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基于P300的虚拟家居控制系统

作　者: 贾颖
导　师: 戴国骏
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机技术
关键词: 脑-机接口 P300 事件相关电位 虚拟家居
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要


脑-机接口（Brain-Computer Interface, BCI）是通过计算机或其它电子设备在人脑与外界环境之间建立一条不依赖于外周神经和肌肉组织的全新对外信息交流和控制通道。BCI系统通过检测人的大脑活动状态，对其进行解析并将大脑意识转换为相应外部命令直接与外部环境进行交互，主要用于帮助患有严重神经肌肉障碍（如肌肉萎缩症，脊髓损伤患者或严重中风患者等）的病人与外界进行沟通。P300事件相关电位是神经系统受外界的小概率随机事件刺激后，约300毫秒左右处的脑电信号产生的一个正向电位波形。在BCI系统中通过对P300电位的检测和分析后，我们得到被试者关于事件任务的特定脑电模式，并以此作为交互手段，达到被试者与外部环境进行交互的目的。本文在充分的了解了现有的成果后，设计并实现了一个基于P300的脑-机接口系统。主要完成的工作如下：（1）首先对常用的几种P300特征分类算法进行了对比研究，发现在线系统P300信号的识别中线性分类算法在识别的准确率、计算效率以及实现的难易度方面都更加实用，非线性算法虽然在离线分析中有较大优势，但在实时在线应用中仍然难以胜任。（2）设计并实现了P300脑-机接口系统，该系统包括四个主要模块：控制中心、信号采集、信号处理与应用模块。控制中心负责整个系统的参数配置和过程控制，另外三个模块属于工作模块。其中信号采集模块负责与硬件设备连接，并采集数据发送给信号处理模块；信号处理模块负责识别P300信号成分，并把结果发送给应用模块；应用模块负责呈现刺激以及根据信号处理的结果和刺激的序列判断被试者选择的对象。为了便于实验数据的管理和分析，最后又添加了一个数据自动存储模块用于管理和存储实验过程中的数据。（3）在本文的最后为了验证系统的可用性和稳定性，我们在该系统上搭建了虚拟家居控制系统，并使用经典的SWDA算法进行了实验。实验结果表明系统稳定可用。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 脑-机接口简介  10-16
    1.2.1 脑-机接口的原理及定义  10-11
    1.2.2 脑-机接口系统的框架  11-12
    1.2.3 脑-机接口的分类  12-13
    1.2.4 脑-机接口的研究现状  13-15
    1.2.5 脑-机接口的应用前景  15-16
  1.3 本文的主要研究工作和内容安排  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章 脑电信号及 P300 介绍  18-28
  2.1 脑电信号概述  18-22
    2.1.1 脑电信号的生理学基础  18-19
    2.1.2 脑电信号分类  19-21
    2.1.3 脑电信号处理  21-22
  2.2 P300 事件相关电位  22-27
    2.2.1 P300 的概念  23
    2.2.2 P300 的特性  23-24
    2.2.3 基于 P300 的脑-机接口系统发展状况  24-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 P300 常用算法对比研究  28-39
  3.1 概述  28
  3.2 常用算法  28-36
    3.2.1 预处理  28-29
    3.2.2 特征提取算法  29-31
    3.2.3 分类算法  31-36
  3.3 算法对比研究  36-38
    3.3.1 数据集  36
    3.3.2 处理过程  36-37
    3.3.3 结果与讨论  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 P300 实验系统设计  39-44
  4.1 系统背景  39
  4.2 系统设计目的  39-40
  4.3 系统的设计  40-43
    4.3.1 系统的整体架构  40-41
    4.3.2 系统的数据流  41-42
    4.3.3 系统的特性介绍  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章 系统核心模块的实现  44-61
  5.1 概述  44
  5.2 通信协议和计时器实现  44-47
    5.2.1 通信协议格式描述  44-45
    5.2.2 高精度计时器  45-47
  5.3 控制模块的实现  47-53
    5.3.1 系统状态  47-48
    5.3.2 状态机设计  48-50
    5.3.3 实现  50-53
  5.4 工作模块的实现  53-59
    5.4.1 信号采集实现  55-56
    5.4.2 信号处理实现  56-57
    5.4.3 应用实现  57-59
  5.5 数据存储模块实现  59-60
  5.6 本章小结  60-61
第六章 系统的应用  61-67
  6.1 概述  61
  6.2 虚拟家居系统  61-65
    6.2.1 信号采集设备  62-63
    6.2.2 应用和刺激界面  63-64
    6.2.3 实验说明  64-65
  6.3 实验结果和讨论  65-66
  6.4 本章小结  66-67
第七章 总结和展望  67-69
  7.1 全文总结  67
  7.2 展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-75
附录  75-76
详细摘要  76-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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