基于视觉刺激的脑电身份识别方法与流程

本公开涉及身份识别
技术领域：
，尤其涉及一种基于视觉刺激的脑电身份识别方法。
背景技术：
随着人们对于安全性的需求日益增加，基于生物特征的身份识别系统备受关注并广泛得到应用，传统的识别方式如指纹、虹膜、人脸、声音等虽然已经应用到实际产品中，但也存在着一定的不足。其中之一就是这些识别方式可以被盗用，例如：指纹可以通过硅胶复制，虹膜也可以通过类似技术复制成隐形眼镜。另外，这些识别方式无法保证用户的不可胁迫性，即如果用户被胁迫使用自己的生物特征，如指纹，识别结果仍然会通过。活体检测是解决上述不足的一种方法，即检测生物特征的同时获取用户的生理状态。脑电信号的复杂度高，人脑结构复杂，几乎不可复制。另外，脑电信号与用户的状态密切相关，正常状态与受胁迫状态的脑电信号有显著差异，从而使非法识别无效化。同时，脑电信号的产生机制也保证了活体检测。脑电信号的上述优势增强了识别系统的安全性和可靠性，为提高身份识别系统的安全性探索了新的方向。然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，现有的脑电身份识别系统多基于主动认知任务、自发脑电及想象运动等，其优势在于其任务简单，但是为了保证识别正确率，上述脑电识别方式单次识别需要耗费1分钟以上，无法满足实际应用的需求。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述技术问题，本公开提供一种基于视觉刺激的脑电身份识别方法，以缓解现有技术中的脑电身份识别方法耗时长的技术问题。(二)技术方案本公开提供一种基于视觉刺激的脑电身份识别方法，包括：用户模板库构建部分，包括：步骤a：呈现视觉刺激图像；步骤b：采集用户受到该视觉刺激图像刺激时视觉皮层产生的脑电信号；以及步骤c：利用所述脑电信号生成与该用户对应的脑电信号模板；以及身份识别部分，包括：步骤100：采集被试者受到所述视觉刺激图像刺激时视觉皮层产生的脑电信号；步骤200：将被试者的脑电信号与用户模板库中的脑电信号模板进行匹配；步骤300：根据匹配结果，识别被试者是否为用户模板库中的用户。在本公开的一些实施例中，所述步骤a和所述步骤100中的所述视觉刺激图像为依据特定顺序生成的黑白交替闪烁刺激图像。在本公开的一些实施例中，依据63帧m序列编码生成所述黑白交替闪烁刺激图像；其中，m序列中“0”对应黑色，“1”对应白色。在本公开的一些实施例中，所述黑白交替闪烁刺激图像的闪烁刺激周期介于0.8s至1.5s之间。在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤b和所述步骤100中：对每个用户或被试者进行至少一次所述视觉刺激图像刺激；和/或脑电信号采集位置包括：视觉皮层对应的枕部区域中pz，po5，po3，poz，po4，po6，o1，oz，o2位置；所述步骤b中：采集用户处于其标准生理状态下的脑电信号。在本公开的一些实施例中，所述步骤c包括：步骤c1：将采集到的脑电信号进行降采样处理；步骤c2：利用滤波器组将处理采样后的脑电信号截取出多个频段；步骤c3：对每个频段的脑电信号利用事件相关成分分析算法构建该用户的空间滤波器；步骤c4：对每个频段的脑电信号进行时域的叠加平均，再通过所述空间滤波器进行滤波处理，得到该用户的脑电信号模板；以及步骤c5：将得到的每个用户的所述空间滤波器和所述脑电信号模板形成用户模板库。在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤200包括：步骤201：将采集的单次刺激图像下的被试者的脑电信号直接或多次刺激图像下的脑电信号叠加平均后，与所述用户模板库中所有空间滤波器和脑电信号模板进行算法匹配，得到一个匹配度最高的模板；以及步骤202：对多个所述频段的脑电信号分别得到的匹配结果进行加权平均，得到总体的匹配结果；所述步骤300包括：将匹配度与匹配阈值相比较，若匹配度高于匹配阈值，被试者获得用户权限；若匹配度低于匹配阈值，则拒绝识别。在本公开的一些实施例中，所述步骤200中：根据被试者提供的用户信息，将采集的被试者的脑电信号与该用户信息的脑电信号模板进行匹配。在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤200包括：步骤210：提取出所述用户模板库中被试者提供的用户信息所对应的所述空间滤波器和所述脑电信号模板；步骤220：将采集的单次刺激图像下的被试者的脑电信号直接或多次刺激图像下的脑电信号叠加平均后，通过所述步骤210中提取的所述空间滤波器进行空间滤波，再与所述步骤210中提取的所述脑电信号模板进行算法匹配；以及步骤230：对多个所述频段的脑电信号分别得到的匹配结果进行加权平均，得到总体的匹配结果；所述步骤300包括：将匹配度与匹配阈值相比较，若匹配度高于匹配阈值，被试者获得用户权限；若匹配度低于匹配阈值，则拒绝识别。在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤c1中：将原始数据从1000hz降采样至250hz；所述步骤c2中：截取6至18hz，14至26hz，22至34hz，30至42h和38至50hz五个频段；所述步骤300中：所述加权值为1.25，0.6704，0.5033，0.4268，0.3837时，匹配阈值为1.1。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法具有以下有益效果：(1)本身份识别方法基于视觉刺激图像实现，对于被试者的行为要求较低，且用时很短，被试者只需要静坐于屏幕前注视显示屏即可快速识别出结果；(2)相比于现有的视觉刺激脑电识别方法，本身份识别方法采用了编码视觉刺激的方式，提高了脑电信号信噪比，从而使得识别正确率较高；(3)通过在用户模板库构建部分中采集用户标准生理状态下的脑电信号，从而能够保证用户身份识别过程中的不可胁迫性；(4)结合滤波器组的事件相关成分分析算法空间滤波方法有效提高了用户间信号差异性，且计算量小，对于实现实时在线系统有重要意义。附图说明图1为本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法的工作过程示意图。图2为本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法的另一种工作过程示意图。图3为本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法中视觉刺激图像的编码示意图。具体实施方式本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法根据用户受到视觉刺激的脑电信号进行识别，采用特定序列视觉编码的刺激方式，并结合滤波器组的空间滤波和模板匹配算法，提高了诱发脑电信号的信噪比和用户之间脑电信号的差异，有效提高了识别的速度和准确率。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。图1为本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法的工作过程示意图。图2为本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法的另一种工作过程示意图。本公开实施例提供一种基于视觉刺激的脑电身份识别方法，如图1至图2所示，包括：用户模板库构建部分，包括：步骤a：呈现视觉刺激图像；步骤b：采集用户受到该视觉刺激图像刺激时视觉皮层产生的脑电信号；以及步骤c：利用脑电信号生成与该用户对应的脑电信号模板；以及身份识别部分，包括：步骤100：采集被试者受到所述视觉刺激图像刺激时视觉皮层产生的脑电信号；步骤200：将被试者的脑电信号与用户模板库中的脑电信号模板进行匹配；步骤300：根据匹配结果，识别被试者是否为用户模板库中的用户。本公开实施例提供的基于视觉刺激的身份识别方法基于视觉刺激图像实现，对于被试者的行为要求较低，且用时很短，被试者只需要静坐于屏幕前注视显示屏即可快速识别出结果图3为本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法中视觉刺激图像的编码示意图。在本公开的一些实施例中，如图3所示，步骤a和步骤100中的视觉刺激图像为依据特定顺序生成的黑白交替闪烁刺激图像。在本公开的一些实施例中，依据63帧m序列编码生成所述黑白交替闪烁刺激图像，所用m序列具体为最长线性移位寄存器序列，是一种二进制的伪随机码，具有很好的自相关性和较好的互相关特性；其中，m序列中“0”对应黑色，“1”对应白色，相比于现有的视觉刺激脑电识别方法，本身份识别方法采用了编码视觉刺激的方式，提高了脑电信号信噪比，从而使得识别正确率较高。在本公开的一些实施例中，黑白交替闪烁刺激图像的闪烁刺激周期介于0.8s至1.5s之间。在本公开的一些实施例中，步骤b和步骤100中：对每个用户或被试者进行至少一次视觉刺激图像刺激；和/或脑电信号采集位置包括：视觉皮层对应的枕部区域中pz，po5，po3，poz，po4，po6，o1，oz，o2位置。在本公开的一些实施例中，步骤b中：采集用户处于其标准生理状态下的脑电信号，即使用户静坐在电脑屏幕前，正对平视屏幕，注视屏幕中心区域呈现的黑白闪烁刺激图像，采集环境中的光照亮度应适中，通过在用户模板库构建部分中采集用户标准生理状态下的脑电信号，从而能够保证用户身份识别过程中的不可胁迫性。在本公开的一些实施例中，步骤c包括：步骤c1：将采集到的脑电信号进行降采样处理，以提高数据处理的速度(例如：将原始数据从1000hz降采样至250hz)；步骤c2：利用滤波器组将处理采样后的脑电信号截取出多个频段，从而提高信噪比(例如：截取6至18hz，14至26hz，22至34hz，30至42h和38至50hz五个频段)；步骤c3：对每个频段的脑电信号利用事件相关成分分析算法构建该用户的空间滤波器，事件相关成分分析是一种构建空间滤波器的算法，它根据已有的多次重复刺激记录的脑电数据计算获得空间滤波器，使得空间滤波之后的多次脑电信号可重复性最强，从而提高信号的信噪比；步骤c4：对每个频段的脑电信号进行时域的叠加平均，再通过空间滤波器进行滤波处理，得到该用户的脑电信号模板；以及步骤c5：将得到的每个用户的所述空间滤波器和所述脑电信号模板形成用户模板库。在本公开的一些实施例中，身份识别过程可分为识别模式以及验证模式，其中：识别模式下，被试者不表明身份，直接采集被试者的脑电信号并与用户模板库中的所有脑电信号模板进行匹配；验证模式下，被试者先表明身份，然后将用户模板库中该用户的脑电信号模板进行比对(即步骤200中：根据被试者提供的用户信息，将采集的被试者的脑电信号与该用户信息的脑电信号模板进行匹配)。在识别模式下，身份识别的过程如下：步骤100：采集被试者受到视觉刺激图像刺激时视觉皮层产生的脑电信号；步骤201：将采集的单次刺激图像下的被试者的脑电信号直接与用户模板库中所有空间滤波器和脑电信号模板进行算法匹配，或将采集的多次刺激图像下的脑电信号叠加平均后，与用户模板库中所有空间滤波器和脑电信号模板进行算法匹配，得到一个匹配度最高的模板；步骤202：对多个频段的脑电信号分别得到的匹配结果进行加权平均，得到总体的匹配结果；步骤300：将匹配度与匹配阈值相比较，若匹配度高于匹配阈值，被试者获得用户权限；若匹配度低于匹配阈值，则拒绝识别。在验证模式下，身份识别的过程如下：步骤100：采集被试者受到视觉刺激图像刺激时视觉皮层产生的脑电信号；步骤210：提取出用户模板库中被试者提供的用户信息所对应的空间滤波器和脑电信号模板；步骤220：将采集的单次刺激图像下的被试者的脑电信号直接通过步骤210中提取的空间滤波器进行空间滤波，或将采集的多次刺激图像下的脑电信号叠加平均后，再通过步骤210中提取的空间滤波器进行空间滤波，将滤波后的脑电信号与步骤210中提取的脑电信号模板进行算法匹配；步骤230：对多个所述频段的脑电信号分别得到的匹配结果进行加权平均，得到总体的匹配结果；步骤300：将匹配度与匹配阈值相比较，若匹配度高于匹配阈值，被试者获得用户权限；若匹配度低于匹配阈值，则拒绝识别。在本公开的一些实施例中，识别模式或验证模式下：步骤230中，加权值为1.25，0.6704，0.5033，0.4268，0.3837，步骤300中，匹配阈值为1.1。以下结合一具体实施例验证本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法的有效性：用户模板库构建部分的具体操作流程如下：实验仪器为neuroscan，synamps2型放大器或其他型号脑电采集设备，连续记录枕部区域(poz，po3，po4，po5，po6，oz，o1，o2)中的脑电信号。1、利用matlab工具箱psychtoolbox3.0控制刷新率为60hz的lcd显示器刺激呈现，屏幕上中心区域圆形闪烁刺激的显示方案是m序列，具体为长度为63帧，其中全黑对应序列中的“0”，全白对应序列中的“1”，一个周期长度为1.05秒，所用序列具体为：001010100011001111011101011010011011001001000011100000101111112、根据本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法中用户模板库构建部分构建样本容量为10人的用户模板库。其中，步骤c1中，将原始数据从1000hz降采样至250hz；步骤c2中，截取6至18hz，14至26hz，22至34hz，30至42h和38至50hz五个频段。身份识别部分中识别模式的具体操作流程如下：1、随机从用户模板库中抽取7个人，再随机选择7个不在用户模板库中的被试者进行测试，分别称为识别和非法识别；2、每位被试者采集4个周期的视觉刺激图像对应的脑电数据；3、将上述过程重复多次，验证结果，若系统输出结果与实际情况一致则认为正确，否则错误，统计正确率。表1：识别模式统计结果数据样本识别正确率非法识别拒识率第一号样本93％100％第二号样本89.74％100％第三号样本90.35％100％第四号样本97.32％100％第五号样本98.3％100％第六号样本100％100％第七号样本92.6％100％从表1中可以看出本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法总体识别效果很好，对多次重复刺激的脑电数据平均后，识别正确率基本能达到90％以上，且100％拒绝非法识别。身份识别部分中验证模式的具体操作流程如下：1、随机从用户模板库中抽取7个人，测试中要求被试者分别表明身份是自己和他人，分别称为验证和非法验证；2、每位被试者采集4个周期的视觉刺激图像对应的脑电数据；3、将上述过程重复多次，验证结果，若系统输出结果与实际情况一致则认为正确，否则错误，统计正确率。表2：验证模式统计结果数据样本验证正确率非法验证拒识率第一号样本94％100％第二号样本98.74％100％第三号样本92.35％100％第四号样本97.32％100％第五号样本98.3％100％第六号样本100％100％第七号样本95.3％100％从表2中可以看出本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法总体验证效果很好，对多次重复刺激的脑电数据平均后，验证正确率能达到90％以上，且100％拒绝非法验证。上述两个测试中：步骤230中，加权值为1.25，0.6704，0.5033，0.4268，0.3837，步骤300中，匹配阈值为1.1。上述结果所使用的数据长度均为4.2秒，对应4次重复刺激，可以看出本公开实施例提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法相较于其他脑电身份识别方式，识别速度有显著提升。至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属
技术领域：
中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法有了清楚的认识。综上所述，本公开提供的基于视觉刺激的脑电身份识别方法根据用户受到视觉刺激的脑电信号进行识别，采用特定序列视觉编码的刺激方式，并结合滤波器组的空间滤波和模板匹配算法，提高了诱发脑电信号的信噪比和用户之间脑电信号的差异，有效提高了识别的速度和准确率。还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。当前第1页12