劉欣 冷靜 符方明

摘要：針對(duì)目前可穿戴設(shè)備在生活中的廣泛應(yīng)用，通過(guò)腦電波信號(hào)和眨眼數(shù)據(jù)的協(xié)同控制的閱讀App豐富了傳統(tǒng)的閱讀方式。腦電波信號(hào)可以反映人的專注狀態(tài)，通過(guò)對(duì)人的注意力和放松度以及眨眼算法的研究，對(duì)被試者左前額腦電信號(hào) Attention 和 Meditation 以及 Blink 的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)基于TGAM腦電波模塊協(xié)同眨眼操作實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)功能的閱讀App，達(dá)到解放雙手的目的。

關(guān)鍵詞：腦電波;注意力;放松度;眨眼翻頁(yè)

中圖分類號(hào)：TN911? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

近年來(lái)隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，為了滿足手機(jī)閱讀App受眾的需求，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)閱讀效率的提升和解放雙手的目的，建立在人類對(duì)于腦電波信號(hào)的深入了解和進(jìn)一步的破譯的基礎(chǔ)上，完成腦電波與閱讀控制系統(tǒng)的創(chuàng)新交互設(shè)計(jì)，豐富現(xiàn)階段的閱讀方式，進(jìn)一步推動(dòng)當(dāng)前傳統(tǒng)閱讀方式的技術(shù)革新和發(fā)展。從用戶角度出發(fā)更加注重用戶體驗(yàn)和效率的提升，采用新興的科技方法實(shí)現(xiàn)文化的傳播，為用戶提供多樣的閱讀選擇方式，開辟精神文化傳播的新窗口。本文利用腦-機(jī)接口實(shí)現(xiàn)腦電波數(shù)據(jù)的采集和傳輸，通過(guò)對(duì)眨眼數(shù)據(jù)的分析與處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)绞謾C(jī)客戶端實(shí)現(xiàn)閱讀App的翻頁(yè)操作。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

總體設(shè)計(jì)方案主要分為TGAM模塊、藍(lán)牙模塊和Android系統(tǒng)。TGAM模塊[1]主要實(shí)現(xiàn)腦電波信號(hào)和眨眼信號(hào)的采集與處理;藍(lán)牙模塊主要實(shí)現(xiàn)頭戴設(shè)備與閱讀App建立藍(lán)牙連接[2]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)與數(shù)據(jù)的傳輸。Android系統(tǒng)主要可以通過(guò)眨眼強(qiáng)度和腦電波的注意力集中度控制閱讀App實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1。

1.2 眨眼算法

A與M的相關(guān)關(guān)系和Blink數(shù)據(jù)處理。本文通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)調(diào)研，對(duì)腦電波信號(hào)集中度（Attention，A）與放松度（Meditation，M）的關(guān)系研究和用戶眨眼頻率的進(jìn)一步了解，總結(jié)出關(guān)于眨眼算法的閾值設(shè)置，研究實(shí)現(xiàn)了一種基于TGAM的意念閱讀系統(tǒng)。

人類大腦的左前額葉皮層是最高級(jí)別的聯(lián)合皮層，因此通過(guò)檢測(cè)左前額葉皮層的腦電信號(hào)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)不同用戶根據(jù)年齡進(jìn)行抽樣調(diào)查的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，用戶在注意力集中度達(dá)到60～80時(shí)連續(xù)眨眼兩次實(shí)現(xiàn)閱讀App的翻頁(yè)操作，當(dāng)用戶注意力分散時(shí)，連續(xù)眨眼兩次不能實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)操作。根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行腦電波信號(hào)集中度的閾值設(shè)置，當(dāng)注意力集中時(shí)滿足用戶使用閱讀App時(shí)進(jìn)行翻頁(yè)操作的需求。

A和M之間存在一種對(duì)稱關(guān)系。當(dāng)用戶處于注意力集中和分散狀態(tài)時(shí)，A和M的相關(guān)關(guān)系如圖2圖3所示。

其中，Attention取值范圍0～100，數(shù)值越大表示注意力越集中;Meditation的取值范圍0～100，數(shù)值越大表示注意力越分散。

每當(dāng)用戶眨眼，腦電波頭戴設(shè)備實(shí)時(shí)產(chǎn)生Blink數(shù)據(jù)[3]，一般來(lái)說(shuō)人在正常狀態(tài)時(shí)眨眼10～15次/min，平均眨眼時(shí)間間隔大約5s，每次眨眼時(shí)長(zhǎng)大約0.2～0.4s。

本次研究檢測(cè)用戶在 1.5 s 內(nèi)連續(xù)眨眼兩次并且Attention取值范圍60～80將觸發(fā)TGAM閱讀App進(jìn)行翻頁(yè)操作。眨眼頻率與時(shí)間關(guān)系如圖4所示。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)腦電波信號(hào)注意力（Attention，A）和放松度（Meditation，M）相關(guān)關(guān)系以及Blink數(shù)據(jù)處理的研究，對(duì)閱讀App的進(jìn)行眨眼算法的優(yōu)化，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得出眨眼頻率的和強(qiáng)度的閾值設(shè)置，基于TGAM腦電波模塊設(shè)計(jì)的閱讀App實(shí)現(xiàn)了在用戶注意力集中度達(dá)到60以上并在1.5s內(nèi)連續(xù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)眨眼實(shí)現(xiàn)閱讀App的翻頁(yè)操作，排除了人正常眨眼等外界因素對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

特此感謝大連民族大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201912026045）資助。同時(shí)感謝劉海濤老師和李騰老師的指導(dǎo)。

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[3]馬凱.梭車輸送機(jī)構(gòu)張緊力研究[J].煤炭技術(shù)，2016（4）：234-235.

收稿日期：2020-03-01

*基金項(xiàng)目：大連民族大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201912026045）資助。

作者簡(jiǎn)介：劉欣（1997—），女，吉林延邊人，本科，通信工程專業(yè)，研究方向：信息傳播與信號(hào)處理。

Methods of Reading App Using Waves? Control

LIU Xin，LENG Jing，F(xiàn)U Fang-ming

（Dalianminzu University Information and Communication Engineering，Dalian Liaoning 116000）

Abstract：In view of the wide application of wearable devices in daily life， the reading APP， which is controlled by brain wave signals and blink data， enriches the traditional way of reading. Eeg signal can reflect the state of focus， through to the people's Attention and relaxation degree and Blink algorithm research， the subjects in the left prefrontal electrical signals Attention and Meditation， and based on the analysis of the relationship between the data of Blink， design based on TGAM brain wave module the Blink of an eye operation achieve paging capabilities of reading APP， achieve the goal of liberation of his hands.

Key words：Electroencephalogram;Attention;Meditation;Blink