人機(jī)交互系統(tǒng)中操作者的腦電信號(hào)分析.pdf

1、在人機(jī)交互系統(tǒng)研究中，現(xiàn)有研究方法基本上是圍繞人機(jī)交互系統(tǒng)本體展開，忽略了操作者在人機(jī)交互系統(tǒng)中的作用。事實(shí)上，不同熟練程度的操作者完成控制任務(wù)的質(zhì)量不同;不熟練的操作者經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的訓(xùn)練，其控制效果也能夠逐漸趨向于熟練操作者的水平。因此，研究操作者在人機(jī)交互系統(tǒng)中的行為特征非常重要。而腦電(EEG)信號(hào)具有方便、安全、無(wú)創(chuàng)、廉價(jià)等特點(diǎn)，本文從腦電信號(hào)角度揭示人在人機(jī)交互系統(tǒng)中的特征。
　　本文正是基于現(xiàn)有研究方法的不足，提出以人

2、為中心研究人機(jī)交互系統(tǒng)的思路。雖然人機(jī)交互系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容很多，存在諸如視頻反饋、力反饋、時(shí)間延遲等影響系統(tǒng)性能的因素，本文主要研究在視頻反饋情況下操作者從初學(xué)階段到熟練階段的腦電信號(hào)的變化。首先建立了以虛擬倒立擺系統(tǒng)為被控對(duì)象，微軟力反饋操縱桿為主端控制器的人機(jī)交互系統(tǒng)，倒立擺系統(tǒng)以四階龍格庫(kù)塔法實(shí)現(xiàn)數(shù)值積分求解，并結(jié)合腦電采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人的行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)的同步采集。以操作者的熟練程度為研究因素，設(shè)計(jì)了腦電信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)，并對(duì)初學(xué)者和

3、熟練操作者的腦電信號(hào)進(jìn)行了采集。在此基礎(chǔ)上，利用獨(dú)立成分分析(ICA)和ADJUST去除偽跡，得到了信噪比較高的腦電信號(hào)，然后利用小波變換的方法對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行提取，得到了δ、θ、α、β頻段，并分別對(duì)這四種頻率段進(jìn)行功率譜、樣本熵、及通道間的相干性分析。
　　研究結(jié)果表明，熟練的操作者控制倒立擺時(shí)倒立擺量值的波動(dòng)范圍明顯小于不熟練操作者，且熟練操作者的腦電數(shù)據(jù)的樣本熵比不熟練操作者的樣本熵小。實(shí)驗(yàn)所選擇的通道中，熟練操作者和不熟練操