學(xué)號：17020150056? ?姓名：張偉航
【嵌牛導(dǎo)讀】。當(dāng)一個恒定頻率（通常大于5Hz）對人眼進(jìn)行不斷刺激時，這種剌激會調(diào)制大腦視皮層的腦電信號，這種被外界頻率所調(diào)制的腦電信號就是穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位。SSVEP在頻譜上由與視覺刺激頻率成整數(shù)倍關(guān)系的頻率成分組成。例如：一個7Hz的調(diào)制頻率刺激眼球時，則會誘發(fā)7Hz、14Hz和21Hz等頻率的腦電信號。所以SSVEP是周期性的信號，信號處理模型可用成整倍數(shù)關(guān)系的一系列正弦波組合來表示SSVEP。
【嵌牛鼻子】SSVEP信號? ? ?腦機接口? 腦電信號
【嵌牛正文】
SSVEP數(shù)據(jù)處理
一、研究背景與原理簡介
當(dāng)一個外界的視覺刺激刺激到人眼時，在腦部的視皮層就會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的電活動，這種信號就是視覺誘發(fā)電位。當(dāng)一個恒定頻率（通常大于5Hz）對人眼進(jìn)行不斷刺激時，這種剌激會調(diào)制大腦視皮層的腦電信號，這種被外界頻率所調(diào)制的腦電信號就是穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位。
通過對這種腦電信號進(jìn)行頻譜分析，找出一種特殊的目標(biāo)頻率，就能判斷出被試選擇哪個目標(biāo)。SSVEP在頻譜上由與視覺刺激頻率成整數(shù)倍關(guān)系的頻率成分組成。例如：一個7Hz的調(diào)制頻率刺激眼球時，則會誘發(fā)7Hz、14Hz和21Hz等頻率的腦電信號。所以SSVEP是周期性的信號，信號處理模型可用成整倍數(shù)關(guān)系的一系列正弦波組合來表示SSVEP。
基于 SSVEP 的 BCI 系統(tǒng)中視覺刺激頻段的范圍一直都是 BCI 研究中不斷探索的問題，Christop S.Herrmann 等研究表明，刺激頻率從 1Hz 到 100Hz 都能誘發(fā) SSVEP響應(yīng)。目前大部分 BCI 系統(tǒng)中采用的頻率范圍可分為低、中、高頻段，其中低頻段為6Hz-15Hz，中頻段為 15Hz-30Hz，高頻段為 30Hz-60Hz。不同刺激頻段誘發(fā)的 SSVEP響應(yīng)有所差異，由高頻段刺激誘發(fā)的 SSVEP 響應(yīng)峰值最小，而低頻段誘發(fā)的 SSVEP響應(yīng)具有信噪比高，容易誘發(fā)等優(yōu)點，故目前很多研究中的視覺刺激頻段都采用低頻段。不過低頻段視覺刺激也存在不足的地方，如容易使用戶產(chǎn)生視覺疲勞。
二、數(shù)據(jù)的采集與算法處理思路
該數(shù)據(jù)基于SSVEP經(jīng)典實驗范式產(chǎn)生，所提供數(shù)據(jù)為4維數(shù)據(jù)，其中第一個維度表示數(shù)據(jù)采集的通道數(shù)，第二個維度表示數(shù)據(jù)采樣點數(shù)，第三個維度表示實驗次數(shù)，第四個維度表示試驗中刺激塊的閃爍頻率。例如Data_1數(shù)據(jù)大小為[9,5120,40,6],9表示該實驗數(shù)據(jù)的采集來自于9個通道，5120為采樣點數(shù)，40表示為確保數(shù)據(jù)的可靠性，共進(jìn)行了40輪，6表示SSVEP實驗范式中刺激塊的閃爍頻率為6個不同的頻率，采樣頻率為1024HZ。
在實際應(yīng)用中所獲得的原始信號總伴隨著自發(fā)腦電等隨機噪聲，因此必須采取措施消除或者抑制這些噪聲。而總體累加平均為一種傳統(tǒng)的并且有效的方法。在總體累加平均時，應(yīng)該對同一個通道（電極），同一個頻率的40輪數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，可以通過兩重循環(huán)和mean命令來實現(xiàn)。為了分析其頻譜分量，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT，便可以得到6個頻率下，9個不同電極信號的頻譜圖，這樣不但可以分辨不同的頻率還可以找到效果更好的電極。
充分考慮到4Hz的眼電干擾，以及當(dāng)前電腦屏幕的普遍刷新率為60HZ，所以將得到的信號再進(jìn)行4Hz~60Hz的帶通濾波。
并且通過MATLAB中的FDATOOL工具箱設(shè)計了通帶截止頻率為50HZ的低通濾波器，將所得信號進(jìn)行濾波。經(jīng)過MATLAB仿真分析，頻率分別是7HZ，8HZ，9HZ，10HZ，11HZ，12HZ。
源代碼以及濾波器的設(shè)計過程見后附。
三、數(shù)據(jù)處理結(jié)果
1.?????Data_1處理結(jié)果
Data_1數(shù)據(jù)并不是很理想。初步推測是信號采集或者被試等過程并不是很理想，或者刺激頻率比較高，得到的信號信噪比過于小。所以采集到的信號也不是很理想，經(jīng)過處理后并沒有出現(xiàn)明顯的峰值。這里僅僅展示兩個不同個頻率刺激下的效果圖：
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2.?????Data_2和Data_3處理結(jié)果
Data_2和Data_3的結(jié)果相同，下面僅僅展示Data_3的結(jié)果圖。經(jīng)過MATLAB仿真分析，6個不同的頻率分別是7HZ，8HZ，9HZ，10HZ，11HZ，12HZ。（源代碼間后附）
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四、結(jié)論與總結(jié)
經(jīng)過MATLAB仿真分析，發(fā)現(xiàn)SSVEP信號在頻譜上由與視覺刺激頻率成整數(shù)倍關(guān)系的頻率成分組成，例如：一個7Hz的調(diào)制頻率刺激眼球時，則會誘發(fā)7Hz、14Hz和21Hz等頻率的腦電信號。
并且不同的電極通道的效果不同，經(jīng)過本次仿真發(fā)現(xiàn)，效果最好的電極通道為t通道2通道5和通道7。效果不好的電極通道為通道1和通道6。
通過這次仿真，加深了對課堂上知識的理解，在實踐當(dāng)中提高了自己的動手能力。收獲非凡。
五、源代碼
% a:通道數(shù) b:采樣點數(shù) c:確保數(shù)據(jù)的可靠性，共進(jìn)行了c輪? d:表示SSVEP實驗范式中刺激塊的閃爍頻率為6個不同的頻率
% d是6個不同頻率
%采樣頻率是1024HZ
clc,clear;
load G;
load SOS;???????????? %所設(shè)計的截止頻率為4~50HZ的低通濾波器系數(shù)
Hd=dfilt.df2tsos(SOS,G);
% load Data_1;
% [a,b,c,d]=size(wangkaiData);
% load Data_2;
% [a,b,c,d]=size(kwang_1024_1);
load Data_3;
[a,b,c,d]=size(kwang_1024_2);
fs=1024;
N_fft=1024*16;
ff=linspace(-fs/2,fs/2,N_fft);
fork=1:d?????????????????????????????? %d個不同的頻率
???figure,
???forj=1:a?????????????????????????? %a個電極
???????fori=1:c?????????????????????? %總共進(jìn)行了c輪??
???????z(i,:)=kwang_1024_2(j,:,i,k);?? %load不同的數(shù)據(jù)時，這里也需要更改?。。?/p>
???????end
???????y=mean(z);
???????y=filter(Hd,y);?????????????????
%第k個頻率的第j個通道的信號，通過c輪采樣取平均，并且通過濾波（4~50HZ）。
???????Y=fft(y,N_fft);??????????????? %進(jìn)行1024*8點的FFT
???????subplot(3,3,j),plot(ff,fftshift(abs(Y))),axis([5 50 min(abs(Y))max(abs(Y))+500]);%頻譜圖
%?????? subplot(3,3,j),plot(y),hold on; %%時域圖
???????title(sprintf('通道%i \n',j));
???end
end
濾波器設(shè)計參數(shù)：
?
?
