一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法，包括：采用無線電極將人體脖子處表皮肌電信號采集并傳送到電信號接收裝置；將肌電信號進(jìn)行預(yù)處理之后，將模擬信號利用模電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成電信號；傳輸?shù)叫酒杏?jì)算肌電數(shù)據(jù)的特征，利用線性判別分析LAD方法將獲得的肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；訓(xùn)練LDA分類器，利用LDA分類器實(shí)現(xiàn)動作的正確分類；實(shí)現(xiàn)對電視機(jī)換臺，音量大小調(diào)整的操作。實(shí)施本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)利用頸部轉(zhuǎn)到來實(shí)現(xiàn)與電視機(jī)的交互。
【專利說明】一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人機(jī)交互【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]腦機(jī)接口技術(shù)在從20世紀(jì)70年代開始發(fā)展，至今已經(jīng)取得了一些顯著的進(jìn)展，不管是植入人體的人工耳蝸產(chǎn)品，還是視覺假體，還是杜克大學(xué)的葉猴獲取食物的研究，腦機(jī)接口的發(fā)展都顯示出了他的魅力，現(xiàn)在我們正在以全新的視角來了解腦機(jī)接口的魅力。
[0003]模式識別是指對表征事物或現(xiàn)象的各種形式的信息進(jìn)行處理和分析，以對事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類和解釋的過程。它是信息科學(xué)和人工智能的重要組成部分，主要應(yīng)用領(lǐng)域是圖像分析與處理、語音識別、聲音分類、通信、計(jì)算機(jī)輔助診斷、數(shù)據(jù)挖掘等學(xué)科。分類方法主要有貝葉斯分類、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、線性和非線性分類器設(shè)計(jì)、動態(tài)編程和用于順序數(shù)據(jù)的隱馬爾可夫模型、支持向量機(jī)和聚類算法等。
[0004]將腦機(jī)接口技術(shù)和模式識別分類技術(shù)結(jié)合起來，于是就出現(xiàn)了李光林教授他們的研究成果一個VR系統(tǒng)。在此研究成果中，通過采集人體的肌電信號，然后經(jīng)過預(yù)處理，特征提取，再輔以模式識別算法，就出現(xiàn)了良好的分類效果，分類的結(jié)果是可以識別人體的動作，這些研究可以用于殘疾人的日常生活活動。
[0005]現(xiàn)在肌電電極的逐漸發(fā)展，使得人們采集肌電數(shù)據(jù)穩(wěn)定而且方便，處理肌電數(shù)據(jù)的方法在不斷更新，現(xiàn)在可以采用肌電圖，散點(diǎn)圖等來觀察肌電數(shù)據(jù)，同時肌電信號的特征提取方法取得了很大進(jìn)展，人們可以從肌電數(shù)據(jù)中提取出37個特征。加之肌電信號模式識別技術(shù)的不斷發(fā)展，使人們在動作模式識別領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展。
[0006]線性判別式分析(LinearDiscriminant Analysis, LDA),也叫做Fisher 線性判別(Fisher Linear Discriminant, FLD),是模式識別的經(jīng)典算法，它是在1996年由Belhumeur引入模式識別和人工智能領(lǐng)域的。性鑒別分析的基本思想是將高維的模式樣本投影到最佳鑒別矢量空間，以達(dá)到抽取分類信息和壓縮特征空間維數(shù)的效果，投影后保證模式樣本在新的子空間有最大的類間距離和最小的類內(nèi)距離，即模式在該空間中有最佳的可分離性。
[0007]現(xiàn)在家庭中用于控制電視機(jī)的遙控器越來越不能滿足人民的日常需要，需要定期更換電池，需要一直將遙控器放在手邊，這樣的產(chǎn)品使人們在用的時候覺得遙控器是一個負(fù)擔(dān)，并且遙控器容易壞掉，維修或者更換都不是人們想要的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法，運(yùn)用信號處理的方法實(shí)現(xiàn)肌電信號的特征提取，運(yùn)用模式識別的技術(shù)實(shí)現(xiàn)動作的正確分類。
[0009]相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法，包括:
[0010]采用無線電極將人體脖子處表皮肌電信號采集并傳送到電信號接收裝置；
[0011 ] 將肌電信號進(jìn)行預(yù)處理之后，將模擬信號利用模電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成電信號；
[0012]傳輸?shù)叫酒杏?jì)算肌電數(shù)據(jù)的特征，利用線性判別分析LAD方法將獲得的肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0013]訓(xùn)練LDA分類器，利用LDA分類器實(shí)現(xiàn)動作的正確分類；
[0014]實(shí)現(xiàn)對電視機(jī)換臺，音量大小調(diào)整的操作。
[0015]所述采用無線電極將人體脖子處表皮肌電信號采集并傳送到電信號接收裝置包括:
[0016]采用表面肌電電極，用于探測和測量肌肉收縮時所生成的低位電信號。
[0017]所述將肌電信號進(jìn)行預(yù)處理之后，將模擬信號利用模電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成電信號包括:
[0018]肌電信號的特征分為時域特征、頻域特征、時頻特征、當(dāng)屬時域特征。
[0019]本發(fā)明具有如下有益效果，現(xiàn)在人與電視機(jī)利用遙控器控制電視節(jié)目的變換，音量的調(diào)整，這種枯燥的人機(jī)交互方式已經(jīng)不能滿足人們的生活，利用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)利用頸部轉(zhuǎn)到來實(shí)現(xiàn)與電視機(jī)的交互，可以定義如下:左轉(zhuǎn)為減小音量，右轉(zhuǎn)為增大音量，仰視為增大頻道序號，俯視為減小頻道序號，直視為選擇。通過上面的設(shè)定人們在觀看電視機(jī)時非常方面的與電視機(jī)進(jìn)行互動，再也不用每天抱著遙控器了，減小了制作遙控器的成本，同時頸部轉(zhuǎn)動可以緩解由于工作勞累所致的頸椎疼痛。啟動保健治療的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的識別頸部轉(zhuǎn)動的方法流程圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的分類器訓(xùn)練流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]脖子的轉(zhuǎn)動分為五個動作，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，仰視，俯視，直視(脖子正常直視前方的動作)，如何運(yùn)用信號處理的方法實(shí)現(xiàn)肌電信號的特征提取，運(yùn)用模式識別的技術(shù)實(shí)現(xiàn)動作的正確分類，是本發(fā)明所要解決的主要問題。
[0025]在本發(fā)明中主要實(shí)現(xiàn)頸部五個動作的準(zhǔn)確識別，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，仰視，俯視，直視，為了實(shí)現(xiàn)這五個動作的準(zhǔn)確識別，設(shè)計(jì)了下圖的完整技術(shù)流程圖(圖1)，首先采用無線電極將人體脖子處表皮肌電信號采集并傳送到電信號接收裝置，將肌電信號進(jìn)行預(yù)處理之后，再將模擬信號利用模電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成電信號，傳輸?shù)教厥庑酒?，此時計(jì)算肌電數(shù)據(jù)的特征，同時利用線性判別分析(LDA)方法將獲得的肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，訓(xùn)練LDA分類器，從而利用LDA分類器實(shí)現(xiàn)動作的正確分類。之后就可以將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到人機(jī)交互中，實(shí)現(xiàn)對電視機(jī)換臺，音量大小調(diào)整的操作。[0026](I)肌電信號采集與預(yù)處理
[0027]在本發(fā)明中，采用DELSYS公司的表面肌電電極，主要用于探測和測量肌肉收縮時所生成的低位電信號。這種信號被稱為肌電信號，俗稱EMG信號。將DELSYS表面肌電電極黏貼在人體脖子表面，即可測得運(yùn)動時所產(chǎn)生的表面肌電，肌電數(shù)據(jù)的采樣頻率為lKhz，之后將肌電數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理[幻，既可以得到我們需要的有效數(shù)據(jù)了。
[0028]在預(yù)處理階段，考慮到肌電數(shù)據(jù)在采集的過程中，可能受到電磁場的影響而產(chǎn)生工頻干擾，因此我們需要通過陷波濾波器去掉工頻干擾，之后由于肌電信號比較微弱，因此需要對肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行放大處理，一般放大倍數(shù)為1000倍，最后，人體的肌電信號頻率一般集中在20-500HZ，所以需要進(jìn)行帶通濾波處理，保留頻率為20-500hz的肌電信號，這就是我們需要的原始數(shù)據(jù)了。
[0029](2)特征提取
[0030]本發(fā)明的目的在于分類頸部的五個動作，而在模式識別中，分類成功率的大小只要在與特征的提取與選擇，因此選擇那些特征動作，是我們重要的選擇。
[0031]肌電信號的特征分為時域特征、頻域特征、時頻特征，而經(jīng)常使用的比較行之有效的當(dāng)屬時域特征，因此我們在這個發(fā)明中也選擇時域特征。
[0032](3)分類器訓(xùn)練
[0033]在模式識別中分類器分為線性分類器、非線性分類器、貝葉斯分類器、支持向量機(jī)分類器(SVM)和機(jī)器學(xué)習(xí)等[幻。在發(fā)明中考慮到計(jì)算量大小，以及計(jì)算的實(shí)時性，我們選擇線性分類器中的線性判別分析(LDA)。
[0034]在分類器訓(xùn)練的過程中，首先需要按照順序做動作，按照左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、仰視、俯視的順序做動作，每個動作保持4s時間，做完每個動作之后回復(fù)到直視狀態(tài)，并休息3s時間。上述一系列動作稱為一組運(yùn)動，連續(xù)做3組動作，然后將獲得的肌電數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理，之后提取4個肌電特征(MAV、WL、ZC、SSC)。然后采用模式識別中線性判別分析(LDA)算法進(jìn)行構(gòu)建分類器。
[0035]分類器構(gòu)造完畢之后，就可以測試分類器的分類效果，做頸部轉(zhuǎn)動的動作，測試分類器是否能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)分類，如果分類器的分類效果良好，就可以應(yīng)用到電視機(jī)的控制之中了。
[0036](4)控制電視機(jī)
[0037]運(yùn)用電視機(jī)中的接收裝置，人在轉(zhuǎn)動頸部的過程中接收肌電信號，然后利用分類器可以實(shí)現(xiàn)正確的分類。之后按照預(yù)先定義的動作，左轉(zhuǎn)為減小音量，右轉(zhuǎn)為增大音量，仰視為增大頻道序號，俯視為減小頻道序號，直視為選擇。這樣就能實(shí)現(xiàn)基本的控制電視功倉泛。
[0038]綜上，現(xiàn)在人與電視機(jī)利用遙控器控制電視節(jié)目的變換，音量的調(diào)整，這種枯燥的人機(jī)交互方式已經(jīng)不能滿足人們的生活，利用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)利用頸部轉(zhuǎn)到來實(shí)現(xiàn)與電視機(jī)的交互，可以定義如下:左轉(zhuǎn)為減小音量，右轉(zhuǎn)為增大音量，仰視為增大頻道序號，俯視為減小頻道序號，直視為選擇。通過上面的設(shè)定人們在觀看電視機(jī)時非常方面的與電視機(jī)進(jìn)行互動，再也不用每天抱著遙控器了，減小了制作遙控器的成本，同時頸部轉(zhuǎn)動可以緩解由于工作勞累所致的頸椎疼痛。啟動保健治療的作用。
[0039]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括:只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盤或光盤等。
[0040]以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種識別頸部轉(zhuǎn)動的方法，其特征在于，包括: 采用無線電極將人體脖子處表皮肌電信號采集并傳送到電信號接收裝置； 將肌電信號進(jìn)行預(yù)處理之后，將模擬信號利用模電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成電信號； 傳輸?shù)叫酒杏?jì)算肌電數(shù)據(jù)的特征，利用線性判別分析LAD方法將獲得的肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； 訓(xùn)練LDA分類器，利用LDA分類器實(shí)現(xiàn)動作的正確分類； 實(shí)現(xiàn)對電視機(jī)換臺，音量大小調(diào)整的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的識別頸部轉(zhuǎn)動的方法，其特征在于，所述采用無線電極將人體脖子處表皮肌電信號采集并傳送到電信號接收裝置包括: 采用表面肌電電極，用于探測和測量肌肉收縮時所生成的低位電信號。
3.如權(quán)利要求2所述的識別頸部轉(zhuǎn)動的方法，其特征在于，所述將肌電信號進(jìn)行預(yù)處理之后，將模擬信號利用模電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成電信號包括: 肌電信號的特征分為時域特征、頻域特征、時頻特征、當(dāng)屬時域特征。
【文檔編號】G08C17/02GK103488995SQ201310392253
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月31日
【發(fā)明者】翟振明, 姚傳存, 羅笑南 申請人:中山大學(xué)