技术领域
[0001] 本实用新型虚拟控制技术领域，尤其涉及一种基于脑信号控制的VR装置。
背景技术
[0002]
虚拟显示技术是通过计算机或移动终端等设备虚拟出现实世界，通过显示屏和目视系统投射到人眼
视网膜。其本质就是呈现一个以使用者视
角为主体，可以实时无限制地观察三维空间内的物体，给使用者
沉浸感体验。虚拟显示技术已经广泛应用在娱乐，军事训练，医疗培训、产品三维虚拟展示等多个领域。
[0003] 使用时，用户通常借助头托式显示产品来观看由
虚拟现实技术而产生的逼真画面，例如VR眼镜。VR眼镜也可以被称作虚拟现实眼镜，它可以给佩戴者提供360度的沉浸式视觉体验。
[0004] 但是现有的VR装置均是通过外部辅助机械来完成对其动作的操控，使用人员需要在限定的空间内进行，这就产生了诸多不便，甚至会造成很大的人身伤害。
[0005] 因此本领域技术人员亟需一种自动化程度高，能够通过脑
电信号来实现 VR虚拟世界的操控的，不受地域等限制的基于脑信号控制的VR装置来克服以上困难。实用新型内容
[0006] 有鉴于此，本实用新型提供一种自动化程度高，能够通过脑电信号来实现VR虚拟世界的操控的，不受地域等限制的基于脑信号控制的VR装置。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种基于脑信号控制的VR装置，包括脑电信号读取头盔、脑电信号读取放大转换模
块、VR视觉眼镜以及VR3D立体声
耳机；
[0008] 所述VR视觉眼镜固定在所述脑电信号读取头盔的前端，所述VR3D立体声耳机活动连接在所述脑电信号读取头盔的两侧；
[0009] 所述脑电信号读取头盔包括头戴装置和多个
电极；所述头戴装置包括彼此连接的固定带和用于固定所述VR视觉眼镜以及所述VR3D立体声耳机的固定架；
[0010] 在头戴装置的内侧表面上安装有多条弹性织物带，多条所述弹性织物带以横纵交织的方式与头戴装置内侧相连组成网格状；
[0011] 多个所述电极固定在所述弹性织物带上，多个所述电极与所述的头戴装置内侧面之间设有辅助电极贴合头皮的下压装置；
[0012] 所述脑电信号读取放大转换模块固定在所述头戴装置内部且与多个所述电极通信连接。
[0013] 本实用新型能够利用脑电信号读取头盔、脑电信号读取放大转换模块来实现对脑皮电信号的侦测，在使用时将脑电信号读取头盔带在头上，下压装置会使电极与头皮充分
接触，电极通过大脑活动信号经过脑电信号读取放大转换模块生成指令，进而控制VR装置中的操作。
[0014] 本实用新型克服了现有的外部辅助设置使用的不便捷和局限性，本实用新型自动化程度高，能够通过脑电信号来实现VR虚拟世界的操控的，不受地域等限制，在娱乐，军事训练，医疗培训、产品三维虚拟展示等多个领域具有实质性的改变，带动了科技进步。
[0015] 进一步的，所述脑电信号读取放大转换模块包括单极性信号
放大器、双极性信号放大器以及AD转换器，所述单极性信号放大器与所述双极性信号放大器比例为6:1-10:1，所述AD转换器与且只与1个所述单极性信号放大器或所述双极性信号放大器连接，一个所述单极性信号放大器或所述双极性信号放大器连接与且只与1个所述电极连接。
[0016] 采用上述技术方案，本实用新型采用单极性信号放大器、双极性信号放大器想配合能够进一步的提高脑电信号的采集范围，更细致的区分脑电信号的指令，并且所述单极性信号放大器与所述双极性信号放大器比例为 6:1-10:1能够有组成有效的单极性和双极性联合配合，能过进一步的提高空间
分辨率，使其放大的脑信号更精确。
[0017] 进一步的，所述单极性信号放大器的输入端为对
二极管，输出端为精密皮安级输入
电流的
运算放大器；
[0018] 所述双极性信号放大器的电流为1.3mA，输入失调为50uV，输入偏置电流为1nA，CMRR为100dB，输入噪声为0.28uV；
[0019] 所述AD转换器的分辨率为22bit，动态范围为105dB，非线性为± 0.003％。
[0020] 采用上述技术方案，本实用新型的单极性放大采用同相放大结构，本结构具有高的输入阻抗。结构简单，易于参数一致性，易于进行
软件差分，提高共模抑制比。
[0021] 输入端采取了对二极管，可以有效对抗静电，保护精密皮安级输入电流放大器件不被静电损毁，放大倍数能达到19倍。双极性放大采用经典的
仪表放大器，
电路经典，AD芯片，易于实现。
[0022] AD芯片的特点：低功耗：1.3mA、输入失调：50uV、输入偏置电流：InA、 CMRR：100dB。输入噪声：0.28uV，放大倍数能达到10倍。
[0023] 进一步的，所述脑电信号读取放大转换模块还包括主控模块、USB数据传输模块以及滤波处理模块；
[0024] 所述主控模块包括第一
微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器与所述AD转换器连接，所述第二微处理器与所述第一微处理器连接且之间设置有磁耦隔离器；
[0025] 所述USB数据传输模块接收端与所述第二微处理器连接，输出端与所述滤波处理模块连接。
[0026] 采用上述技术方案，本实用新型第一微处理器接收AD转换器的脑电
数字信号，随后将接收的脑电数字信号经过磁耦隔离器发送给第二微处理器，USB 数据传输模块接收所述第二微处理器输出的脑电数字信号，并向滤波处理模块传输，滤波处理模块设置一阶高通、二阶低通两种
滤波器对所采集的脑电信号数据进行滤波，完成脑电信号的放大功能，进而生成对于VR装置的操纵指令。
[0027] 进一步的，所述VR视觉眼镜，包括用于显示初始图像的LED显示器、用于对所述LED显示器显示的初始图像进行预处理得到第一图像的
图像处理器、用于对第一图像进行聚焦后在人眼视网膜形成第二图像的透镜以及
外壳；
[0028] 所述LED显示器为曲面弧形，且其曲面弧度朝向所述透镜方向；
[0029] 所述LED显示器和图像处理器设置在外壳内部，外壳靠近人眼的一侧设置有透镜安装孔，所述透镜安装在所述透镜安装孔内。
[0030] 采用上述技术方案，本实用新型通过固定VR眼镜本体与人眼的
位置，其中，所述VR眼镜本体采用曲面显示屏的LED显示器来显示初始图像，并通过图像处理器来对所述LED显示器显示的初始图像进行预处理后得到第一图像；最后利用透镜将第一图像聚焦到在人眼视网膜上。本实用新型采用LED显示器，在不改变VR眼镜本体空间和透镜参数的情况下，扩展了VR眼镜的视场角度，提升了VR眼镜的沉浸效果。另外，采用曲面显示屏的LED显示器显示初始图像时，部分抵消了经过透镜对图像的畸变效应，一定程度上减少了图像处理器的运算复杂度，减少设备功耗以及发热，增加使用者的舒适性，能够代理深度的沉浸式效果，利于使用者产生
反应性脑电波，便于实现对VR装置的控制。
[0031] 进一步的，所述VR3D立体声耳机包括耳机壳体、发声装置，所述发声装置包括高音小喇叭以及低音大喇叭；
[0032] 所述高音小喇叭以及低音大喇叭两个喇叭并联连接。
[0033] 进一步的，所述的耳机壳体包括耳机前壳以及耳机后壳；所述耳机前壳以及耳机后壳组成不对称腔体；所述耳机前壳上设置有小喇叭托架，所述高音小喇叭设置在小喇叭托架上；所述耳机后壳内壁上设置有大喇叭安装
凸块，所述低音大喇叭设置在安装凸块上。
[0034] 采用上述技术方案，本实用新型实现了耳机高低音效果兼备、音域宽广、音质优良，层次感强，失真小的高保真立体声效果，进一步增加VR装置的沉浸式体验效果。
[0035] 进一步的，所述下压装置，包括气囊、气
泵以及触点检测仪，所述触点检测仪的输入端与所述脑电信号读取放大转换模块连接，所述触点检测仪的输出端与所述气泵连接，所述气泵的输出端与所述气囊连接，所述气囊设于所述电极远离电极测点的一端。
[0036] 采用上述技术方案，本实用新型利用下压装置能够更好地使电极接触头皮，更利于收集脑电信号。
[0037] 进一步的，所述脑电信号读取头盔外壳表面
喷涂有屏蔽导电漆；或者在所述脑电信号读取头盔外壳外表面
覆盖密织柔性金属网。
[0038] 采用上述技术方案，本实用新型在所述脑电信号读取头盔外壳表面喷涂有屏蔽导电漆用以屏蔽外界电磁
辐射干扰；或者在所述脑电信号读取头盔外壳外表面覆盖密织柔性金属网用以屏蔽外界
电磁辐射干扰。
附图说明
[0039] 为了更清楚地说明本实用新型
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0040] 图1为本实用新型基于脑信号控制的VR装置整体结构示意图；
[0041] 图2为本实用新型基于脑信号控制的VR装置脑电信号读取放大转换模块电连接结构示意图；
[0042] 图3为本实用新型基于脑信号控制的VR装置的VR视觉眼镜结构示意图；
[0043] 图4为本实用新型基于脑信号控制的VR装置的VR3D立体声耳机结构示意图。
[0044] 其中，图中：1为脑电信号读取头盔，11为头戴装置，12为电极，111 为固定带，101为弹性织物带，2为脑电信号读取放大转换模块，3为VR视觉眼镜，31为LED显示器，32为图像处理器，33为透镜，34为外壳，4为VR3D 立体声耳机，41为耳机壳体，411为耳机前壳，412为耳机后壳，42为发声装置，421为高音小喇叭，422为低音大喇叭。
具体实施方式
[0045] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0046] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0047] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0048] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0049] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或着说仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0050] 如图1和图3所示：本实用新型采用如下技术方案一种基于脑信号控制的VR装置，包括脑电信号读取头盔1、脑电信号读取放大转换模块2、VR视觉眼镜3以及VR3D立体声耳机4；
[0051] VR视觉眼镜3固定在脑电信号读取头盔1的前端，VR3D立体声耳机4活动连接在脑电信号读取头盔1的两侧；
[0052] 脑电信号读取头盔1包括头戴装置11和多个电极12；头戴装置11包括彼此连接的固定带111和用于固定VR视觉眼镜3以及VR3D立体声耳机4的固定架；
[0053] 在头戴装置11的内侧表面上安装有多条弹性织物带101，多条弹性织物带101以横纵交织的方式与头戴装置11内侧相连组成网格状；
[0054] 多个电极12固定在弹性织物带101上，多个电极12与的头戴装置11内侧面之间设有辅助电极12贴合头皮的下压装置；
[0055] 脑电信号读取放大转换模块2固定在头戴装置11内部且与多个电极12 通信连接。
[0056] 本实施例型能够利用脑电信号读取头盔1、脑电信号读取放大转换模块2 来实现对脑皮电信号的侦测，在使用时将脑电信号读取头盔1带在头上，下压装置会使电极12与头皮充分接触，电极12通过大脑活动信号经过脑电信号读取放大转换模块2生成指令，进而控制VR装置中的操作。
[0057] 本实施例型克服了现有的外部辅助设置使用的不便捷和局限性，本实施例型自动化程度高，能够通过脑电信号来实现VR虚拟世界的操控的，不受地域等限制，在娱乐，军事训练，医疗培训、产品三维虚拟展示等多个领域具有实质性的改变，带动了科技进步。
[0058] 本实施例中，脑电信号读取放大转换模块2包括单极性信号放大器、双极性信号放大器以及AD转换器，单极性信号放大器与双极性信号放大器比例为6:1-10:1，AD转换器与且只与1个单极性信号放大器或双极性信号放大器连接，一个单极性信号放大器或双极性信号放大器连接与且只与1个电极12 连接。
[0059] 本实施例中，单极性信号放大器的输入端为对二极管，输出端为精密皮安级输入电流的运算放大器；
[0060] 双极性信号放大器的电流为1.3mA，输入失调为50uV，输入偏置电流为 1nA，CMRR为100dB，输入噪声为0.28uV；
[0061] AD转换器的分辨率为22bit，动态范围为105dB，非线性为±0.003％。
[0062] 采用上述技术方案，本实施例型的单极性放大采用同相放大结构，本结构具有高的输入阻抗。结构简单，易于参数一致性，易于进行软件差分，提高共模抑制比。
[0063] 输入端采取了对二极管，可以有效对抗静电，保护精密皮安级输入电流放大器件不被静电损毁，放大倍数能达到19倍。双极性放大采用经典的仪表放大器，电路经典，AD芯片，易于实现。
[0064] AD芯片的特点：低功耗：1.3mA、输入失调：50uV、输入偏置电流：InA、 CMRR：100dB。输入噪声：0.28uV，放大倍数能达到10倍。
[0065] 本实施例中，脑电信号读取放大转换模块2还包括主控模块、USB数据传输模块以及滤波处理模块；
[0066] 主控模块包括第一微处理器和第二微处理器，第一微处理器与AD转换器连接，第二微处理器与第一微处理器连接且之间设置有磁耦隔离器；
[0067] USB数据传输模块接收端与第二微处理器连接，输出端与滤波处理模块连接。
[0068] 采用上述技术方案，本实施例型第一微处理器接收AD转换器的脑电数字信号，随后将接收的脑电数字信号经过磁耦隔离器发送给第二微处理器，USB 数据传输模块接收第二微处理器输出的脑电数字信号，并向滤波处理模块传输，滤波处理模块设置一阶高通、二阶低通两种滤波器对所采集的脑电信号数据进行滤波，完成脑电信号的放大功能，进而生成对于VR装置的操纵指令。
[0069] 具体的，本实施例中单极性信号放大器、双极性信号放大器的优势
[0070] 从理论上讲，如果身体上有一个零电位点(电学上将大地设为零电位点)，而以此点与头皮上的探查电极相联结，所测得的电位差则为探查电极下脑
生物电电位变化的绝对值。实际上人体上不可能有这个点，因此将距脑最远而受其它生物电影响最少的两耳垂作为设想的相对零电位点安置电极，此电极称为无关电极或称参考电极，探查电极又称活动电极。
[0071] 一般在组合单极
导联时，将活动电极作为负极，与G1连接，无关电极作为正极。
[0072] 单极导联法的连接方法：
[0073] ①、每侧半球的活动电极与同侧耳电极相联结。
[0074] ②、两耳极相联后作为一个公用的参考电极，再与活动电极结成导联。
[0075] ③、两耳电极联结后再与地线相联接，作为一个公用的参考电极，再与活动电极结成导联。
[0076] ④、以一侧耳电极作为两侧半球活动电极的公用电极。
[0077] 单极导联法的特点：
[0078] 1、能记录到活动电极下脑生物电电位变化的大致绝对值。
[0079] 2、因此，皮层、皮层深部病灶所产生的波及范围较广的脑波，单极导联比双极导联易于发现。
[0080] ③、由于活动电极和无关电极间的跨度较大，因此较弱的、较小区域性的脑波易被更大区域、更强的脑生物电所掩盖而不能被发现。
[0081] ④、由于耳电极接地，易产生50Hz交流电干扰。
[0082] ⑤、由于两耳极靠近颞部，故颞区的特殊脑波常可使耳电极受其
电场的影响。导致无关电极活动化。
[0083] 双极主要记录其它生理信息，包括ECG、EOG、EMG等。生理信号均为弱信号，共模比较严重，为了能获得较好的信息，均采用差分输入模式
[0084] 单极性和双极性电极分配方法
[0085] 第二：分配法主要依据10-20系统电极放置法。
[0086] 10——20系统电极放置法即国际
脑电图学会规定的标准电极放置法。
[0087] ①、前后矢状线：从鼻根至枕外粗隆取一连线，在此线上，由前至后标出5个点，依次命名为：额极中点(Fpz)、额中点(Fz)、中央点(Cz)、
顶点(Pz)、枕点(Oz)。额极中点至鼻根的距离和枕点至枕外粗隆的距离各占此连线全长的10％，其余各点均以此连线全长的20％相隔。这就是10——20系统名称的来源
[0088] ②、横位：从左耳前点(耳屏前颧弓根凹陷处)通过中央点至右耳前点取一连线，在此连线的左右两侧对称标出左颞中(T3)、右颞中(T4)、左中央(C3)、右中央(C4)。T3、T4点与耳前点的距离各占此线全长的10％，其余各点(包括Cz点)均以此连线全长的20％相隔。
[0089] 多电极12的使用在于提高多导分辨率，主要是能够进一步提高空间分辨率，能够细致观测脑区不同功能。现在已经发展到256导或512导。
[0090] 多导能够进行筛选，可以自由组合，通过导联间加减法，分析信号的不同特征。工具为各类科学计算软件，如matlab等。
[0091] 本实用新型的实用性
[0092] 1、通过设置多个电极12，能够进一步提高脑电信号的采集范围，更细致观测脑区。
[0093] 2、通过在主控模块的第一微处理器和第二微处理器之间设置磁耦隔离器，磁隔离不仅比光隔离速度更快，还具有电路设计更加简洁，集成度高，低功耗等特点。
[0094] 采用上述技术方案，本实施例型采用单极性信号放大器、双极性信号放大器想配合能够本实施例中提高脑电信号的采集范围，更细致的区分脑电信号的指令，并且单极性信号放大器与双极性信号放大器比例为6:1-10:1能够有组成有效的单极性和双极性联合配合，能过本实施例中提高空间分辨率，使其放大的脑信号更精确。
[0095] 本实施例中，VR视觉眼镜3，包括用于显示初始图像的LED显示器31、用于对LED显示器显示的初始图像进行预处理得到第一图像的图像处理器32、用于对第一图像进行聚焦后在人眼视网膜形成第二图像的透镜33以及外壳 34；
[0096] LED显示器31为曲面弧形，且其曲面弧度朝向透镜33方向；
[0097] LED显示器31和图像处理器32设置在外壳34内部，外壳靠近人眼的一侧设置有透镜安装孔，透镜33安装在透镜安装孔内。
[0098] 采用上述技术方案，本实施例型通过固定VR眼镜本体与人眼的位置，其中，VR眼镜本体采用曲面显示屏的LED显示器31来显示初始图像，并通过图像处理器来对LED显示器31显示的初始图像进行预处理后得到第一图像；最后利用透镜将第一图像聚焦到在人眼视网膜上。本实施例型采用LED显示器 31，在不改变VR眼镜本体空间和透镜参数的情况下，扩展了VR眼镜的视场角度，提升了VR眼镜的沉浸效果。另外，采用曲面显示屏的LED显示器31 显示初始图像时，部分抵消了经过透镜对图像的畸变效应，一定程度上减少了图像处理器的运算复杂度，减少设备功耗以及发热，增加使用者的舒适性，能够代理深度的沉浸式效果，利于使用者产生反应性脑电波，便于实现对VR 装置的控制。
[0099] 本实施例中，VR3D立体声耳机4，包括耳机壳体41、发声装置42，发声装置42包括高音小喇叭421以及低音大喇叭422；
[0100] 高音小喇叭421以及低音大喇叭422两个喇叭并联连接。
[0101] 本实施例中的耳机壳体41包括耳机前壳411以及耳机后壳412；耳机前壳411以及耳机后壳412组成不对称腔体；耳机前壳411上设置有小喇叭托架，高音小喇叭421设置在小喇叭托架上；耳机后壳内壁上设置有大喇叭安装凸块，低音大喇叭422设置在安装凸块上。
[0102] 采用上述技术方案，本实施例型实现了耳机高低音效果兼备、音域宽广、音质优良，层次感强，失真小的高保真立体声效果，进一步增加VR装置的沉浸式体验效果。
[0103] 本实施例中，下压装置，包括气囊、气泵以及触点检测仪，触点检测仪输入端与脑电信号读取放大转换模块2连接，输出端与气泵连接，气泵输出端与气囊连接，气囊设于电极12远离电极测点的一端。
[0104] 采用上述技术方案，本实施例型利用下压装置能够更好地使电极12接触头皮，更利于收集脑电信号。
[0105] 本实施例中，脑电信号读取头盔1外壳表面喷涂有屏蔽导电漆；或者在脑电信号读取头盔1外壳外表面覆盖密织柔性金属网。
[0106] 采用上述技术方案，本实施例型在脑电信号读取头盔1外壳表面喷涂有屏蔽导电漆用以屏蔽外界电磁辐射干扰；或者在脑电信号读取头盔1外壳外表面覆盖密织柔性金属网用以屏蔽外界电磁辐射干扰。
[0107] 本实用新型在使用时，控制程序实现以下步骤：
[0108] A、通过上述装置捕捉穿戴者的头部脑电信号以转换软件动作指令；
[0109] B、将上述VR装置
接口和控制软件接口对接，在VR视觉眼镜3以及VR3D 立体声耳机4建立呈现虚拟场景；
[0110] C、将软件
硬件进行整合部署并完成联调，将脑电信号的期望动作指令与软件的控制指令对接；
[0111] D、启动软件
进程，根据脑电信号期望动作指令，生成或更新VR界面，保持期望动作指令与游戏控制指令的同步。
[0112] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实施例型。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实施例型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实施例型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
