基于FPGA的腦機接口實時系統(tǒng)實現(xiàn)技術研究.pdf

1、腦機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(計算機或其它裝置)通訊系統(tǒng)。腦機接口是由人和機器構(gòu)成的一個閉環(huán)系統(tǒng)。除人本身外，腦機接口系統(tǒng)主要包括：信號采集系統(tǒng)、特征量提取及模式識別系統(tǒng)和外部裝置及控制系統(tǒng)。腦機接口技術的核心是把用戶輸入的腦電信號轉(zhuǎn)換成輸出控制信號的轉(zhuǎn)換算法。由于腦機接口技術在康復工程等領域有重要的應用價值，它已經(jīng)成為生物醫(yī)學工程、計算機技術、通信等領域一個新的研究熱點。但是作為一種多學科交叉的新

2、興通信技術，腦機接口研究大多處于理論和實驗室階段，離實際應用還有一定的差距。
　　 本文開展了基于FPGA的腦機接口實時系統(tǒng)實現(xiàn)技術研究。要實現(xiàn)腦機接口，必須有一種能反映人腦不同狀態(tài)的信號。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)電位來實現(xiàn)腦機接口。
　　 在已有的腦機接口中，通常采用計算機作為腦機接口的控制和信號處理器。本文用FPGA取代計算機，把FPGA的特點和優(yōu)勢應用到腦機接口的實現(xiàn)技術

3、中，構(gòu)建了一個新穎的基于FPGA的腦機接口實時系統(tǒng)。
　　 本文設計了腦電采集電路，包括有源電極、右腿驅(qū)動、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。腦電信號通過放大、濾波，提高信噪比，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
　　 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，實現(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現(xiàn)視覺刺激器

4、的優(yōu)點，是一種新的視覺刺激器實現(xiàn)方法。
　　 本文研究了視覺誘發(fā)電位信號處理方法及FPGA實現(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。數(shù)字濾波采用了FIR濾波和2次5點濾波。累加平均后的信號的小波分解系數(shù)具有明顯的視覺誘發(fā)電位特征。采用基于時域波形相關的信號識別方法、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)的識別方法進行VEP信號的識別。在FPGA中通過VHDL編程、DSP運算IP核和嵌入式乘法器實