技術(shù)。
[0043]三、經(jīng)過FPGA信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)將經(jīng)過串口方式傳輸給繪圖機(jī)械手；首先FPGA顯示信號(hào)處理模塊識(shí)別出代表繪制筆畫的刺激頻率，受試者根據(jù)實(shí)時(shí)反饋?zhàn)龀鲞M(jìn)一步的判斷；繪圖機(jī)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(gè)動(dòng)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(jī)械手處于靜止?fàn)顟B(tài)，受試者將觸發(fā)邏輯控制接受新的腦電信號(hào)進(jìn)行處理。
[0045]2、刺激頻率匹配控制指令庫的數(shù)據(jù)時(shí)，繪圖機(jī)械手將發(fā)出工作提示，受試者根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的繪圖動(dòng)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(jī)械手已經(jīng)繪制國畫部分時(shí)，受試者根據(jù)實(shí)時(shí)的繪圖視頻顯示來調(diào)整繪圖機(jī)械手的位置與動(dòng)作。
[0047]以上為本發(fā)明在嵌入式FPGA上的實(shí)施案例，但并不限制本發(fā)明在其他嵌入式設(shè)備上的應(yīng)用。
[0048]本發(fā)明提供的基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)器手中的腦電信號(hào)采集端采用便攜式藍(lán)牙信號(hào)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(jī)接口系統(tǒng)的實(shí)用性；腦電信號(hào)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(jī)接口對(duì)PC機(jī)依賴，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口系統(tǒng)的小型化、便攜性。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)機(jī)械手繪制山水畫國畫，提高控制精度的同時(shí)提升了文化內(nèi)涵，最終的小型化道路必將落實(shí)到腦-機(jī)接口系統(tǒng)的嵌入式實(shí)現(xiàn)，便攜式腦-機(jī)接口系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0049]以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)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(xiàng)】
1.一種基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)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(hào)，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(shí)現(xiàn)視覺刺激； 腦電信號(hào)采集模塊，采用便攜式信號(hào)采集放大器對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)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(jì)中使用VHDL將通用異步收發(fā)器功能集成到FPGA內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)FPGA開發(fā)板與信號(hào)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(hào)采集放大器接收腦電數(shù)據(jù)塊，并存儲(chǔ)起來，同時(shí)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(hào)處理； 信號(hào)處理模塊，信號(hào)預(yù)處理:采用Matlab中的FADTool生成FIR帶通濾波器系數(shù)和對(duì)應(yīng)的VHDL程序，然后把VHDL程序在FPGA里面生成對(duì)應(yīng)的FIR帶通濾波器模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原始腦電信號(hào)的濾波；信號(hào)特征提取與識(shí)別:采用功率譜估計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺誘發(fā)腦電信號(hào)進(jìn)行誘發(fā)電位特征提取，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別視覺誘發(fā)電位特征； 控制指令輸出模塊，通過信號(hào)處理模塊識(shí)別出的刺激頻率匹配國畫機(jī)械手指令庫進(jìn)而轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的控制指令來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手繪圖動(dòng)作，同時(shí)在FPGA中顯示將要繪制的指令； 國畫機(jī)械手模塊，采用由六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AVR編程機(jī)械手，Atmegal68單片機(jī)控制器控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，并通過串口的方式與FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。2.如權(quán)利要求1所述的基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)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(duì)同一個(gè)50MHZ有源晶振進(jìn)行整數(shù)倍分頻，然后通過并行控制使每組LED燈獨(dú)立閃爍，在Quartus II軟件上使用VHDL語言編寫一個(gè)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(jī)器手的視覺刺激器面板由12個(gè)以不同頻率閃爍的方塊組成，包含上、下、左、右4個(gè)方位命令和豎線、斜線、鋸齒線、波浪線、實(shí)心點(diǎn)、返回、繪制、結(jié)束8個(gè)繪圖命令，LED刺激器采用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片，每個(gè)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(gè)LED以6串6并的方式組合來增加每個(gè)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(jī)接口的國畫機(jī)器手，其特征在于:所述便攜式信號(hào)采集放大器為NeuroX.BC便攜式信號(hào)采集放大器，支持藍(lán)牙傳輸腦電信號(hào)數(shù)據(jù)。4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)器手，其特征在于:還包括實(shí)時(shí)反饋模塊，通過視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)繪圖的實(shí)時(shí)反饋，實(shí)時(shí)反饋模塊包括: 圖像采集模塊，采用0V9650型號(hào)的傳感器，對(duì)彩色圖像進(jìn)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(jī)接口的國畫機(jī)器手的繪圖方法，其特征在于，包括以下步驟: 一、整個(gè)實(shí)驗(yàn)在安靜、遠(yuǎn)離電磁干擾的環(huán)境中進(jìn)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(dāng)刺激器開始閃爍時(shí)，受試者雙眼注視所要代表繪制筆畫的LED燈； 二、開啟信號(hào)采集放大器進(jìn)行信號(hào)采集，并將原始腦電信號(hào)送入FPGA的緩沖區(qū)中進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，在FPGA中設(shè)置環(huán)形緩沖區(qū)用于不斷的從信號(hào)采集放大器接收腦電數(shù)據(jù)塊，同時(shí)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(hào)處理； 三、經(jīng)過FPGA信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)將經(jīng)過串口方式傳輸給國畫機(jī)械手；首先FPGA顯示信號(hào)處理模塊識(shí)別出代表繪制筆畫的刺激頻率，受試者根據(jù)實(shí)時(shí)反饋?zhàn)龀鲞M(jìn)一步的判斷；繪圖機(jī)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(gè)動(dòng)作: . 1、刺激頻率不匹配控制指令庫內(nèi)的數(shù)據(jù)，繪圖機(jī)械手處于靜止?fàn)顟B(tài)，受試者將觸發(fā)邏輯控制接受新的腦電信號(hào)進(jìn)行處理； . 2、刺激頻率匹配控制指令庫的數(shù)據(jù)時(shí)，繪圖機(jī)械手將發(fā)出工作提示，受試者根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的繪圖動(dòng)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(jī)械手已經(jīng)繪制國畫部分時(shí)，受試者根據(jù)實(shí)時(shí)的繪圖視頻顯示來調(diào)整繪圖機(jī)械手的位置與動(dòng)作。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)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(hào)采集模塊，腦電數(shù)據(jù)傳輸模塊，信號(hào)處理模塊，國畫機(jī)械手模塊，采用由六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AVR編程機(jī)械手，Atmega168單片機(jī)控制器控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，并通過串口的方式與FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。本發(fā)明國畫機(jī)器手中的腦電信號(hào)采集端采用便攜式藍(lán)牙信號(hào)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(jī)接口系統(tǒng)的實(shí)用性，提高控制精度的同時(shí)提升了文化內(nèi)涵，最終的小型化道路必將落實(shí)到腦-機(jī)接口系統(tǒng)的嵌入式實(shí)現(xiàn)，便攜式腦-機(jī)接口系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明還公開了一種基于視覺誘發(fā)腦機(jī)接口的國畫機(jī)器手的繪圖方法。
【IPC分類】G05B19/04
【公開號(hào)】CN105137830
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510470866
【發(fā)明人】謝云, 張立煌
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月3日