技术摘要：
本发明公开了一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法，包括：根据大脑对视觉刺激响应的空间特异性原理对刺激进行编码，设计刺激范式；根据个人意图注视某一目标点，带有空间方位信息的视觉标定刺激通过视觉通路输入，脑电采集系统实时采集头皮脑电信号，  全部
背景技术：
视线追踪技术是利用机械、电子、光学、计算机算法等各种检测手段获取受试者当 前视觉注意方向的技术，它广泛应用于人机交互、心理研究、虚拟现实和军事等多个领域。 目前，精度较高、应用较多的视线追踪技术为瞳孔-角膜反射技术。瞳孔-角膜反射技术通过 近红外光源照射眼睛使其产生明显的反射现象，后通过摄像机记录反射光构成的图像，利 用亮瞳孔和暗瞳孔的原理，提取出眼球图像内的瞳孔，用角膜反射法校正摄像机与眼球的 相对位置，以角膜反射点作为摄像机和眼球的相对位置的基点，瞳孔中心位置坐标表示视 线位置。在实际应用中，光源及摄像机的安装要求显示器具有较高的装配深度。由于近红外 光源对眼部的直接照射，为确保安全性，使用者的活动范围和设备的使用时间常常受到限 制。此外，视线追踪的精度受使用者的头部影响较大。 脑-机接口(Brain-Computer  Interface,BCI)是一个将中枢神经系统活动直接转 化为人工输出的系统，它能够替代、修复、增强、补充或者改善中枢神经系统的正常输出，从 而改善中枢神经系统与内外环境之间的交互作用。BCI通过采集和分析不同刺激下受试者 的脑电信号，再使用一定的工程技术手段建立起人脑与计算机或其它电子设备之间的交流 和控制通道。目前，BCI已在医学临床、游戏开发、军事、交通、社会科学及认知科学等领域显 露出其应用前景。在各种类型的BCI中，基于VEPs的BCI系统是发展较为成熟的一种类型。 VEPs是使用者眼部受到外部光线刺激，在其大脑初级视觉皮层区域检测到的电信号。 根据视网膜映射原理可知，VEPs对不同空间位置处的视觉刺激表现出空间特异 性。如图1所示，视觉系统由视神经、视交叉神经、视束、外侧膝状体、视放射、初级视觉皮层 构成。光通过左侧或右侧角膜刺激视网膜上的感光杆、视锥细胞、并通过视神经及视交叉神 经传导至丘脑处的外侧膝状核，最终视觉信号传递至初级视觉皮层。由于视交叉神经的对 侧性质，左侧视野的视觉信息将被传导至视觉皮层的右侧枕叶。视觉纤维在枕叶皮层投射 时上半视野投射到距状裂下唇，下半视野投射到距状裂上唇。更具体地，视觉刺激所在视野 与相应视觉信号传递至的视觉皮层区域对应关系如图2所示。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法，本发明 基于视网膜映射原理利用VEPs的空间特异性结合特征解码算法实现视线追踪和定位，与传 统的视线追踪技术相比，该技术具有抗头部运动干扰性强、安全性好等特点。进一步完善系 统的构成，有望实现一种有效的实时视线追踪技术，详见下文描述： 一种基于周围视野标定刺激诱发脑电解码的视线跟踪方法，所述方法包括以下步 骤： 3 CN 111580645 A 说　明　书 2/5 页 根据大脑对视觉刺激响应的空间特异性原理对刺激进行编码，设计刺激范式； 根据个人意图注视某一目标点，带有空间方位信息的视觉标定刺激通过视觉通路 输入，脑电采集系统实时采集头皮脑电信号，将信号经放大、滤波后输入计算机； 计算机对脑电信号进行降采样及有效特征数据段截取，并借助空间滤波算法提取 VEPs特征，基于VEPs特征识别算法解码出“视觉标定刺激”与“视觉中心位置”间的方位信 息，并计算“视觉标定刺激位置调整参数”反馈调节视觉标定刺激呈现位置； 当连续多次计算视线中心位置一致时，停止调整视觉标定刺激位置，并输出视线 中心位置坐标。 进一步地，所述根据大脑对视觉刺激响应的空间特异性原理对刺激进行编码，设 计刺激范式具体为： (1)确定“视觉标定刺激”图形的大小及形状，以及该刺激下最大可分面积； (2)依据最大可分面积及屏幕大小将屏幕分为n个分区； (3)各个分区以一固定位置为原点建立“XoY分区坐标系”，分区内“视觉标定刺激” 初始位置位于分区中心O’0(x0 ,y0)处，同时设“视觉中心位置”位于所在分区的M(x,y)处， x0,y0为“视觉标定刺激”的初始坐标，M(x,y)为“视觉中心位置”的实际所在位置； (4)在分区内建立视觉标定刺激空间映射模型。 其中，所述在分区内建立视觉标定刺激空间映射模型具体为： 分区内以O’0(x0,y0)为原点，选择M个基方向，训练阶段，采集用户注视各个基方向 下不同位置时的VEPs，并采用空间特征提取算法分别提取同一基方向下VEPs的共有特征并 构建方位模板Ti(i＝1,2,3,...,M)。 其中，所述基于VEPs特征识别算法解码出“视觉标定刺激”与“视觉中心位置”间的 方位信息具体为： “视觉标定刺激”分时闪烁于各分区中央，仅在t1～t2时间段内检测到具有较强空 间位置特征的VEPs，解码VEPs特征初步判定“视觉中心位置”的位置，记为 在确定“视觉中心位置”M所在分区及初步判定M在 处后，反复调整“视觉 标定刺激”的位置，并解码VEP响应空间特征，直至获取满足精度要求的“视觉中心位置”坐 标。 进一步地，所述反复调整“视觉标定刺激”的位置具体为： “视觉标定刺激”的位置调整参数Δx，Δy是关于当前“视觉标定刺激”位置(xl,yl) 和该“视觉标定刺激”下M位置计算结果 的函数； 当M’l 1M’l、M’l-1M’l均小于等于δ时，判定M位于以ΔM’l 1M’lM’l-1重心为圆点，δ为 半径的圆内。 本发明提供的技术方案的有益效果是： 1、本发明根据视觉诱发电位的空间特异性对视觉刺激进行空间编码，并借助VEPs 特征提取算法对刺激进行解码，为视线追踪提供了一种全新的方式； 2、刺激空间编码时，视觉刺激出现在周围视野而不是中央视野，从而避免长时间 使用时的视觉疲劳，且为中央视野保留空闲状态更有利于该方法的实际应用，同时相比于 常用的瞳孔-角膜反射技术中红外光照射眼部，该发明具有更好的安全性； 4 CN 111580645 A 说　明　书 3/5 页 3、通过离线实验验证，微弱视觉刺激呈现在周围视野不同视角不同方位处诱发出 的VEPs具有一定可分性，证明利用该方法有望实现高舒适度的交互体验； 4、本发明可以用于认知行为学研究、心理学研究、人机交互等领域，进一步研究可 以得到完整的视线追踪系统，有望获得可观的社会效益和经济效益。 附图说明 图1为视觉传输通路示意图； 图2为视野与初级视觉皮层空间映射关系图； 图3为视线追踪系统结构示意图； 图4为划分分区及A分区刺激坐标系示意图； 图5为判定分区及初步位置的刺激序列示意图； 图6为A分区内高精度视线追踪刺激序列示意图； 图7为分区内高精度视线追踪流程图。