开坑,准备设计一个EEG(脑电波)输入法怎么样
先召唤论坛里面两位做ECG、EEG方面的达人@fuwen0202 @ chaily94520

话说懒惰才是真正的促进科学发展的动力。最开始的时候汉语输入到早期的电脑中需要专门激光排版系统,直到后面五笔输入法发明出来了。于是全国的中小学生都开始背五笔字根,五笔太特么难背下来了,但是,我们特么不是有拼音吗?于是,拼音输出法逐渐推广开来,终于,大家不用背坑爹的五笔了,接触电脑的人也逐渐开始多了起来。。。

后面,又出现了手写输出,语音输入,一下让很多上了年纪的老人也能用起电脑来,但是,能不能再给力一点?用最直接的IO方式

没错,人是靠大脑工作的,大脑工作的时候会产生生物电,对应也就是脑电波EEG信号,如果我们能把脑电波信号采集下来,训练识别其特征,如果能够做到识别清楚逐个字词的地步,那么,我们梦幻已久的脑电波输出法不就发明出来了吗?

这个点子已经被国外的创业者垂涎已久,但是,测脑电波确实不是一件简单的事情,因为亲戚在中大工作,本人亲自体验过中山大学的EEG测量设备,确实不是个好的体验,冷冰冰湿润的电极贴在头皮上很不舒服,所以,我们需要干电极。

电极解决了,接着挡在我们前面的是预处理、增益电路、滤波、去工频干扰。。。。脑波的SNR比心电图的还低很多,更何况使用的是比湿电极差的干电极,这让我一个做软件的如何搞!有没有给力的方式,突然传来一个声音:拿来(山寨+抄袭)主义你不会吗,哦,原来是鲁迅先生

这样,我到了伟大的GNU工程,他们才是真正的科学家,原来已经有伟大的科学家们前仆后继地开展EEG的研究,项目资料已经公开,就是这个:

http://openeeg.sourceforge.net/doc/modeeg/modeeg_design.html

好吧,容许我盗图:
简单的EEG信号如图:
可见这是一种低频且极为微弱信号,没有明显的周期和规律,SNR很低

eeg_example.gif
如何采集:
不外乎低通带通滤波、精密运放放大,什么uA741、AD620、TL072...多整几个
amp_block_diagram.gif
fuwen0202的ECG的设计一样,这里GNU的设计也用到了光耦,应该也是出于对安全和考虑吧,一方面是对人体安全,另外一方面也是对电脑,由于是低频信号,所以UART传输就已经够了,没必要上USB

mcu_block_diagram.gif

GNU甚至良心到了连电路图都给出了。。。。
不过,运放调试可不是件容易的事情
filter_schematic.png

下面是他们定义的增益指标
filter_gain_log_db.png
带通滤波器的指标

filter_gain_lin.png
。。。。。。
。。。。。。。。好了,这些也有了,如果我们调试OK了,设置好合适的触发,那么就可以在示波器上看得见EEG波形了。

。。。。。。。。。但是,但是,这仅仅是万里长征的第一步!
接着,才是软件该做的,信号分析和处理,机器学习,识别不同的EEG信号,建立模型,然后和中文字词建立映射关系。。。

未完待续。つづく

[修改于 5 年前 - 2016-04-14 21:46:27]

来自:电子与无线电 / 电子技术
warmonkey
5年0个月前
1楼
高中时候做的一套心电监护仪方案,希望对楼主有用。程序和源码在最后下载。楼主需要样品我可以寄给你。
样例.jpg
正面_小图.jpg

背面_小图.jpg

SCH.png

PCB.png
程序源码说明.png



Document-page-001.jpg Document-page-002.jpg Document-page-003.jpg Document-page-004.jpg Document-page-005.jpg Document-page-006.jpg Document-page-007.jpg Document-page-008.jpg Document-page-009.jpg Document-page-010.jpg Document-page-011.jpg Document-page-012.jpg Document-page-013.jpg Document-page-014.jpg Document-page-015.jpg Document-page-016.jpg Document-page-017.jpg



attachment icon ECG-analog定型.rar 1.77MB RAR 38次下载
attachment icon ECG-dsp-prg定型.rar 1.24MB RAR 38次下载
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我说要有光
5年0个月前
2楼
现在有个几Msps的ADC很常见,对计算机而言这种程度的数据处理也不是难事,没必要完全忽视高频信号。

另外初期最好还是用湿电极,以便尽可能增加信噪比,你看人家Kennedy大神为了科研可以在自己头上打洞,你剃个秃头有何不可 233333
http://www.leiphone.com/news/201604/tCJjfS9BQhuT1FTm.html
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smith作者
5年0个月前
3楼
引用 我说要有光:
现在有个几Msps的ADC很常见,对计算机而言这种程度的数据处理也不是难事,没必要完全忽视高频信号。

另外初期最好还是用湿电极,以便尽可能增加信噪比,你看人家Kennedy大神为了科研可以在自己头上打洞,你剃个秃头有何不可 233333
...
这位才是真正的疯狂科学家
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smith作者
5年0个月前
4楼
引用 warmonkey:
高中时候做的一套心电监护仪方案,希望对楼主有用。程序和源码在最后下载。楼主需要样品我可以寄给你。
好东西!
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心旅过客
5年0个月前
5楼
1.脑电图测试,要使用悬浮的隔离供电,否则50HZ的市电干扰太强大了,远超有效信号,用差动放大器抑制共模的50HZ干扰,A/D转换器也的隔离供电!ADI模拟器件公司有详细资料,去找吧!



2.电极输入必须做好静电防护,否则高阻抗输入的运放会很快坏菜了!俺有超低漏电的ESD钳位二极管,25V/11PA漏电值(典型值);可做此类用途[s::lol]
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俗世怂人
5年0个月前
6楼
引用 我说要有光:
现在有个几Msps的ADC很常见,对计算机而言这种程度的数据处理也不是难事,没必要完全忽视高频信号。

另外初期最好还是用湿电极,以便尽可能增加信噪比,你看人家Kennedy大神为了科研可以在自己头上打洞,你剃个秃头有何不可 233333
...
搬机器人不是英国的那个手掌CHIP的么?
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smith作者
5年0个月前
7楼
OK,已经接近了图片链接的问题,顺便说一下工具也到货了,周末有空试试找个运放来验证一下第一步

IMG_20160413_213354.jpg
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smith作者
5年0个月前
8楼
第一步先土法上马,两个一块钱硬币和胶布充当电极,不用测估计也知道,工频干扰严重,测出来的居然就是工频信号

IMG_20160414_220134.jpg
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.........
5年0个月前
9楼
引用 smith:
第一步先土法上马,两个一块钱硬币和胶布充当电极,不用测估计也知道,工频干扰严重,测出来的居然就是工频信号
注意安全啊,把两个情况不明的电极就这样往脑袋上放。
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心旅过客
5年0个月前
10楼
低压没事,测量用手持式万用示波表,电池供电,50HZ干扰就少了很多
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虎哥
5年0个月前
11楼
我认为楼主的起点应该是多路采样数据的后期处理,研究利用现代数据处理技术和人工智能技术,建立信号与动作意图之间的学习路径。至于前端采集,warmonkey已经给出了成熟方案,应该直接制作多路采集器。假如起点太低会浪费大量时间。
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smith作者
5年0个月前
12楼
引用 虎哥:
我认为楼主的起点应该是多路采样数据的后期处理,研究利用现代数据处理技术和人工智能技术,建立信号与动作意图之间的学习路径。至于前端采集,warmonkey已经给出了成熟方案,应该直接制作多路采集器。假如起点太低会浪费大量时间。
嘿嘿,其实EEG是个很好的互联网创业方向,主要的是国内做的人还不多,还未走出医学实验室阶段,包括我亲戚,其实国外已经有创业的了,像NeuroSky,目前也骗到不少风投的了,他们用的是干电极,模具设计得不错,硬件也不外乎运放/AD/+SOC。所以关键的还是算法

starwars-forcetrainerII.jpg

就我所知的国内的君正mips和这家建立了合作关系,不过君正也不过是提供SOC而已。
从软件算法上的处理,就要复杂得多,现在还在调查中,不过预感到语音上面用的HMM之类的运用的可能不大
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warmonkey
5年0个月前
13楼
引用 smith:
嘿嘿,其实EEG是个很好的互联网创业方向,主要的是国内做的人还不多,还未走出医学实验室阶段,包括我亲戚,其实国外已经有创业的了,像NeuroSky,目前也骗到不少风投的了,他们用的是干电极,模具设计得不错,硬件也不外乎运放/AD/+SOC。...
用金属片当作电极需要配合适当的固定措施,没有合适的夹具会采集不到信号。比如心电的干电极(手、脚用的夹子),你换成金属片和绷带效果就很差,手捏着也是不行的。
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心旅过客
5年0个月前
14楼
皮肤接触电阻很大且不稳定的,冬天皮肤干燥,夏天皮肤湿润,出汗后皮肤含盐,再算上皮肤是活动的,那个也会带来不确定性的干扰!得用PA级偏流的低噪运放!电缆活动也会产生噪波!手势操控可靠性高,要不直接在脊椎做个外设电子接口吧,就像黑客帝国片子里那样,搞成无线的更方便,人体植入式神经交互系统,[s::lol]
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虎哥
5年0个月前
15楼
引用 warmonkey:
用金属片当作电极需要配合适当的固定措施,没有合适的夹具会采集不到信号。比如心电的干电极(手、脚用的夹子),你换成金属片和绷带效果就很差,手捏着也是不行的。
测量一下脑部对磁场或者无线电信号的非线性表现,看看能不能用外部激励源,采用非接触式的探测器。另外用很多线圈来直接提取变化的电信号也是可能的,有可能达到有意义的信噪比。
所以我修正11楼的回帖,如果目标是在脑电传感器方面做出重大的创新,使得信号非常容易提取,也是极有前景的起点。
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20!Dopaminor
5年0个月前
16楼
`O$YLMO{4}%HA1UA(JQ`M{P.png

去年有一天无意中在新闻联播看到,有说一个中国研究院研究出这个,看左边图片,然后可以通过脑电波读取,读出右边的图。(好像还有别的字母)
具体是看图片的同时还原还是回忆我忘记了
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smith作者
5年0个月前
17楼
引用 心旅过客:
低压没事,测量用手持式万用示波表,电池供电,50HZ干扰就少了很多
其实人体相当于一个大天线,随时感应着周围辐射出的工频干扰,所以用电池供电的示波器也是解决不了问题的,还是要滤波
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心旅过客
5年0个月前
18楼
因人体就是个大电容,会接收外部的电场信号,建议检测时穿上防静电服可屏蔽一下外来电场,检测时全身电场处于等电位,共模干扰就少;如系统用电池供电,供放大及采样,及数字滤波处理,用无线把数据发送出来,这样共模干扰就少很多,可简化电极数量!
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心旅过客
5年0个月前
19楼
做伤残人士的义肢动作控制,读取神精信号或肌肉信号做为控制信号,做这个感觉比较靠谱
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大仙
5年0个月前
20楼
引用 心旅过客:
做伤残人士的义肢动作控制,读取神精信号或肌肉信号做为控制信号,做这个感觉比较靠谱
想起了这个故事,1968年,被下放到单位食堂劳动的杨嘉墀曾经临时参加了一项特殊的工作:为在爆炸事故中受重伤的北京礼花厂女职工王世芬制造假肢。杨嘉墀研制的利用人体神经信号控制的假肢,技术含量很高,不仅方便了王世芬,还远销到海外市场。王世芬说:当年有人告诉我,给我研制假肢的有一位是搞国防建设的科学家,三十多年来,这只假手为我做了不少的事情,为此我很感谢他,祝他老人家健康长寿。
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大仙
5年0个月前
21楼
引用 心旅过客:
做伤残人士的义肢动作控制,读取神精信号或肌肉信号做为控制信号,做这个感觉比较靠谱
那个公司好像叫上海科生,是CAS的下属公司
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smith作者
5年0个月前
22楼
引用 牛逼大仙:
想起了这个故事,1968年,被下放到单位食堂劳动的杨嘉墀曾经临时参加了一项特殊的工作:为在爆炸事故中受重伤的北京礼花厂女职工王世芬制造假肢。杨嘉墀研制的利用人体神经信号控制的假肢,技术含量很高,不仅方便了王世芬,还远销到海外市场。王世芬说:...
话说1968年国内虽然能量产晶体管了,但是集成电路还是有难度吧,而且是低功耗的CMOS工艺的集成电路
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大仙
5年0个月前
23楼
引用 smith:
话说1968年国内虽然能量产晶体管了,但是集成电路还是有难度吧,而且是低功耗的CMOS工艺的集成电路
用的东西可能是进口的或者是尖端部门特制的吧?毕竟是周总理指示过的事情。
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kju
5年0个月前
24楼
正在输入过程中,突然有比较污的想法,怎么办……
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