專利名稱：一種用腦電波控制的虛擬中英文通用鍵盤設計方案的制作方法
技術領域：
本方案涉及一種全新的人機交互方式，采用腦-機接口技術實現(xiàn)用腦電波進行中文/英文的錄入(無需手敲鍵盤或語音識別)，可以為癱瘓患者和其他嚴重運動機能喪失的人士提供一種與外界交流的方法。
背景技術：
用腦電波控制計算機實現(xiàn)字符輸入所采用的是一種稱為腦-機接口的人機交互技術，該技術通過采集大腦思維活動中產(chǎn)生的電信號，然后對這些信號進行分析，判別出人的意圖，并將其轉(zhuǎn)換為命令來控制計算機等智能設備。腦-機接口按信號的產(chǎn)生方式可分為誘發(fā)和自發(fā)腦電兩種類型。誘發(fā)腦電BCI的誘發(fā)方式有視覺、聽覺、體感等多種方式。其中視覺誘發(fā)模式又有穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和事件相關電位等工作模式之分，特別適合構(gòu)造虛擬鍵盤作為信息錄入接口。目前，已有多種應用系統(tǒng)問世，主要分為兩大類應用其一是直接用腦電波控制輪椅、家用電器等智能設備，其二是實現(xiàn)對計算機光標和鍵盤的控制。本發(fā)明屬于第二種應用，是基于視覺誘發(fā)事件相關電位(ERP)的腦-機接口，用來實現(xiàn)僅用腦電波而不用鍵盤和鼠標就能進行計算機中英文的輸入。在字符錄入領域，最具代表性的是美國Farwell和Donchin等人在1988年提出的、利用腦電波中的P300成分構(gòu)建一個36鍵的虛擬鍵盤，實現(xiàn)了沈個英文字母和10個功能鍵的錄入[Electroenc印halogr. Clin. Neurophysiol.，70 :510-523,1988]。另外，還有一些采用穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口的字符錄入系統(tǒng)。當前具有字符錄入功能的腦-機接口大多針對英文字母設計，多為美國Farwell 和Donchin等人方案的改進。在中文的錄入方面，浙江大學報道了一個基于筆畫輸入的腦-機接口系統(tǒng)[電子學報，37 (8) 1733-1738，2009]，其它漢字錄入系統(tǒng)或中英文混合錄入系統(tǒng)未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種全新的通用中英文錄入方法，通過在電腦屏幕上構(gòu)建一個虛擬的、 可以實現(xiàn)中英文切換的中英文輸入鍵盤(視覺刺激器)，使用者目視屏幕虛擬鍵盤上的某個按鈕，就能刺激人腦產(chǎn)生特定的腦電信號，對相應的腦電信號進行判別，就能知道其所選按鈕，從而達到中英文輸入的目的。是一種基于“模擬閱讀事件相關電位”誘發(fā)模式的腦-機接口技術。本發(fā)明所采用的技術方案是在電腦屏幕上構(gòu)造一個由7(1行X7列)個按鈕組成的虛擬鍵盤，該鍵盤的每個鍵粒是由鍵名和一個小視窗組成的，每個鍵粒的上半部標注有代表該鍵名稱的字符，下半部是一個30X30像素的小視窗。該虛擬鍵盤采用兩相輸入的方法，即先選擇要輸入的字符所在的區(qū)(頁)，再在選中的區(qū)(頁)中選擇目標字符，故本發(fā)明構(gòu)建的虛擬鍵盤由一個主頁和6個子頁組成。主頁的主要功能是實現(xiàn)對第1 6子頁的
3選擇，鍵名“a-g”、“h-n ”、“04”、“11-2”、“0-6”、“7-9”分別代表虛擬鍵盤的第1子頁到第 6子頁，鍵名“刪除”代表刪除操作。第1子頁的鍵名“a”、“b”、“C”、“d”、“e”、“f”、“g”，第 2子頁的鍵名“11”、“廣、“」”、1”、“1”、“111”、“11”，第3子頁的鍵名“0”、、”、‘、”、“1·”、、”、 “t”、“關閉”，第4子頁的鍵名“u”、“V”、“W”、“X”、“y”、“z”、“中/英”、第5子頁的鍵名“0”、 “ 1 ”、“ 2 ”、“ 3 ”、“ 4 ”、“ 5 ”、“ 6 ”，第 6 子頁的鍵名 “ 7 ”、“ 8 ”、“ 9 ”、“ 一 ”、“ 一 ”、“ 空格”、“回車”。 該虛擬鍵盤實現(xiàn)了 26個英文字符，10個數(shù)字字符和7個功能鍵的錄入。中英文的切換是由第4子頁的“中/英”按鈕來實現(xiàn)(該虛擬鍵盤在使用時，配套使用“搜狗/QQ拼音輸入法”，當然，其它任何一種輸入法均可)。在用戶使用的過程中，每個字符的選擇需要兩步方能完成，第一步是對主頁某個按鈕進行選擇，來選中該字符所在的子頁，第二步對選中子頁中的目標字符進行選擇，如此周而復始?；谶@樣的原理，雖然我們構(gòu)造的界面上只有7個待選項，但每次選擇后，這個7個待選項的鍵名都會根據(jù)上一步的選擇做出相應的變化，這樣，7個待選項就不僅僅只能輸入7個不同的字符。本方案的有益效果是，采用的這種兩相(Two Phase)輸入法，實現(xiàn)了沈個英文字符，10個數(shù)字字符和7個功能鍵的錄入，而構(gòu)建的虛擬鍵盤每個時刻卻都只有7個待選項顯示在屏幕上，這樣不僅因減少了每次選擇的待選項數(shù)目而提高了腦電模式識別的準確率， 而且在任何時刻顯示器上只有7個按鈕，對其他應用程序使用的干擾減到了最小。虛擬鍵盤中有一個中/英文切換按鈕，實現(xiàn)了漢字拼音輸入與英文輸入的靈活切換，這樣，不僅能輸入英文字符，還能輸入漢字。


圖1是本方案的結(jié)構(gòu)流程圖。圖2是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的主頁。圖3是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的第1子頁。圖4是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的第2子頁。圖5是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的第3子頁。圖6是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的第4子頁。圖7是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的第5子頁。圖8是本方案構(gòu)造的虛擬鍵盤的第6子頁。圖9是采用本方案后輸入拼音“ni”后輸入法的待選字狀態(tài)。
具體實施例方式本方案的結(jié)構(gòu)流程圖如圖1所示。在用戶使用的過程中，每個字符的選擇需要兩步方能完成，第一步是對主頁某個按鈕進行選擇，來選中該字符所在的子頁，第二步對選中子頁中的目標字符進行選擇，如此周而復始。本方案構(gòu)造出來的虛擬鍵盤的主頁和子頁如圖2到圖8所示。實施例用戶希望通過該界面在電腦屏幕上輸入一個英語單詞“a”和一個漢字“你”。而英文字符“a”在第1子頁的第1個鍵粒上；接著希望輸入的是一個漢字，則需要進行中英文輸入轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換按鈕在第4子頁的第7個鍵粒上；漢字“你”的拼音是“ni”，“η”和“i”分別在第2子頁的第7個和第2個鍵粒上。對于英文字符“a”的輸入，需要兩步選擇方能完成，第一步是對主頁的“a_g”這個進行選擇，如圖2所示，選擇之后，虛擬鍵盤將如圖3所示。第二步對選中的子頁中的“a”按鈕進行選擇，這樣就完成了對英文字符“a”的輸入。接下來要進行中英文輸入切換操作，此操作的完成同樣需要兩步選擇，第一步是對主頁的“u-z”按鈕進行選擇，如圖2所示，選擇之后，虛擬鍵盤將如圖6所示。第二步對選中的子頁中的“中 /英”按鈕進行選擇，這樣就完成了切換操作。中英文切換后，對拼音“ni”的輸入采取的是與英文字符“a”輸入一樣的步驟，當“η”和“i”都輸入后，輸入法將如圖9所示。漢字“你” 位于候選字的第一個位置，此位置的選擇可以通過對數(shù)字字符“ 1”的選擇來完成，數(shù)字字符 “ 1 ”在第5子頁的第2個鍵粒上，它的錄入同樣與英文字符“a”的錄入步驟相同，“ 1 ”選擇完畢后，電腦屏幕上將顯示“a你”。
權利要求
1.一種用腦電波控制的虛擬中英文通用鍵盤設計方案，其特征在于在電腦屏幕上構(gòu)建一個僅由7個按鈕組成的虛擬鍵盤，輔以腦電采集處理裝置，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)鍵盤的最主要功能，進行中文和英文的混合輸入，每個字符的輸入采用兩相的輸入方式，即先選擇要輸入的字符所在的區(qū)(頁)，再在選中的區(qū)(頁)中，選擇目標字符。
2.根據(jù)權利要求1中的方案，其特征是，虛擬鍵盤由一個主頁和6個子頁組成，每一頁都由7個按鈕組成；主頁的主要功能是實現(xiàn)對第1 6子頁的選擇，鍵名“a-g”、“h-n”、 “0^”、“11-2”、“0-6”、“7-9”分別代表虛擬鍵盤的第1子頁到第6子頁，鍵名“刪除”代表刪除操作；第1子頁的鍵名 ”、“13”、“(3”、“(1”、、”、竹”、、”，第2子頁的鍵名“11”、“廣、“]·”、 “k”、“l(fā)”、“m”、“n”，第 3 子頁的鍵名 “o”、“p”、“q”、“r”、“S”、“t”、“關閉”，第 4 子頁的鍵名 “u”、“ ν”、“w”、“χ”、“y ”、“ζ ”、“中 / 英”、第 5 子頁的鍵名 “0”、“ 1 ”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”， 第6子頁的鍵名“7”、“8”、“9”、“一”、“一”、“空格”、“回車”，這些符號的排列順序并不重要， 功能鍵也可靈活設置；該虛擬鍵盤能實現(xiàn)26個英文字符，10個數(shù)字字符和7個功能鍵的錄入。
3.根據(jù)權利要求1中的方案，其特征是，顯示器上任何時候都只有7個按鈕，每個字符的選擇分為兩步，第一步是使用者注視主頁中某個按鈕下的刺激窗口，從而實現(xiàn)對目標字符所在區(qū)(子頁)的選擇，此時，該子頁將主頁完全覆蓋，顯示器上仍然只有7個按鈕；第二步是注視該子頁中所要選擇目標按鈕，從而實現(xiàn)對一個字符的選擇；隨即頁面自動恢復成主頁界面，等待下一次的選擇。
4.根據(jù)權利要求1中的方案，其特征是，虛擬鍵盤中設計了一個中英文輸入切換的功能鍵，通過對該功能鍵的操作，實現(xiàn)中文和英文輸入的轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權利要求1中的方案，其特征是，使用者每做一次按鈕選擇，將從腦電波中分析得到的命令轉(zhuǎn)換成鍵盤碼送入計算機的鍵盤緩沖區(qū)，模擬了手敲鍵盤的過程，因此具有和普通鍵盤一樣的通用性。
全文摘要
一種用腦電波控制的虛擬中英文通用鍵盤設計方案。這是一種采用腦-機接口的新型人機交互技術，能夠?qū)崿F(xiàn)用腦電波對計算機直接輸入中英文信息。實現(xiàn)方法是在電腦屏幕上構(gòu)造一個由7個按鈕組成的虛擬鍵盤，該鍵盤的每個按鈕是由鍵名和一個小視窗組成的，每個按鈕的上半部標注有代表該鍵名稱的字符，下半部是一個用于誘發(fā)腦電波的小視窗。虛擬鍵盤由主頁和6個子頁組成，采用兩相輸入的方法，即先選擇要輸入的字符所在的區(qū)，再在選中的區(qū)中選擇目標字符。該鍵盤實現(xiàn)了26個英文字符，10個數(shù)字字符和7個功能鍵的功能。中英文的切換是由第4子頁的“中/英”按鈕來實現(xiàn)。本發(fā)明可用于殘障人士與外界交流信息，也可用于軍事、游戲等領域。
文檔編號G06F3/01GK102339127SQ20111026959
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權日2011年9月9日
發(fā)明者劉海華, 周到, 官金安, 李梅, 陳亞光, 陳軍波 申請人:中南民族大學