基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统
专利汇可以提供基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 眼电图 信号 的便携式无线 人机交互 系统，它主要由信号采集器、双通道信号 放大器 、 信号处理 器和Zigbee无线传输模 块 依次相连组成。本发明利用使用者眼球运动的眼电图信号，实现由使用者自主控制电视机电脑等外部设备；利用本发明，运动功能障碍或语言功能丧失的残障人士和ICU病房的特殊病人可以独立地完成与外界进行交流，控制其它设备等以前无法独立完成的事务。，下面是基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统专利的具体信息内容。
1、一种基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统，其特征在于，包括：
一用于采集用户眼电图信号的信号采集器；
一用于放大原始眼电图信号的双通道信号放大器；
一用于眼电图信号处理的信号处理器；和
一用于传输用户指令的Zigbee无线传输模块。
其中，信号采集器、双通道信号放大器、信号处理器和Zigbee无线传输模 块依次相连。
2、如权利要求1所述基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统，其特征在于， 所述信号采集器由五个电极组成。
3、如权利要求1所述基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统，其特征在于， 所述双通道信号放大器主要由右腿驱动模块、前置放大及带通滤波模块、二级 放大及电平抬升模块依次相连组成。
4、如权利要求1所述基于眼电图信号的便携式无线人机交互系统，其特征在于， 所述信号处理器主要由信号滤波模块、特征提取模块、模式匹配模块三个模块 依次连接组成。
技术领域
本发明涉及一种人机交互系统，尤其涉及一种通过人眼部运动直接控制外 部设备的便携式人机交互系统。
背景技术
虽然早在1960，C.Kris就已经提出了利用眼电图技术来跟踪人眼球的状态， 但是直到上世纪90年代，随着医学技术和材料科学的进步，国外科研工作者才 在眼电图领域的研究取得了重大的进展。90年代初期，美国波士顿大学计算机 学院的James Gips教授领导研究团队研究出了一种可以辅助残疾人用眼睛控制 电脑的辅助康复设备EagleEyes。并在1993年发表的文章《Direct control of the computer through electrodes placed around the eyes》中简要介绍了 他们制作的系统。另外，进入21世纪，世界其他国家在该领域上也取得了不小 的进展。
在此领域上，国内研究方向一般分为三类。一类是简单的应用，如安徽大 学与东南大学在2007年提出了了基于眼电控制的服务型机器人控制系统，该系 统通过采集操作者的眼电图信号作为控制信号，通过操作者不同的连续眨眼次 数来控制机器人做相应的前/后运动等；一类偏重的是眼电信号处理算法，如 重庆大学在2007年从时域分析出发，提出了幅度阈值法和微分法两种眼动信息 识别方法等；最后一类则是主要偏重于心理认知方面的研究。相对来说，我国在 该领域的研究上处于起步阶段，亟待在核心技术上实现突破，研发出具有自主 知识产权的产品。
目前，国内外出版物尚没有公开基于眼电图技术的便携式人机交互系统的 报道。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于眼电图信号的便携 式无线人机交互系统，它包括：
一用于采集用户眼电图信号的信号采集器；
一用于放大原始眼电图信号的双通道信号放大器；
一用于眼电图信号处理的信号处理器；和
一用于传输用户指令的Zigbee无线传输模块；
其中，信号采集器、双通道信号放大器、信号处理器和Zigbee无线传输模 块依次相连。
进一步地，所述信号采集器由五个电极组成；所述双通道信号放大器主要 由右腿驱动模块、前置放大及带通滤波模块、二级放大及电平抬升模块依次相 连组成；所述信号处理器主要由信号滤波模块、特征提取模块、模式匹配模块 三个模块依次连接组成。
本发明的有益效果是：
1、利用使用者眼球运动的眼电图信号，实现由使用者自主控制电视机电脑 等外部设备。
2、利用该系统，运动功能障碍或语言功能丧失的残障人士和ICU病房的特 殊病人可以独立的完成与外界进行交流，控制其它设备等以前无法独立完成的 事务。
附图说明
图1是眼电图原理示意图；
图2是双通道信号放大器结构框图；
图3是双通道信号放大器、Zigbee模块及串口转USB接口电路图，其中， (a)为电源模块、(b)为右腿驱动模块、(c)为前置放大及带通滤波模块、(d) 为二级放大及电平抬升模块、(e)为Zigbee模块、(f)为串口转USB接口；
图4是信号处理器处理流程框图。
具体实施方式
本发明基于眼电图技术的便携式人机交互系统，包括：
一用于采集用户眼电图信号的信号采集器，
一用于放大原始眼电图信号的双通道信号放大器，
一用于眼电图信号处理的信号处理器，和
一用于传输用户指令的基于Zigbee模块的无线传输模块。
信号采集器采集的眼电图信号传输给信号放大器进行信号放大，信号放大 的结果送由信号处理器进行信号的处理与分析，得出用户控制指令，最后交由 无线模块进行无线通信并控制外部设备。
信号采集器由五个电极HEOL、HEOR、VEOU、VEOL、GND组成，用于测量垂 直眼电的两个垂直电极分别布置在右眼的眉毛上部1CM处(VEOU)和右眼的眼 睑下2CM处(VEOL)；用于测量水平眼电的两个水平电极分别布置在使用者左右 两边的眼角外2CM处(HEOR和HEOL)；用于参考的电极布置在使用者的前额处 (GND)。
如图2所示，双通道模拟电路主要由右腿驱动模块、前置放大及带通滤波 模块、二级放大及电平抬升模块依次相连组成。其具体电路如图3所示。双通 道模拟电路采集垂直水平两个方向的差分眼电信号，经放大、滤波后进行250Hz 的AD采样。对采集的数字信号在处理器中进行如上所述的信号处理，识别出 用户的眼动方向及眨眼信号，最后将该信号传递到Zigbee无线模块发送出去(中 间可由串口转USB接口已适应不同接口的需求)。在接受端接收到眼动方向及眨 眼信号后产生相应的控制命令，从而达到控制外部设备的目的。
双通道信号放大器将信号采集器采集的信号进行放大、增强后，以一定的 采样率进行信号数字化，并将信号传输到信号处理器。
信号处理器主要由信号滤波模块、特征提取模块、模式匹配模块三个模块 依次连接组成。信号滤波模块用于将原始信号进行一种基于数学形态学的滤波 器的滤波，滤去眼电中的毛刺和由于使用者无意识眨眼造成的伪迹，减少噪声 信号对眼电图信号的干扰，增加眼电图信号的信噪比。特征提取模块用于将眼 电图信号中的特征信号将能够反应信号某种属性的特征(也称特征向量)从信 号中提取出来，提取出特征向量后，系统再根据特征向量来判断用户的需求。 模式匹配用于将特征提取模块已进行特征提取后的信号进行分析，从中分析出 用户的眼球运动的状态(包括各种运动状态和有意识眨眼)，并指示系统发出相 对应的信号。整个信号处理流程如附图4所示。信号处理器对电极采集的信号 进行差分处理，用于处理垂直眼电的眼电图信号VEOG由垂直电极VEOU和VEOL 差分得到，用于处理水平眼电的眼电图信号HEOG由水平电极HEOR和HEOL差分 得到。然后对水平垂直差分信号VEOG和HEOG进行信号滤波处理，获得时间与 眼电信号大小的关系曲线，由信号处理器自动进行特征提取和模式匹配以实现 人眼球运动状态的在线判别。
信号处理器可以放在PC机上也可以放在一个单片机上，串口转USB接口可 以保证本发明可以应用在各个不同接口的设备上。
Zigbee无线传输模块用于对信号处理器处理出来的结果进行编码并且发送 控制命令。Zigbee无线传输模块分为发送和接收两种，可以采用Zigbee片上系 统芯片CC2430，它可以实现Zigbee的应用功能，包括AD转换器、51内核和无 线射频模块等。发送端作为中央节点把CC2430芯片与模拟前端连接，对眼电模 拟信号AD采样后进行实时处理，在确认出使用者眼球移动的方向后进行方向编 码，然后通过无线模块将此编码信息发射出去；接收端作为子节点(可以有多 个)接受到编码信息后进行解码，然后产生相应的外部控制命令。另外，该Zigbee 网络加入了自组网、断网后自恢复的功能，保证了网络的鲁棒性。
本发明电路图信号放大器、Zigbee模块及串口转USB接口电路图如图3所 示。其中Zigbee模块使用了TI公司的CC2430芯片，串口转USB接口使用了 CP2102芯片。
本发明具有充分的自适应性和可配置性，可以根据使用者眼电图信号的特 点设置不同的运行模式来改变系统的特性，自适应使用者的需求。
信号处理器处理流程如图4所示。对于第一次使用本系统的用户，可以设 置本系统的状态为自适应模式。在该模式下信号处理器将采集不同用户眼球在 左右上下运动或者眨眼时不同的眼电图特性，然后根据每个用户特定的眼电信 号设置不同的配置参数，使系统具有最大的灵敏度及精确度，保证进入工作模 式后的稳定性。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种视网膜电图和动眼电图的有源电极检测装置 | 2020-05-11 | 293 |
| 用于通过采用生物计量信息操作虚拟世界的设备和方法 | 2020-05-26 | 690 |
| 一种基于共同空间模式的眼动信号识别系统及其识别方法 | 2020-05-19 | 479 |
| 眼部用品 | 2020-05-15 | 195 |
| 组合多传感输入以用于数字动画 | 2020-05-13 | 314 |
| 一种基于卷积混合模型的慢速眼动识别方法及系统 | 2020-05-21 | 923 |
| PSG测试头盔和PSG测试设备 | 2020-05-12 | 868 |
| 消费者体验评定系统 | 2020-05-17 | 650 |
| 神经反应刺激和刺激属性谐振估计器 | 2020-05-13 | 148 |
| 一种疼痛评估系统 | 2020-05-25 | 372 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
