CN109767088A - 基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别*** - Google Patents
基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，涉及织物评价技术领域。所述***包括脑电采集帽、近红外脑功能成像仪、试样台、处理模块以及显示模块。本发明公开的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，可实现实时采集人体触摸织物时的触觉质感脑电信号和血氧浓度，并通过处理模块进行分析提取特征参数和获得大脑激活程度，二者结合，实现对织物舒适度、光滑感等触觉质感的定量评价，并通过与不同织物具有的脑电特征参数比较归类，完成对织物的识别；该评价与识别***可反映出人体大脑的真实触感反映，客观的实现人对织物触觉质感的定量评价，增加评价的准确性、客观性，减少了处理通道的数量。
Description
技术领域
本发明涉及织物识别评价技术领域，具体涉及一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***。
背景技术
人们通常通过触摸来感知织物的质感，织物的触觉质感决定了消费者对产品的认可和满意度，是纺织品的设计、生产和销售的关键影响因素。
传统织物触觉质感表征方法主要是通过定性的语言描述人与织物接触的主观感觉，该评价方法受个体认知差异的影响较大，评价结果严谨性、稳定性及普遍性较弱。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种稳定性和准确性都较好的基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，以此实现对织物的客观评价。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，包括脑电采集帽、近红外脑功能成像仪、试样台、处理模块和显示模块。所述评价与识别***，可实现实时采集人体触摸织物时的触觉质感脑电信号和血氧浓度，并通过处理模块进行分析提取特征参数和获得大脑激活程度，二者结合，实现对织物舒适度、光滑感等触觉质感的定量评价，并通过与不同织物具有的脑电特征参数比较归类，完成对织物的识别。该评价与识别***可反映出人体大脑的真实触感反映，客观的实现人对织物触觉质感的定量评价，增加评价的准确性、客观性，减少了处理通道的数量。
根据本发明的目的提出的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，包括：
脑电采集帽，所述脑电采集帽用于脑电信号的采集。
近红外脑功能成像仪，所述近红外脑功能成像仪用于血氧浓度的测量。
试样台，所述试样台用于织物试样的放置。
处理模块，所述处理模块分别与脑电采集帽和近红外脑功能成像仪电连接，用于接收脑电信号和血氧浓度信息，并对采集的数据信息进行处理分析，提取特征参数。
显示模块，所述显示模块与处理模块电连接，接收处理模块提取的特征参数，选择脑激活区域内的脑电信号特征参数和血氧浓度参数进行织物评价与识别，并对评价结果进行显示。
优选的，所述处理模块接收脑电信号，并通过AR模型、频带能量法、独立分析、小波变换算法提取脑电信号的AR模型参数、功率谱密度和小波系数特征，并对提取的特征参数进行整合分类；同时接收血氧浓度信息，并对获得的血氧浓度信息进行均值、斜率和拟合二次项系数处理分析获得特征参数，按照统计结果获得大脑激活地形图。
优选的，所述处理模块为包含matlab脑电处理分析软件的微型计算机。
优选的，所述显示模块接收处理模块处理得出的大脑激活地形图和特征参数，按照大脑激活区域选择相应电极位置采集的脑电信号特征参数和血氧浓度参数，与数据库中的数据对比，实现对织物舒适度、光滑度、柔软度触觉质感的评价以及织物的种类的识别，并将评价与识别结果显示。
优选的，所述试样台下方设置有三轴力传感器，所述三轴力传感器与处理模块电连接，用于测量、记录触摸织物时的压力和摩擦力，同时感应触摸织物的瞬间，发送信号至处理模块，同步触发脑电信号和血氧浓度的采集。
优选的，所述三轴力传感器由压力传感器、切向力传感器和扭矩传感器组成。
优选的，所述显示模块为带有液晶显示屏的微型计算机，所述显示模块还用于显示触摸织物时的压力和摩擦力。
优选的，所述脑电采集帽和近红外脑功能成像仪一体设置，所述近红外脑功能成像仪的红外发射器和探头同时接入脑电采集帽中。
与现有技术相比，本发明公开的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***的优点是：
所述评价与识别***，可实现实时采集人体触摸织物时的触觉质感脑电信号和血氧浓度，并通过处理模块进行分析提取特征参数和获得大脑激活程度，二者结合，实现对织物舒适度、光滑感等触觉质感的定量评价，并通过与不同织物具有的脑电特征参数比较归类，完成对织物的识别。该评价与识别***可反映出人体大脑的真实触感反映，客观的实现人对织物触觉质感的定量评价，增加评价的准确性、客观性，减少了处理通道的数量。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***的结构图。
图2为本发明公开的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***的原理图。
图3为试样台与三轴力传感器装置结构图1。
图4为试样台与三轴力传感器装置结构图2。
图5为三轴力传感器同步触发信号原理图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1-压力传感器；2-切向力传感器；3-扭矩传感器；4-试样台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图4示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。
如图1-4所示的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，包括脑电采集帽、近红外脑功能成像仪、试样台4、处理模块以及显示模块。
脑电采集帽用于脑电信号的采集。具体的，脑电采集帽包含若干放置于大脑感知区域的电极和两个参考电极，用于记录在感知织物时大脑感知区域的电压变化，并经过多级放大***对采集到的微弱脑电进行放大处理，然后将脑电信号传递给处理模块。
近红外脑功能成像仪用于血氧浓度的测量，测量脑功能响应信号。以活体组织中主要色团的吸收光谱为基础，结合光在组织中的传播规律，利用近红外光良好的穿透能力的特点，通过测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白等组织吸收、散射时所携带的信息，获得血氧水平依赖信号，监测大脑的功能活动。当大脑某个区域被激活，该区域皮层中的血氧和血容将发生变化，变化程度反映了区域激活强度，通过测量大脑皮层中血容、血氧的分布和变化来获取大脑激活区域地形图。具体的，脑电采集帽和近红外脑功能成像仪一体设置，近红外脑功能成像仪的红外发射器和探头同时接入脑电采集帽中，用于实现脑电的测量和血氧浓度测量的同步。
试样台4用于织物试样的放置，通过人手触摸织物，诱发感知织物时大脑活动。具体的，试样台4下方设置有三轴力传感器，该三轴力传感器与处理模块电连接，用于测量、记录触摸织物时的压力和摩擦力，同时感应触摸织物的瞬间，发送信号至处理模块，同步触发脑电信号和血氧浓度的采集，实现大脑活动信号和触摸的同步采集和同步结束。该三轴力传感器由压力传感器1、切向力传感器2和扭矩传感器3组成，其输出电流经放大电路、开关电路变成稳定电压的方波信号，将方波信号发送到处理模块，***检测信号的上升沿作为记录时间触发标记。
处理模块分别与脑电采集帽和近红外脑功能成像仪电连接，用于接收脑电信号和血氧浓度信息，并对采集的数据信息进行处理分析，提取特征参数。具体的，处理模块为包含matlab脑电处理分析软件的微型计算机，其接收脑电信号，并通过AR模型、频带能量法、独立分析、小波变换算法提取脑电信号的AR模型参数、功率谱密度和小波系数特征，并对提取的特征参数进行整合分类；同时接收血氧浓度信息，并对获得的血氧浓度信息进行均值、斜率和拟合二次项系数处理分析获得特征参数，按照统计结果获得大脑激活地形图。
显示模块与处理模块电连接，接收处理模块提取的特征参数，选择脑激活区域内的脑电信号特征参数和血氧浓度参数进行织物评价与识别，并对评价结果进行显示。具体的，该显示模块为带有液晶显示屏的微型计算机，其接收处理模块处理得出的大脑激活地形图和特征参数，按照大脑激活区域选择相应电极位置采集的脑电信号特征参数和血氧浓度参数，与数据库中的数据对比，实现对织物舒适度、光滑度、柔软度触觉质感的评价以及织物的种类的识别，并将评价与识别结果显示，同时显示触摸织物时的压力和摩擦力等三轴力传感器获取的物理参数。
进一步的，该评价与识别***需要尽可能屏蔽听觉和视觉的影响，防止视觉和听觉刺激对织物认知与评价产生影响，因此，在做评价测试时应选择在安静环境进行，同时通过佩戴隔噪耳机和闭眼屏蔽听觉和视觉的影响。
使用上述***对织物触觉质感定量评价与识别的方法：
评价者以舒适的姿势坐于试样台4前，闭上双眼，将手放到待触摸区域进行织物的触摸方式、触摸力度、触摸速度的训练。评价者佩戴脑电采集帽，将设备连接调试好。放置固定待评价织物在试样台4上。发出指令，让评价者注意力集中触摸感知织物，按照训练的手势、力度、速度触摸织物表面，感知织物表面特征，同时触摸织物瞬间触发三轴力传感器同步触发器，触发脑电采集帽和近红外脑功能成像仪同步开始记录脑电信号和监测血氧浓度。结束触摸，离开织物表面，同步触发器同时发送指令，停止记录脑电信号，并且处理模块将已采集的大脑活动信号存储。处理模块对采集到的信号进行处理，将原始光信号数据转换为血氧浓度数据，提取血氧浓度信号的均值、斜率、拟合二次项系数和近似熵作为近红外信号的特征参数，利用统计学方法生成大脑激活区域地形图；对采集到的脑电信号利用独立分析方法进一步滤波，然后通过AR模型、小波变换、频带能量法提取脑电信号的AR模型参数、小波系数、频谱特征值，利用统计学方法，对各个特征值进行整合，进一步提取特征参数。将生成的大脑激活区域地形图和脑电信号特征参数发送至显示模块。显示模块接收处理结果，基于大脑激活地形图所确定的织物触觉质感的大脑激活区域，然后重点将该区域电极的脑电信号和血氧浓度特征参数与特征数据进行检索匹配，其他区域电极的脑电特征参数作为辅助，进行织物触觉质感评价及等级划分，同时通过将织物的触觉质感特征参数、大脑激活区域与针对不同织物提取触摸织物时的脑电信号和大脑内血氧浓度信号特征值、生成相应的大脑激活地形图、建立织物不同触觉质感以及对不同触觉质感进行等级划分的特征数据库进行比对，实现织物的自动分类识别，将评价结果、识别结果和测得的触摸物理信息一同显示。
综上所述，本发明公开的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，可实现实时采集人体触摸织物时的触觉质感脑电信号和血氧浓度，并通过处理模块进行分析提取特征参数和获得大脑激活程度，二者结合，实现对织物舒适度、光滑感等触觉质感的定量评价，并通过与不同织物具有的脑电特征参数比较归类，完成对织物的识别。该评价与识别***可反映出人体大脑的真实触感反映，客观的实现人对织物触觉质感的定量评价，增加评价的准确性、客观性，减少了处理通道的数量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，包括：
脑电采集帽，所述脑电采集帽用于脑电信号的采集；
近红外脑功能成像仪，所述近红外脑功能成像仪用于血氧浓度的测量；
试样台(4)，所述试样台(4)用于织物试样的放置；
处理模块，所述处理模块分别与脑电采集帽和近红外脑功能成像仪电连接，用于接收脑电信号和血氧浓度信息，并对采集的数据信息进行处理分析，提取特征参数；
显示模块，所述显示模块与处理模块电连接，接收处理模块提取的特征参数，选择脑激活区域内的脑电信号特征参数和血氧浓度参数进行织物评价与识别，并对评价结果进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述处理模块接收脑电信号，并通过AR模型、频带能量法、独立分析、小波变换算法提取脑电信号的AR模型参数、功率谱密度和小波系数特征，并对提取的特征参数进行整合分类；同时接收血氧浓度信息，并对获得的血氧浓度信息进行均值、斜率和拟合二次项系数处理分析获得特征参数，按照统计结果获得大脑激活地形图。
3.根据权利要求2所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述处理模块为包含matlab脑电处理分析软件的微型计算机。
4.根据权利要求2所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述显示模块接收处理模块处理得出的大脑激活地形图和特征参数，按照大脑激活区域选择相应电极位置采集的脑电信号特征参数和血氧浓度参数，与数据库中的数据对比，实现对织物舒适度、光滑度、柔软度触觉质感的评价以及织物的种类的识别，并将评价与识别结果显示。
5.根据权利要求1所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述试样台(4)下方设置有三轴力传感器，所述三轴力传感器与处理模块电连接，用于测量、记录触摸织物时的压力和摩擦力，同时感应触摸织物的瞬间，发送信号至处理模块，同步触发脑电信号和血氧浓度的采集。
6.根据权利要求5所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述三轴力传感器由压力传感器(1)、切向力传感器(2)和扭矩传感器(3)组成。
7.根据权利要求5所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述显示模块为带有液晶显示屏的微型计算机，所述显示模块还用于显示触摸织物时的压力和摩擦力。
8.根据权利要求1所述的一种基于多模态脑机接口的织物触觉质感定量评价与识别***，其特征在于，所述脑电采集帽和近红外脑功能成像仪一体设置，所述近红外脑功能成像仪的红外发射器和探头同时接入脑电采集帽中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190517 |