脑波控制之无线遥控车.PDFVIP

圖形化系統設計應用競賽 第八屆徵文比賽- 腦波控制之無線遙控車 作者 ：吳奇勳 、張香治 、謝竣傑 、葉佳龍 、謝宗佑 、盧彥儒1 1 1 1 2 3 職稱 ： 博士班研究生、碩 士、碩士生研究生1 2 3 單位名稱 ：國立中央大學 電機工程研究所 1.此研究所使用之NI產品 國立中央大學電機系系所版 LabVIEW 8.2 Signal Express 2.5 NI USB-6259 2.研究 /應用領域/產業 生物醫學工程 3.欲研究之問題及目的 大腦是人類所知最複雜的系統之一即使醫學發展進步如今日， ，人類對大腦 的了解仍 然很有限。基於此，世界各地積極成立腦科學研究中心 ，研究宗旨在於 揭發 大腦的生理 、心智與行為功能 。其中 ，腦波 人機界面 (Brain Computer Interface)是 大腦科學研究的一個發展重點 ，其目的在於使用腦部的訊號 ，向外 界 直接傳達訊息 。由於腦波訊號非常微弱微伏特( ) ，容易受到雜訊干擾 ，因此腦 波人機界面技術研究的重點在於如何降低雜訊干擾並萃取出具有特徵的訊號 源 。本團隊基於視覺腦波人機界面多年的研究經驗 ，開發以穩態視覺誘發電位 (Steady state visual evoked potential, SSVEP)為基礎之腦波控制無線遙控車 。為 了提升腦波控制界面即時系統(real-time system)之抗雜訊能力 ，利用經驗模式分 解 (EMD)自適性 (adaptive)的優點 ，將腦波非事件相關(task-unrelated)的雜訊自動 濾除提升腦波人機界面之辨識速度 。並以LabVIEW作為腦波人機界面之整合研 究環境與應用平台 ，利用LabVIEW可程式化 ，與訊號即時處理的 特性 ，將腦波 人機界面系統之訊號輸入端 ，演算法實現 ，遠端輸出控制建立在LabVIEW的環 境中 。 4.研究方法 /應用方案 4.1研究方法 建立穩態視覺腦波訊號 (SSVEP)為基礎之腦波人機界面 ，通常利用窄頻帶通 濾波器與頻譜分析的方法呈現頻率強度 。一個良 好的腦波人機界面系統需要較快 的反應時間與高 辨識率 ，也就是所謂的高資訊傳輸率 (Information transfer rate, ITR) 。腦波訊號通常是非線性與非穩態的生理訊號 ，現存的分析方式如傅立業分 析(Fourier analysis) 與小波分析(wavelet) ，對於訊號分析存在一些假設與限 制.Fourier analysis屬於一般性的頻譜 分析法 ，基於訊號必須是穩態(stationary) 的假設 。在實際資料的分析中發現 ，尤其是生物神經訊號通常是非穩態的。雖然 1 短時傅立業轉換(short time Fourier transform)利用短時間區段(short-time window) 可得到隨著時間變化之時頻分析圖 (time-frequency analysis) 。此方法必須假設該 短時間區段(short-time window)的訊號必須是穩態 。即使如此 ，短時傅立業分析 仍有頻率解析度 (frequency resolution)的限制 ，較高的頻率解析度需要較長的資 料 ，將造成系統反應時間變慢 ，降低資訊傳輸率 (ITR) 。 小波分析指用有限長或 快 速 衰减 母小波(mother wavelet)的 振盪 波 形 来 表示 訊號 。小波分析之於傅立業分析有以下幾點優勢: 1.其基底函數不受限於正弦波 (sinusoid) ，可基於不同問題選擇不同 母小波(mother wavelet) 。2.對於短時傅立業 分析使用單一長度窗口(window) ，小波分析原則上使用小窗口解析高頻資料，大 窗口解析低頻資料 。3.當規模擴張因子(scale dilation factor)改變 ，基底函數的區 間與頻