一种基于脑控拼写的中文输入辅助系统

本发明涉及脑机接口领域，具体涉及一种基于脑控拼写的中文输入辅助系统。

背景技术：

1、脑机接口(brain-computer interface，bci)技术是一种直接将人脑活动与外部设备相连接的技术，通过感知大脑的电活动，实现对外部设备的控制或信息传输。bci技术已经在医学、辅助工具、虚拟现实、游戏等领域展示出巨大的应用潜力。

2、目前脑机接口技术已经被应用于文本输入辅助领域中，用来帮助那些因受伤或疾病等原因无法使用传统键盘输入的人，实现通过意念来输入文本信息。这项技术的源自于对脑电信号的识别和解释，以及对脑活动与特定意图之间关联的研究。

3、但是，目前应用脑机接口技术的文本输入辅助系统一般是针对于西方语言文字，对于中文输入辅助系统尚有缺失。同时，中文输入的复杂性也增加了这项技术的挑战。相比较于西方语言，中文的输入需要更多的符号和字母，因此需要更加精准的脑电信号识别和解码。此外，中文拼写也涉及到词语和词组的组合，需要系统具有一定的自学习能力，来适应个体的输入模式。这些对于基于脑控拼写的中文输入辅助系统的研发都是巨大的挑战。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

2、本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于脑控拼写的中文输入辅助系统，利用稳态视觉诱发电位将脑控输入的拼音字母结合中文词汇库来合成对应的中文词汇，从而辅助残疾人进行中文输入。

3、本发明的技术方案为：

4、本发明提供一种基于脑控拼写的中文输入辅助系统，包括视觉诱发交互模块、信号采集模块以及信号处理模块；其中，

5、视觉诱发交互模块用于为使用者提供进行系统交互的范式界面；

6、信号采集模块用于采集用户脑电波信号数据，并将采集到的脑电波信号数据发送给信号处理模块；

7、信号处理模块用于对接收到的脑电波信号数据进行实时分析，并根据脑电波分析结果输入相对应的中文。

8、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，范式界面包括用户登记/注册页面、范式参数配置页面以及范式刺激显示页面；其中，

9、用户登记/注册页面用于提供用户登记或注册的范式界面，

10、范式参数配置页面用于提供设置范式刺激配置参数的范式界面，

11、范式刺激显示页面则用于为使用者提供进行中文输入的范式界面。

12、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述范式刺激配置参数包括范式刺激页面显示参数、脑电分析参数、脑电通道参数以及按钮显示参数，所述基于脑控拼写的中文输入辅助系统通过范式参数配置页面所设置的范式刺激配置参数来获取使用者的脑电波信号数据，并辅助使用者进行中文输入。

13、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号采集模块包括脑电级、静电防护单元、线性稳压单元、电源滤波单元、电池管理单元、脑电芯片模组以及主控芯片模组；其中，

14、脑电极用于捕捉使用者头皮处的脑电波信号；

15、静电防护单元用于保护脑电极以及其他电子元件免受静电干扰和损害；

16、线性稳压单元用于提供稳定的电压和电流输出；

17、电源滤波单元用于滤除电源中的噪声和干扰；

18、电池管理单元用于管理锂电池的充电、放电，并提供相应的保护功能；

19、脑电芯片模组用于集成处理脑电信号所需的芯片和电路；

20、主控芯片模组用于控制整个脑电设备的功能。

21、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块将脑电波信号数据处理流程依序分为等待咬牙状态、闪烁键盘状态、信号接收与处理状态以及范式刺激显示页面更新状态，然后通过预设的有限状态机来对调度执行脑电波信号数据处理流程中的各个状态，从而实现基于脑控拼写的中文输入。

22、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块预设一脑电波信号数据接收时长和一寄存器阈值；其中，当有限状态机处于等待咬牙状态时，信号处理模块根据预设的脑电波信号数据接收时长循环接收预设的脑电波信号数据接收时长脑电数据，然后判断接收到的脑电波信号数据中最高信号幅值是否超过预设的寄存器阈值；若是，则触发咬牙信号，有限状态机跳转到闪烁键盘状态；若否，则继续保持等待咬牙状态。

23、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，当接收到的脑电波信号数据中最高信号幅值未超过预设的寄存器阈值时，则将寄存器阈值更新为当前脑电波信号数据中的最高信号幅值，然后利用更新后的寄存器阈值来判断下一脑电波信号数据接收时长内的脑电波信号数据是否触发咬牙信号。

24、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块预设了一键盘闪烁定时器；其中，当有限状态机跳转到闪烁键盘状态后，信号处理模块启动键盘闪烁定时器来闪烁范式刺激显示页面中的矩阵键盘，从而刺激范式刺激显示页面进入待输入状态。

25、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块还预设了一静默时长，通过静默时长来排除非中文输入的脑电波信号数据；其中，当信号处理模块完成矩阵键盘的闪烁后，信号处理模块基于预设的静默时长进入静默状态，直到静默时长结束再开始接收使用者的脑电波信号数据。

26、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，当有限状态机跳转到信号接收与处理状态后，开始接收使用者进行中文输入的脑电波信号数据，并对接收到的脑电波信号数据进行分析，从而获取待输入的备选文本；其中，信号处理模块接收到脑电波信号数据后，首先对接收到的脑电波信号进行滤波预处理，然后对滤波后的脑电波信号进行分析，获取目标信号频率，最后结合预设的中文词汇库进行字词检索，从而获取待输入的备选文本。

27、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块在对脑电波信号数据进行预处理时，基于设置的脑电分析通道对各频段的脑电波信号数据进行滤波，从而获取所需通道的脑电波信号数据。

28、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块获取到所需通道的脑电波信号数据后，采用基于滤波器组的cca脑电分析算法对滤波后的脑电波信号数据进行分析，获取目标信号频率；其中，基于滤波器组的cca脑电分析算法在分析滤波后的脑电波信号数据时，利用所设计的滤波器组中的不同频段来对滤波后的脑电波信号数据进行分类，获取分类结果，然后对分类结果进行cca分析，从而获取到目标信号频率。

29、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块获取到目标信号频率后，将目标信号频率对应的字母加入处理队列中，然后结合基于hmm的字词检索算法对处理队列中所有字符进行字词检索，从而获取待输入的备选文本。

30、根据本发明的基于脑控拼写的中文输入辅助系统的一实施例，所述信号处理模块获取到待输入的备选文本后，有限状态机跳转到范式刺激显示页面更新状态，基于待输入的备选文本进行范式刺激页面更新，从而输入并显示使用者所需中文；其中所述信号处理模块在更新范式刺激显示页面时，根据目标按钮对应的文本类型来进行不同的操作，从而辅助使用者进行基于脑控拼写的中文输入。

31、本发明还提供一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如上所述的方法。

32、本发明还提供一种基于脑控拼写的中文输入辅助装置，包括：

33、存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及

34、处理器，用于执行所述指令以实现如上所述的方法。

35、本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明针对残疾人进行中文输入操作，采用脑控拼写技术设计一个专门的中文输入辅助系统，使用者通过系统中视觉诱发交互模块所提供的系统交互的范式界面来进行目视选择操作，并通过信号采集模块同步采集所产生的用户脑电波信号数据，然后将采集到的用户脑电波信号数据发送到信号处理模块来进行实时分析，获取对应的拼音字母，然后根据脑控输入的拼音字母来进行中文字词的输入。与现有技术相比，本发明针对中文输入模式，采用基于hmm的字词检索算法，将脑控输入的拼音字母结合中文词汇库来合成相应的中文词汇，从而辅助不便进行键盘操作的残疾人进行中文输入，满足残疾人中文输入的需求，进而提高残疾人智能操作满意度。