基于FPGA的腦機(jī)接口實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、腦機(jī)接口是不依賴于腦的正常輸出通路(外周神經(jīng)系統(tǒng)及肌肉組織)的腦機(jī)(計(jì)算機(jī)或其它裝置)通訊系統(tǒng)。腦機(jī)接口是由人和機(jī)器構(gòu)成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。除人本身外，腦機(jī)接口系統(tǒng)主要包括：信號(hào)采集系統(tǒng)、特征量提取及模式識(shí)別系統(tǒng)和外部裝置及控制系統(tǒng)。腦機(jī)接口技術(shù)的核心是把用戶輸入的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換算法。由于腦機(jī)接口技術(shù)在康復(fù)工程等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信等領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。但是作為一種多學(xué)科交叉的新

2、興通信技術(shù)，腦機(jī)接口研究大多處于理論和實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一定的差距。
　　 本文開展了基于FPGA的腦機(jī)接口實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究。要實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口，必須有一種能反映人腦不同狀態(tài)的信號(hào)。瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位易于檢測，不容易引起視覺疲勞。因此，采用瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位來實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口。
　　 在已有的腦機(jī)接口中，通常采用計(jì)算機(jī)作為腦機(jī)接口的控制和信號(hào)處理器。本文用FPGA取代計(jì)算機(jī)，把FPGA的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)應(yīng)用到腦機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3、中，構(gòu)建了一個(gè)新穎的基于FPGA的腦機(jī)接口實(shí)時(shí)系統(tǒng)。
　　 本文設(shè)計(jì)了腦電采集電路，包括有源電極、右腿驅(qū)動(dòng)、前置放大電路、高通濾波電路、放大濾波電路、電壓抬升電路、AD轉(zhuǎn)換電路、光耦隔離電路和電源電路。腦電信號(hào)通過放大、濾波，提高信噪比，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
　　 采用VGA顯示器作為刺激器，在FPGA中用VHDL編程產(chǎn)生圖形刺激信號(hào)，實(shí)現(xiàn)基于FPGA的VGA視覺刺激器。這種視覺刺激器兼具用硬件或軟件方式實(shí)現(xiàn)視覺刺激器

4、的優(yōu)點(diǎn)，是一種新的視覺刺激器實(shí)現(xiàn)方法。
　　 本文研究了視覺誘發(fā)電位信號(hào)處理方法及FPGA實(shí)現(xiàn)。用少量次累加平均結(jié)合數(shù)字濾波的方法來提取視覺誘發(fā)電位信號(hào)。數(shù)字濾波采用了FIR濾波和2次5點(diǎn)濾波。累加平均后的信號(hào)的小波分解系數(shù)具有明顯的視覺誘發(fā)電位特征。采用基于時(shí)域波形相關(guān)的信號(hào)識(shí)別方法、基于特征向量數(shù)量積的線性判別方法和基于小波分解系數(shù)的識(shí)別方法進(jìn)行VEP信號(hào)的識(shí)別。在FPGA中通過VHDL編程、DSP運(yùn)算IP核和嵌入式乘法器實(shí)