Luận Văn Thạc Sĩ: Điều Khiển Thiết Bị Bằng Tín Hiệu Điện Não Trong Kỹ Thuật Điện Tử

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM KẾT

TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU

1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA NGHIÊN CỨU

1.4. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

2.2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.2.1. NGHIÊN CỨU VỀ SÓNG NÃO P300

2.2.2. NGHIÊN CỨU VỀ SÓNG NÃO SSVEP

2.3. ĐÓNG GÓP CỦA NGHIÊN CỨU

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. HỆ THỐNG THU NHẬN VÀ XỬ LÝ ĐIỆN NÃO

3.2. PHÂN LOẠI SÓNG NÃO VÀ BẢNG P300-SPELLER

3.3. BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU ĐIỆN NÃO TRONG MIỀN THỜI GIAN, TẦN SỐ

3.4. GIẢI THUẬT XDAWN

3.4.1. MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA GIẢI THUẬT XDAWN

3.4.2. ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT XDAWN VÀO P300 SPELLER

3.5. HUẤN LUYỆN VÀ PHÂN LOẠI TÍN HIỆU ĐIỆN NÃO

3.5.1. GIẢI THUẬT SUPPORT VECTOR MACHINE

3.5.2. GIẢI THUẬT LINEAR DISCRIMINANT ANALYSIS ỨNG DỤNG VÀO PHÂN LOẠI SÓNG NÃO KÍCH THÍCH P300

4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HỆ THỐNG BCI VÀ GIẢI THUẬT

4.1. MÔ HÌNH HỆ THỐNG BCI

4.2. THIẾT BỊ EMOTIV EPOC

4.2.1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC THIẾT BỊ EMOTIV EPOC

4.2.2. KẾT NỐI THIẾT BỊ EMOTIV EPOC VỚI MÁY TÍNH

4.3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ THƯ VIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH

4.3.1. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PYTHON

4.3.2. THƯ VIỆN OPENVIBE

4.4. GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

4.4.1. GIẢI THUẬT QUÁ TRÌNH HUẤN LUYỆN

4.4.2. GIẢI THUẬT QUÁ TRÌNH PHÂN LOẠI

5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU

5.1. CÁC MODULE THỰC HIỆN TRONG OPENVIBE

5.1.1. MODULE THU NHẬN DỮ LIỆU EEG

5.1.2. MODULE HUẤN LUYỆN ĐỂ TÌM THÔNG SỐ BỘ LỌC THEO GIẢI THUẬT XDAWN

5.1.3. MODULE HUẤN LUYỆN ĐỂ TÌM VECTOR THÀNH PHẦN THEO GIẢI THUẬT BLDA

5.2. MODULE ỨNG DỤNG CHÍNH

5.2.1. MODULE NHẬN VÀ XỬ LÝ LỆNH

5.2.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

5.2.2.1. KHẢO SÁT THỜI GIAN CHỚP TẮT ISI

5.2.2.2. KHẢO SÁT SỐ LẦN LẶP CỦA VIỆC CHỚP TẮT P300 SPELLER

5.2.2.3. KHẢO SÁT HAI GIẢI THUẬT PHÂN LOẠI BLDA VÀ SVM

5.2.2.4. KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA HỆ THỐNG BCI

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. KẾT LUẬN

6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

A: MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH VÀ CÁCH XÂY DỰNG THƯ VIỆN OPENVIBE

A.1. MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH

A.2. CÁCH XÂY DỰNG THƯ VIỆN OPENVIBE

A.2.1. BIÊN DỊCH THƯ VIỆN OPENVIBE

A.2.2. LIÊN KẾT OPENVIBE VÀ THƯ VIỆN EMOKIT LẤY DỮ LIỆU EEG RAW DATA

A.2.3. CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC MODULE TRONG OPENVIBE

B: GIỚI THIỆU BOARD RASPBERRY PI 2 VÀ MINIROBOT HEXBUG

B.1. MINI ROBOT HEXBUG

B.2. RASPBERRY PI2 BOARD

B.2.1. GIỚI THIỆU RASPBERRY PI2 BOARD

B.2.2. HỆ ĐIỀU HÀNH UBUNTU CHO RASPBERRY PI2 BOARD

B.2.3. ĐIỀU KHIỂN HEXBUG BẰNG GPIO CỦA RASPBERRY PI2 BOARD

C: THIẾT LẬP BOARD RASPBERRY PI 2

C.1. HỆ ĐIỀU HÀNH UBUNTU CHO RASPBERRY PI2

C.2. PYTHON CODE CHO TCP/IP SERVER VÀ XỬ LÝ LỆNH TRUYỀN TỪ MÁY TÍNH

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG

DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Luận Văn Thạc Sĩ Điều Khiển Thiết Bị Bằng Tín Hiệu Điện Não

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc phát triển hệ thống điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não, một lĩnh vực đang ngày càng thu hút sự quan tâm trong nghiên cứu công nghệ. Hệ thống này sử dụng tín hiệu từ thiết bị Emotiv EPOC để điều khiển các thiết bị ngoại vi, mở ra nhiều cơ hội cho người khuyết tật trong việc tương tác với môi trường xung quanh.

1.1. Định nghĩa và ý nghĩa của điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não

Điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não (BCI) cho phép người dùng tương tác với máy tính mà không cần sử dụng các phương tiện vật lý. Điều này đặc biệt hữu ích cho những người có hạn chế về vận động.

1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ BCI

Công nghệ BCI đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những nghiên cứu ban đầu về sóng não đến các ứng dụng thực tiễn trong y tế và công nghiệp. Những tiến bộ trong công nghệ cảm biến và xử lý tín hiệu đã thúc đẩy sự phát triển này.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não

Mặc dù công nghệ BCI đã có những bước tiến đáng kể, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua. Các vấn đề như độ chính xác của tín hiệu, thời gian xử lý và khả năng tương tác vẫn là những yếu tố quan trọng cần được cải thiện.

2.1. Độ chính xác của tín hiệu điện não

Độ chính xác của tín hiệu điện não là một trong những yếu tố quyết định đến hiệu quả của hệ thống BCI. Các yếu tố như nhiễu từ môi trường và sự thay đổi trong trạng thái tâm lý của người dùng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác này.

2.2. Thời gian xử lý tín hiệu

Thời gian xử lý tín hiệu là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tính khả thi của hệ thống BCI. Hệ thống cần phải xử lý tín hiệu trong thời gian thực để người dùng có thể điều khiển thiết bị một cách hiệu quả.

III. Phương pháp phát triển hệ thống điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não

Để phát triển hệ thống điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm thu nhận tín hiệu, tiền xử lý, phân loại và ra quyết định dựa trên tín hiệu điện não.

3.1. Thu nhận và tiền xử lý tín hiệu điện não

Quá trình thu nhận tín hiệu điện não được thực hiện thông qua thiết bị Emotiv EPOC. Sau đó, tín hiệu sẽ được tiền xử lý để loại bỏ nhiễu và tăng cường độ chính xác.

3.2. Phân loại tín hiệu điện não

Phân loại tín hiệu điện não là bước quan trọng trong việc xác định các lệnh điều khiển. Các thuật toán như Support Vector Machine (SVM) và Linear Discriminant Analysis (LDA) thường được sử dụng để phân loại tín hiệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não có nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực y tế và hỗ trợ người khuyết tật. Các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho nghiên cứu và phát triển.

4.1. Ứng dụng trong y tế

Hệ thống BCI có thể được sử dụng để điều khiển xe lăn tự động, giúp người khuyết tật di chuyển một cách độc lập. Ngoài ra, nó còn có thể hỗ trợ trong việc giao tiếp cho những người không thể nói.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu

Nghiên cứu về BCI không chỉ dừng lại ở việc điều khiển thiết bị mà còn mở rộng ra các lĩnh vực như nghiên cứu tâm lý học và thần kinh học, giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của não bộ.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về điều khiển thiết bị bằng tín hiệu điện não đang mở ra nhiều cơ hội mới cho công nghệ và y tế. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả cao hơn, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới, cải thiện độ chính xác và khả năng tương tác của hệ thống.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống BCI có khả năng điều khiển thiết bị một cách hiệu quả, với độ chính xác cao trong việc phân loại tín hiệu điện não.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng ra các ứng dụng mới, cải thiện công nghệ cảm biến và phát triển các thuật toán phân loại tín hiệu tiên tiến hơn.

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện Tử: Nghiên Cứu Điều Khiển Thiết Bị Bằng Tín Hiệu Điện Não