面向神經(jīng)解碼的手部運(yùn)動(dòng)捕捉研究.pdf

1、腦機(jī)接口通過(guò)解析大腦皮層神經(jīng)信息，不依賴(lài)于常規(guī)的神經(jīng)通路，構(gòu)建一條直連外部設(shè)備的信息交流和控制通道。該技術(shù)可以幫助因車(chē)禍等原因造成的高位截癱病人、殘障人士利用意念控制外圍設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能的重建。實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是完成對(duì)大腦運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)信號(hào)的解碼。在針對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)解碼的研究中，一個(gè)必須解決的問(wèn)題是如何獲得高質(zhì)量的肢體運(yùn)動(dòng)信息，尤其是手部運(yùn)動(dòng)信息，直接影響到實(shí)驗(yàn)所采用的運(yùn)動(dòng)范式、解碼效果。本文圍繞運(yùn)動(dòng)信息的獲取進(jìn)行展開(kāi)，目的在于構(gòu)建一

2、套面向神經(jīng)解碼的、小尺度范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)信息采集平臺(tái)，著重捕捉手部運(yùn)動(dòng)，獲取精細(xì)手部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和手勢(shì)分類(lèi)結(jié)果。
　　神經(jīng)解碼實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同的研究范式可以進(jìn)一步細(xì)分為對(duì)精細(xì)手部運(yùn)動(dòng)的解碼、和對(duì)手勢(shì)分類(lèi)的解碼。因此，構(gòu)建神經(jīng)解碼實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)信息采集平臺(tái)必須首先解決幾個(gè)問(wèn)題，包括了:1）對(duì)原始運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的校正、修復(fù)，2）對(duì)手勢(shì)分類(lèi)結(jié)果的劃分、識(shí)別。針對(duì)上述問(wèn)題，本文的解決思路和研究工作主要包括如下幾點(diǎn):
　　1.采用數(shù)據(jù)手套設(shè)備，設(shè)計(jì)了

3、基于自組織映射網(wǎng)絡(luò)的手勢(shì)識(shí)別方法。該方法有效提高了數(shù)據(jù)手套的可用性，可以較好地完成針對(duì)手勢(shì)形態(tài)特征的分類(lèi)識(shí)別，能夠滿(mǎn)足手勢(shì)分類(lèi)相關(guān)解碼研究的需求。
　　2.采用視頻分析方法，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于混合手勢(shì)框架下的手勢(shì)分割、識(shí)別和分類(lèi)方法。該方法在原理上基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，適用于對(duì)手勢(shì)分類(lèi)的解碼研究中實(shí)時(shí)、連續(xù)、隨機(jī)手勢(shì)的分割和識(shí)別。
　　3.采用光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)幀間相關(guān)性和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)信息的標(biāo)記點(diǎn)識(shí)別方法，提出并實(shí)現(xiàn)了基于

4、多次迭代主成分分析(MiPCA)算法的數(shù)據(jù)修復(fù)方法。經(jīng)修復(fù)后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)具有很好的連續(xù)性，可以滿(mǎn)足精細(xì)手部運(yùn)動(dòng)相關(guān)解碼研究的需求。
　　4.針對(duì)神經(jīng)解碼實(shí)驗(yàn)環(huán)境的特殊性，搭建了一套適用于捕捉靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物三維伸-抓運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信息采集平臺(tái)。該平臺(tái)集成了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)修復(fù)處理及系統(tǒng)間的同步控制等功能，能夠用于架設(shè)解碼研究所必需的平臺(tái)框架。
　　綜上所述，利用以上三種方法能夠滿(mǎn)足部分神經(jīng)解碼研究對(duì)精細(xì)手部運(yùn)動(dòng)和手勢(shì)分類(lèi)的獲取需求