脑控中文拼音声调输入方法与流程

本发明涉及脑控语句输入领域，特别是脑控中文拼音声调输入方法。

背景技术：

目前脑机接口技术主要支持英文字符的拼写，对中文输入的支持能力较弱，不利于针对使用中文的人员开展脑机接口的应用研究。本发明提出的脑控中文拼音声调输入方法将为使用中文的人员享用脑机接口技术带来便利，推动这一领域的应用研究。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出脑控中文拼音声调输入方法，是一种新型的脑控中文输入方法，能够满足使用拼音的用户的拼写。

本发明采用以下方案实现：在大脑与计算机的直接交互过程中，用户佩戴脑电帽采集头皮脑电信号，计算机通过对脑电信号的处理识别大脑选择的声母、韵母和声调，最终确定想要输入的汉字，输入一个汉字的步骤如下：

步骤s1：计算机屏幕呈现由汉语拼音声母构成的符号矩阵，并随机闪烁；用户关注想要的声母，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声母；

步骤s2：计算机屏幕呈现由汉语拼音韵母构成的符号矩阵，并随机闪烁；用户关注想要的韵母，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的韵母；

步骤s3：计算机屏幕呈现汉语拼音声调符号，并随机闪烁；用户关注想要的声调，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声调；

步骤s4：步骤s1至步骤s3输入的拼音对应一组汉字，计算机屏幕呈现这组汉字，并随机闪烁；用户关注想要的汉字，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的汉字。

进一步地，步骤s1所述的计算机屏幕呈现由汉语拼音声母构成的符号矩阵，具体方法为，计算机屏幕被分成6×6个方块，每个汉语拼音声母放置在其中的一个方块中，其余的方块为空；

步骤s2所述的计算机屏幕呈现由汉语拼音韵母构成的符号矩阵，具体方法为，计算机屏幕被分成6×6个方块，每个汉语拼音韵母放置在其中的一个方块中；

步骤s1、步骤s2和步骤s4所述的随机闪烁，具体方法为，按随机次序闪烁6行中的每一行，再按随机次序闪烁6列中的每一列，反复2至10轮。

进一步地，步骤s3所述的计算机屏幕呈现汉语拼音声调符号，具体方法为，屏幕中间一行被分成6个方块，四个拼音声调符号放置在中间四个方块中，余下的方块为空；

步骤s3所述的随机闪烁，具体方法为，按随机次序闪烁6个方块中的每一个，反复4至20轮。

进一步地，步骤s4所述的计算机屏幕呈现这组汉字，具体方法为，计算机屏幕被分成6×6个方块，由步骤s1至步骤s3输入的拼音检索出的这组汉字被分别放置在一个方块中，余下的方块为空。

进一步地，步骤s1所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声母，步骤s2所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的韵母，步骤s3所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声调，以及步骤s4所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的汉字，都以p300speller脑机接口原理为基础提取脑电信号特征，训练分类器来处理，具体方法如下；

把用户关注的闪烁刺激对应的脑电信号段标为正例，把用户未关注的闪烁刺激对应的脑电信号段标为负例，用训练阶段收集的正例和负例构造训练集；把训练集中的脑电信号段转化为特征向量，常规方法有下采样、小波变换、独立成分分析和共空间模式；在特征向量构成的训练集上训练分类器，常规方法有lda、swlda和svm；训练得到的分类器装载到系统中；在脑机交互的过程中，系统采用同样的方法提取脑电信号特征，用分类器识别哪些闪烁刺激是用户关注的，再根据闪烁刺激与声母、韵母、声调和汉字的对应关系确定用户的输入。

本发明的脑控中文拼音声调输入方法是一种通过大脑与计算机直接交互来选择汉语拼音的声母、韵母和声调从而确定汉字的中文输入方法。本方法输入一个汉字的过程包含四步：选择声母、选择韵母、选择声调和选择汉字。每步的脑机交互方式都是以p300speller脑机接口范式为基础设计的。在脑机交互过程中，计算机系统依据p300speller脑机接口原理处理采集到的脑电信号，区分出用户关注的闪烁刺激和用户未关注的闪烁刺激，再根据闪烁刺激与所呈现的声母、韵母、声调和汉字的对应关系确定用户的选择。本方法包含选择汉语拼音的声母、韵母和声调的脑机交互过程，是一种新型的脑控中文输入方法。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明解决了现有脑机接口技术对中文输入支持能力较弱的问题，能够对一些使用中文的残障人士提供帮助。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程示意图。

图2为本发明实施例的呈现汉语拼音声母的样例示意图。

图3为本发明实施例的呈现汉语拼音韵音的样例示意图。

图4为本发明实施例的呈现声调的样例示意图。

图5为本发明实施例的呈现一组汉语的样例示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了脑控中文拼音声调输入方法，在大脑与计算机的直接交互过程中，用户佩戴脑电帽采集头皮脑电信号，计算机通过对脑电信号的处理识别大脑选择的声母、韵母和声调，最终确定想要输入的汉字，输入一个汉字的步骤如下：

步骤s1：计算机屏幕呈现由汉语拼音声母构成的符号矩阵，并随机闪烁；用户关注想要的声母，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声母；如图2所示；

步骤s2：计算机屏幕呈现由汉语拼音韵母构成的符号矩阵，并随机闪烁；用户关注想要的韵母，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的韵母；如图3所示；

步骤s3：计算机屏幕呈现汉语拼音声调符号，并随机闪烁；用户关注想要的声调，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声调；如图4所示；

步骤s4：步骤s1至步骤s3输入的拼音对应一组汉字，计算机屏幕呈现这组汉字，并随机闪烁；用户关注想要的汉字，计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的汉字；如图5所示。

在本实施例中，步骤s1所述的计算机屏幕呈现由汉语拼音声母构成的符号矩阵，具体方法为，计算机屏幕被分成6×6个方块，每个汉语拼音声母放置在其中的一个方块中，其余的方块为空；

步骤s2所述的计算机屏幕呈现由汉语拼音韵母构成的符号矩阵，具体方法为，计算机屏幕被分成6×6个方块，每个汉语拼音韵母放置在其中的一个方块中；

步骤s1、步骤s2和步骤s4所述的随机闪烁，具体方法为，按随机次序闪烁6行中的每一行，再按随机次序闪烁6列中的每一列，反复2至10轮。

在本实施例中，步骤s3所述的计算机屏幕呈现汉语拼音声调符号，具体方法为，屏幕中间一行被分成6个方块，四个拼音声调符号放置在中间四个方块中，余下的方块为空；

步骤s3所述的随机闪烁，具体方法为，按随机次序闪烁6个方块中的每一个，反复4至20轮。

在本实施例中，步骤s4所述的计算机屏幕呈现这组汉字，具体方法为，计算机屏幕被分成6×6个方块，由步骤s1至步骤s3输入的拼音检索出的这组汉字被分别放置在一个方块中，余下的方块为空。

在本实施例中，步骤s1所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声母，步骤s2所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的韵母，步骤s3所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的声调，以及步骤s4所述的计算机处理闪烁期间的脑电信号识别出用户选择的汉字，都以p300speller脑机接口原理为基础提取脑电信号特征，训练分类器来处理，具体方法如下；

把用户关注的闪烁刺激对应的脑电信号段标为正例，把用户未关注的闪烁刺激对应的脑电信号段标为负例，用训练阶段收集的正例和负例构造训练集；把训练集中的脑电信号段转化为特征向量，常规方法有下采样、小波变换、独立成分分析和共空间模式；在特征向量构成的训练集上训练分类器，常规方法有lda、swlda和svm；训练得到的分类器装载到系统中；在脑机交互的过程中，系统采用同样的方法提取脑电信号特征，用分类器识别哪些闪烁刺激是用户关注的，再根据闪烁刺激与声母、韵母、声调和汉字的对应关系确定用户的输入。

特别的，本实施例中的脑电信号段长度为800ms，长度也可以有所变动。其中特征提取采用下采样，训练分类器采用swlda，采用其他类似的特征提取方法和分类器训练方法并不改变本发明的本质内容。

特别的，图2至图5的放置方法只是一个样例，调整放置位置不改变本发明的实质。

特别的，所述的闪烁方式可以调整，只要能够保证闪烁次序随机，每个符号被闪烁的概率相等且小于0.2。

本实施例的脑控中文拼音声调输入方法是一种通过大脑与计算机直接交互来选择汉语拼音的声母、韵母和声调从而确定汉字的中文输入方法。本方法输入一个汉字的过程包含四步：选择声母、选择韵母、选择声调和选择汉字。每步的脑机交互方式都是以p300speller脑机接口范式为基础设计的。在脑机交互过程中，计算机系统依据p300speller脑机接口原理处理采集到的脑电信号，区分出用户关注的闪烁刺激和用户未关注的闪烁刺激，再根据闪烁刺激与所呈现的声母、韵母、声调和汉字的对应关系确定用户的选择。本方法包含选择汉语拼音的声母、韵母和声调的脑机交互过程，是一种新型的脑控中文输入方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。