方慧娟基于P300的BCI汉字在线输入系统 .doc

基于P300的BCI汉字在线输入系统 徐鑫，方慧娟 （华侨大学 信息科学与技术学院 福建 厦门 361021）摘要：针对在基于P300的脑-机接口(brain-computer interface, BCI)汉字输入系统中输入速度较慢的问题，本文开发了一套新型的汉字拼音输入在线脑-机接口系统。用户界面中设计了新型的二级选择模式，减小了用户在实验中的视角转移，并且将自然语言处理(natural language processing, NLP)技术用到此系统中，可以使此套在线系统的正确率和速度都有所提高。实验结果表明此改进的P300-BCI系统汉字输入速率可达1.37字/分钟，有效地提高了汉字的输入速率。随着用户使用次数增多，系统的效果会进一步得到提高，用户与外界交流将会更加方便快捷。 关键词：脑-机接口；汉字输入系统；二级选择模式；自然语言处理 A P300-based BCI System for Online Chinese input XU Xin，FANG Hui--juan (School of information science Engineering，Huaqiao university，Xiamen，361021,China)Abstract：To with the issue of the slow speed for Chinese input in a P300-based brain-computer interface (BCI), the paper developed a new P300-based BCI system for online Chinese input. By a combination of two-level selection mode and natural language processing methods, the proposed system can not only reduce the users sight transfers in the experiment, but also improve the accuracy and transfer rate. The experimental results showed that an average input rate of 1.37 characters per minute was attained. Besides, the more the system being used, the better the results could be achieved. It will be more convenient to communicate with the outside world for the users with the improved system. Keywords：rain-computer interface; Chinese input system; Two-level selection mode; Natural Language Processing 脑-机接口（brain-computer interface，BCI）是一种新的人-机交互方式，其特点在于直接通过人脑来控制外界设备或字符输入，而不用借助外周肌肉[1]。考虑到一个思维正常但有运动障碍的人（如肌萎缩性侧索硬化、严重脊髓损伤或完全瘫痪患者）没有办法和外界进行交流沟通。越来越多的研究者开发基于脑电图（eletroencepalograph，EEG）的交互系统以对以上人群进行辅助[2,3]。其中基于P300信号特征的脑-机接口系统具有目标多，个体差异较少的优点。 目前在P300领域内，具有在线打字功能的P300-BCI大多针对英文字母和数字，常见诱发界面与 Donchin 等人最早研制的字母矩阵相似，也有一些研究采用不同的字母排列及闪烁方式[4,5].但国内能熟练使用英语人群的比例不高，很多患者还不能够自由运用英语表达自己的思想， 最近很多学者开始研究繁体中文范式的BCI系统和中文笔画范式的BCI系统。香港大学中文系语言工程实验室利用基于P300的繁体中文输入字符系统，最后得到了每分钟1.1个中文字的输入的效果[6].浙江大学的吴边设计了基于笔画的汉字输入BCI系统，实验的正确率分布在0.38~0.84之间，理论信息传输比特率为14.0bits/min，实际有效比特率为：1.23~8.80bits/min，基本可以实现汉字的输入[7].但对于用户来说，输入速度较慢，而且现在绝大多数中国人还是习惯使用拼音来打字，只有极少部分人使用笔画输入法打字，这就使设计一个快捷方便的