一种基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法与流程

文档序号:21445266发布日期:2020-07-10 17:35阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法,其特征在于包括下述步骤:

step1:基于眼动数据计算认知负荷;

用于计算认知负荷的眼动数据总共有7个指标,分别是:凝视时长、凝视次数、扫视时长、扫视次数、扫视角度、瞳孔面积和眨眼率7个眼动数据,各眼动数据的具体定义如表1所示:

表1各眼动数据解释

接下来,需要对7个眼动数据进行归一化,将眼动数据统一到0~1之间,归一化公式如下:

其中,i的取值范围为{1,2,3,4,5,6,7},分别代表以上7个眼动数据;x1i表示各眼动数据的原始值大小;x1min和x1max分别表示各眼动数据原始值的最小值和最大值;

将7个眼动数据归一化后,根据支持向量机的决策方程与0的关系来判断认知负荷的高低,基于数据对模型进行训练,训练完成后会得到支持向量机决策方程的两个参数w1和b1,分别为决策方程的权重和决策方程的附加量;

得到两个参数w1和b1后,根据决策方程与0的关系即可判断认知负荷的高低,决策方程如下:

f(x1)=w1·x1+b1(2)

其中,x1为归一化后的7个眼动数据所构成的向量,通过公式(2),计算出最终结果,将最终结果与0进行比较,若小于0则为高认知负荷,大于0则为低认知负荷;

step2:基于脑电数据(alpha波)计算认知负荷

脑电数据根据脑电波频率的不同可分为5种,分别是delta、theta、alpha、beta、gamma波,具体下表3所示:

表3脑电数据定义

计算认知负荷时,使用alpha波进行计算,每个alpha波数据中共包含m个数据,m个数据来自于大脑m个不同的部位,m个部位的alpha波脑电数据分别用alpha_1~alpha_m表示,对脑电数据进行归一化处理,归一化公式如下:

其中,i的取值范围为1-m,分别代表m个alpha波脑电数据;x2i表示各脑电数据的原始值大小;x2min和x2min分别表示各脑电数据原始值的最小值和最大值;将m个脑电数据归一化后,同样根据支持向量机的决策方程与0的关系来判断认知负荷的高低;

支持向量机的决策方程如下:

f(x2)=w2·x2+b2(4)

其中,x2为归一化后的20个脑电数据所构成的向量,通过公式(4),计算出最终结果,将最终结果与0进行比较,若小于0则为高认知负荷,大于0则为低认知负荷;

step3:将step1、step2计算的2个认知负荷结果进行组合,得到最终结果,结果组合如下公式所示:

(1)if(认知负荷(脑电)=高)and(认知负荷(眼动)=高)then(认知负荷=高)

(2)if(认知负荷(脑电)=低)and(认知负荷(眼动)=低)then(认知负荷=低)

(3)if(认知负荷(脑电)=高)and(认知负荷(眼动)=低)then(认知负荷=低)

(4)if(认知负荷(脑电)=低)and(认知负荷(眼动)=高)then(认知负荷=低)

通过上述规则,可计算出最终的认知负荷。

2.根据权利要求1所述的基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法,,其特征在于:所述step1中,w1和b1的取值分别为:

w1=[-3.948-0.041,0.355,-0.461,1.155,0.998,-3.521]t

b1=[1.882]t

3.根据权利要求1所述的基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法,,其特征在于:所述step1中,各眼动数据原始值的最小值和最大值的取值范围如表2所示:

表2眼动指标的最值

其中,各眼动数据原始值的最小值为x1min,最大值为x1max。

4.根据权利要求1所述的基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法,,其特征在于:所述step2中,权重w2和决策方程附加量b2分别为:

w2=[-3.186,-3.186,1.243,8.424,-3.432,-1.122,-2.386,1.913,-1.638,-9.523,9.669,-1.049,-7.967,-6.736,1.684,5.207,-9.564,-1.848,1.580,-1.497]t

b2=[0.742884]。


技术总结
本发明提供了一种基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法,基于眼动数据和脑电数据,使用支持向量机算法来计算飞行员的认知负荷,基于眼动和脑电数据进行认知负荷评估和计算,使认知负荷的评估和计算具备实时性,使飞行员及地勤人员可实时了解当前飞行员的认知负荷状态,提升执行飞行任务的效率。本发明克服了原有主观评测法实时性差的缺点,使认知负荷这一结果可以实时计算并反馈,增强了对飞行员飞行状态的实时监督。

技术研发人员:陈军;张齐琳;薛蕾;佟龑
受保护的技术使用者:西北工业大学
技术研发日:2020.03.30
技术公布日:2020.07.10
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