2023年11月30日发(作者：)
本技术涉及一种基于的少通道脑电信号采集装置，属于脑机接口和人机交互技术领
SSVEP
域。本技术包括脑电信号采集头环、信号放大和转换模块、信号发射接收模块、电脑；
AD/
所述脑电信号采集头环、信号放大和转换模块、信号发射接收模块、电脑依次连接。本
AD/
技术用户通过显示器，利用上述模块在刺激范式下实现实时评估被试的情绪状态，以
SSVEP
指导数据采集进程，提高数据采集质量；同时，采用少通道设计，减少佩戴时间及增加被试
佩戴的舒适度，更具人性化。本技术可以应用到科研、教育及娱乐中。
权利要求书
1.SSVEP
一种基于的少通道脑电信号采集装置，其特征在于：包括脑电信号采集头环、信号
放大和转换模块、信号发射接收模块、电脑；所述脑电信号采集头环、信号放大和
AD/AD
转换模块、信号发射接收模块、电脑依次连接；
/
所述脑电信号采集头环上设有电极，电极用于采集脑电信号，采集到的信号传输到信号放大
和转换模块、信号发射接收模块；电脑包括显示器及信号处理模块，显示器用于播放
AD/
SSVEPSSVEP
刺激范式界面，信号处理模块包括情绪识别模块及信号存储模块；脑电信号采
集头环将采集到的信号传输到信号放大和转换模块，转化为数字信号，再通过信
SSVEPAD
号发射接收模块传输到电脑端对应信号处理模块，得到被试当前对应的情绪状态，以指导
/
实时数据采集进程。
2.1SSVEP
根据权利要求所述的基于的少通道脑电信号采集装置，其特征在于：所述脑电信
号采集头环，通过电脑显示器播放的刺激范式，利用脑电信号采集头环采集信
SSVEPSSVEP
号，电极按国际系统标准放置，设置有个湿电极：、、、、；个干电
10-205O1O2OzFpzA23
极：、、耳夹，所用电极通过导线连接到信号放大和转换模块。
Fp1Fp2AD
3.1SSVEP
根据权利要求所述的基于的少通道脑电信号采集装置，其特征在于：所述信号放
大和转换模块共个通道，采样率为，转换为位，转换后的数字信号，其
AD81000HzAD16AD
中：个湿电极采集的数据直接输出到信号发射接收模块；个干电极通道的数据传输到
5/3
NeuroskyTGAMeSense
公司的集成芯片，使用其内置算法，输出专注度、放松度指数到信号
发射接收模块。
/
4.1SSVEP
根据权利要求所述的基于的少通道脑电信号采集装置，其特征在于：所述信号发
射接收模块，采用传输协议，使用两个信号发射接收模块，由编写的信号处
/WIFI/MATLAB
理模块进行数据信号接收、存储及实时显示，包括专注度、放松度及信号。
“”“”“SSVEP”
5.1SSVEP
根据权利要求所述的基于的少通道脑电信号采集装置，其特征在于：所述信号处
理模块，使用编写的数据处理软件，先对接受到专注度、放松度指数和信
MATLABSSVEP
号进行同步，然后，对信号进行去工频干扰和伪迹剔除处理，再进行数据存储和实时
SSVEP
显示；同时，利用专注度及放松度个参数设计一个判断程序：当专注度及放松
“”“”2“”“
度都小于时，给出语音提示：建议暂停实验；当专注度小于且放松度大于
”60%“”“”60%“”
60%“”“”60%“”60%
时，给出语音提示：被试请集中注意力；当专注度大于且放松度小于
时，给出语音提示：请被试放松；当专注度及放松度都大于时，程序无动作，根
“”“”“”60%
据上述判断指导数据采集进程。
技术说明书
一种基于的少通道脑电信号采集装置
SSVEP
技术领域
本技术涉及一种基于的少通道脑电信号采集装置，属于脑机接口和人机交互技术领
SSVEP-
域。
背景技术
随着机器学习技术的进步，探索脑机接口走向实用化的团队越来越多，也使之逐渐走入公
-
众视野，成为世纪最具有诱人前景的人机交互系统之一。但是，目前多数脑机接口都还
21-
停留在对外输出特定控制指令的条件下，人机交互的方式单一，机器无法辨别人类所发出指
令的情感成分。也很少关注该方式是否会给用户带来的不适感，特别是基于的脑机
SSVEP-
接口，对某些被试来说，闪烁刺激的范式是难以接受的，如果在被试招募中出现，而我们又
没有有效手段去区别，对后续实验数据的可靠度及被试都会造成不良影响。
具有情感认知能力的脑机交互系统（）是人工智能领域的一大梦想。情绪是对一系列
-EBCI
主观认知经验的通称，是多种感觉、思想和行为综合产生的生理和心理状态。对情绪识别研
究有着悠久历史，过去通过面部微表情和语音来研究人的情绪变化，但通过一定训练之后，
人可以刻意隐藏自己的情绪。所以目前发展出了基于脑电信号的情绪识别，相对于其它生理
信号指标，脑电信号更能准确反映人的情绪变化。相关研究表明：仅仅利用、通道
Fp1Fp2
的电极所采集的脑电波，就可以在频域区分：高效价高唤醒度（）、低效价高唤醒度
HVHA
（）、高效价低唤醒度（）、低效价地唤醒度（）四类情绪。目前，市场
LVHAHVLALVLA
上也有基于情绪识别的成熟产品，如公司的集成芯片，使用其获得专利技术
NeuroskyTGAM
的内置算法可以计算出专注度及放松度两个心理指标，不仅可以实时评价用户的
eSense“”“”
心理状态，还可以应用到娱乐、游戏产品的开发中。
在一个固定频率的重复视觉刺激下大脑皮层的枕叶部分会出现与之对应频率及其二次谐波、
三次谐波频率的稳态响应，称之为稳态视觉诱发电位
(Steady State VisualEvoked
PotentialSSVEP)<30Hz
，。大多数被试的稳态响应在低频段（）较为强烈。相对于自发脑电
波而言，诱发电位的稳态响应较不依赖于个体，因此此类脑机接口不需要大量训练就能获
-
得很高的分类准确率。目前基于的脑机接口技术已相对成熟，仅仅在枕叶放置、
SSVEP-O1
O2Oz
、三个电极就可以检测到，其优点是速度快，信息传输速率高，稳点性相对较好，缺
点是闪烁刺激容易造成视觉疲劳，对一些用户来说，这种方式甚至是不可接受的。
少通道脑机接口是脑机接口技术走出实验室的突破方向之一，目前市场上有关产品多是基
--
于单通道脑机接口，但大多数控制指令单一，只能应用到娱乐产品中，而指令数满足要
-
求、佩戴方便的产品有待开发。实验室所用的脑机接口由于指令较多，通道数一般为
-32
导、导甚至更多，在佩戴过程中往往要花大量时间去准备，对科研人员和被试来说，这种
64
方式都是极不方便的。而对于基于少通道脑机接口的相关研究表明，仅利用、
SSVEP-O1
O2OzFpz(GND)A25
、、极、（参考极）个电极就可以满足要求。
技术内容
本技术要解决的技术问题是：本技术提供一种基于的少通道脑电信号采集装置，用于
SSVEP
完成脑电信号的采集。
本技术专注于思考如何检测被试在刺激范式作用下情绪状态的变化及如何减少科研人
SSVEP
员佩戴脑电帽的时间，使被试在整个过程中保持放松、专注，当被试出现走神时给出语音提
示，出现低沉情绪时及时暂停或终止实验，以保证被试的愉悦和数据的可靠性。
本技术技术方案是：一种基于的少通道脑电信号采集装置，包括脑电信号采集头环、
SSVEP
信号放大和转换模块、信号发射接收模块、电脑；所述脑电信号采集头环、信号放大和
AD/
AD/
转换模块、信号发射接收模块、电脑依次连接；
所述脑电信号采集头环上设有电极，电极用于采集脑电信号，采集到的信号传输到信号放大
和转换模块、信号发射接收模块；电脑包括显示器及信号处理模块，显示器用于播放
AD/
SSVEPSSVEP
刺激范式界面，信号处理模块包括情绪识别模块及信号存储模块；脑电信号采
集头环将采集到的信号传输到信号放大和转换模块，转化为数字信号，再通过信
SSVEPAD
号发射接收模块传输到电脑端对应信号处理模块，得到被试当前对应的情绪状态，以指导
/
实时数据采集进程。
进一步地，被试佩戴的脑电采集装置设计为头环样式，电极位置按国际系统标准放
10-20
置，所述脑电信号采集头环，通过电脑显示器播放的刺激范式，利用脑电信号采集头
SSVEP
环采集信号，个信号通道、、耳夹采用干电极；个通道、、、
SSVEP3(Fp1Fp2)5(FpzO1O2
OzA2)
、采用湿电极。为防止采集盒对电极的干扰，所有电极用导线引出。所用电极通过导
线连接到信号放大和转换模块。
AD
进一步地，所述信号放大和转换模块共个通道，采样率为，转换为位，
AD81000HzAD16AD
转换后的数字信号，其中：个湿电极采集的数据直接输出到信号发射接收模块；个干电
5/3
极通道的数据传输到公司的集成芯片，使用其内置算法实时计算
NeuroskyTGAMeSense
出专注度及放松度两个心理指标，输出专注度、放松度指数到信号发射接收模块。
“”“”/
TGAMAD“”“”
集成芯片内置在信号放大和转换模块中，专门计算专注度及放松度两个心理
指标；
进一步地，所述信号发射接收模块，采用传输协议，使用两个信号发射接收模块，由
/WIFI/
MATLAB“”“
编写的信号处理模块进行数据信号接收、存储及实时显示，包括专注度、放松
度及信号。
”“SSVEP”
进一步地，所述信号处理模块，使用编写的脚本数据处理软件在线实时完成，先
MATLAB
对接受到专注度、放松度指数和信号进行同步，然后，对信号进行去工频干扰
SSVEPSSVEP
和伪迹剔除处理，再进行数据存储和实时显示；同时，利用专注度及放松度个参数设
“”“”2
计一个判断程序：当专注度及放松度都小于时，给出语音提示：建议暂停实验；
“”“”60%“”
当专注度小于且放松度大于时，给出语音提示：被试请集中注意力；当专注
“”60%“”60%“”“
度大于且放松度小于时，给出语音提示：请被试放松；当专注度及放松
”60%“”60%“”“”“
度都大于时，程序无动作，根据上述判断指导数据采集进程。
”60%
本技术的有益效果是：
1SSVEP-
、利用基于脑机接口的快速性、稳定性，使输出的效率更快。
2
、采用少通道设计，具有很强的运动抗干扰能力，用户使用起来更加舒适。
3NeuroskyTGAM
、采用公司的集成芯片，使情绪识别的效率更高，相比传统控制方法更加
灵活。
附图说明
图是本技术结构示意图；
1
图是本技术信号采集探头及头环结构示意图。
2
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本技术作进一步说明。
实施例：如图所示，一种基于的少通道脑电信号采集装置，包括脑电信号采集头
11-2SSVEP
环、信号放大和转换模块、信号发射接收模块、电脑；所述脑电信号采集头环、信号放
AD/
大和转换模块、信号发射接收模块、电脑依次连接；
AD/
所述脑电信号采集头环上设有电极，电极用于采集脑电信号，采集到的信号传输到信号放大
和转换模块、信号发射接收模块；电脑包括显示器及信号处理模块，显示器用于播放
AD/
SSVEPSSVEP
刺激范式界面，信号处理模块包括情绪识别模块及信号存储模块；脑电信号采
集头环将采集到的信号传输到信号放大和转换模块，转化为数字信号，再通过信
SSVEPAD
号发射接收模块传输到电脑端对应信号处理模块，得到被试当前对应的情绪状态，以指导
/
实时数据采集进程。
用户所佩戴头帽的脑电信号采集装置如图所示。该装置由两个独立模块构成，信号
2SSVEP
采集模块和用于情绪检测的信号采集模块，信号采集模块采用个湿电极：、、
SSVEP5O1O2
OzFpz(GND)A2AD
、极、（参考极），并用导线连接到信号采集盒进行放大和转换，情绪
检测信号采集模块使用个干电极：、、耳夹位于头环的右面，头环前额部分，外侧
3Fp1Fp2
为具有弹性铝合金条，宽厚，对应的位置留有导电膏注射孔，两侧延长到耳朵
1cm,2mmFpz
上方截止；内侧为人体可接触橡胶，厚，在（湿电极，）、（干电极）、
8mmFpzFp1
Fp2O1O2Oz
（干电极）三个部位设有电极。枕叶侧采用有弹性、透气的布料。在枕叶、、
三个部位设有三个湿电极，前后连接出橡胶中空，外侧设有旋钮，可根据不同头型尺寸进行
调节。前额部分导线内嵌，后部外露，统一连接到位于颈部的数据采集盒。
进一步地，脑电信号放大和转换盒采用通道混合设计，其中：个通道用于放大和转换
AD85
SSVEP5002000140dB()
脑电数据，放大倍数为：前级，中、后级，共模抑制比为最小值，采
样率为，转换为位，数据输出到发射接收模块，通过无线传输到电脑接收
1000HzAD16WIFI/
端；个通道用于情绪检测系统，内部使用公司的集成芯片，采样率
3NeuroskyTGAM1000Hz,
使用其获得专利技术的内置算法，通过标准串口输出专注度、放松度指数类数
eSenseUART2
据数字信号到通信模块，供电模块采用标准锂离子电池供电。
()WIFI3.3V
进一步地，所述信号发射接收模块，采用传输协议，使用两个信号发射接收模块，由
/WIFI/
MATLAB“”“
编写的信号处理模块进行数据信号接收、存储及实时显示，包括专注度、放松
度及信号。
”“SSVEP”
进一步地，所述信号处理模块，使用编写的脚本数据处理软件在线实时完成，先
MATLAB
对接受到专注度、放松度指数和信号进行同步，然后，对信号进行去工频干扰
SSVEPSSVEP
和伪迹剔除处理，再进行数据存储和实时显示；同时，利用专注度及放松度个参数设
“”“”2
计一个判断程序：当专注度及放松度都小于时，给出语音提示：建议暂停实验；
“”“”60%“”
当专注度小于且放松度大于时，给出语音提示：被试请集中注意力；当专注
“”60%“”60%“”“
度大于且放松度小于时，给出语音提示：请被试放松；当专注度及放松
”60%“”60%“”“”“
度都大于时，程序无动作，根据上述判断指导数据采集进程。
”60%
本技术装置的工作过程如下：
步骤（）：用户佩戴脑电信号采集头环，并在合适的位置固定电脑显示器，脑电
1EEGEEG
信号采集头环将采集到的信号和情绪信号传输到信号放大和转换模块进行放大和
SSVEPAD
滤波转换处理后的信号通过传输到电脑，电脑显示器播放刺激范式界面。
WIFISSVEP
步骤（）：电脑初始界面为信号显示界面，电脑和信号放大和转换模块连接正常
2SSVEPAD
后，单机开始采集按钮，实时显示当前采集到的信号并存储。集成芯片内置在
SSVEPTGAM
信号放大和转换模块中，专门计算专注度及放松度两个心理指标；
AD“”“”
步骤（）：根据专注度及放松度个参数设计后台判别程序，当专注度及放松度都
3“”“”2“”“”
小于时，给出语音提示：建议暂停实验，此时点击信号显示界面的暂停按
60%“”SSVEP“”
钮，被试停止任务，适当休息一段时间。
步骤（）：当专注度小于且放松度大于时，给出语音提示：被试请集中注意
4“”60%“”60%“
力；当专注度大于且放松度小于时，给出语音提示：请被试放松；当专注
”“”60%“”60%“”“
度及放松度都大于时，无提示，此种情况下数据采集正常进行。
”“”60%3
步骤（）：数据采集实验完成后，单机信号显示界面的停止按钮即可退出采集页
5SSVEP“”
面，关闭系统。
具体地，在各个步骤中，语音播放器均播放相应的指令，使被试处在较好的实验状态中，以
提高数据采集质量。
上面结合附图对本技术的具体实施例作了详细说明，但是本技术并不限于上述实施例，在本
领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变
化。
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