Phân Tích Hoạt Động Mắt và Ứng Dụng Điều Khiển Thiết Bị Sử Dụng Phần Mềm Emotiv Pro

• Tác giả: Nguyễn Thị Kiều Oanh
• Người hướng dẫn: Th.S Ngô Bá Việt
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Y Sinh
• Đề tài: Phân Tích Hoạt Động Mắt và Ứng Dụng Điều Khiển Thiết Bị Bằng Phần Mềm Emotiv Pro
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. GIỚI HẠN
• 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.5. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TÍN HIỆU EEG
• 3. CHƯƠNG 3: THU THẬP, TIỀN XỬ LÝ TÍN HIỆU EEG VÀ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TÍN HIỆU EEG
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TÍN HIỆU EEG CHO ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN
• 4.1. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÙNG TÍN HIỆU EEG
• 4.2. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
• 4.3. DỰ TOÁN MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TÍN HIỆU NHÁY MẮT ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.1. KẾT QUẢ PHÂN LOẠI TÍN HIỆU EEG
• 5.2. KẾT QUẢ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phân Tích Hoạt Động Mắt Với Emotiv Pro

Bài viết này tập trung vào phân tích hoạt động mắt và ứng dụng của nó trong việc điều khiển thiết bị thông qua phần mềm Emotiv Pro. Eye tracking mở ra những khả năng mới trong tương tác người-máy, đặc biệt là với những người khuyết tật. Nghiên cứu này xem xét việc sử dụng EEG để giải mã các chuyển động mắt và biến chúng thành các lệnh điều khiển. Nó hứa hẹn mang lại sự độc lập và cải thiện chất lượng cuộc sống cho những người gặp khó khăn trong việc vận động. Các phương pháp xử lý tín hiệu não tiên tiến cho phép giải mã chính xác hơn, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Công Nghệ Eye Tracking

Công nghệ eye tracking ghi lại chuyển động mắt và phân tích các chỉ số như fixations and saccades, pupil dilation. Dữ liệu này cung cấp thông tin chi tiết về sự chú ý, nhận thức và quá trình ra quyết định của người dùng. Các hệ thống phần mềm eye tracking tiên tiến như Emotiv Pro cho phép thu thập và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả. Điều này mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu trong các lĩnh vực như nghiên cứu thị giác, user experience (UX), usability testing, và nghiên cứu hành vi người dùng.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Điều Khiển Thiết Bằng Mắt Cho Người Khuyết Tật

Điều khiển thiết bị bằng mắt mang lại sự độc lập và cải thiện chất lượng cuộc sống cho người khuyết tật. Hệ thống này cho phép họ tương tác với môi trường xung quanh, điều khiển các thiết bị gia dụng, giao tiếp và truy cập thông tin một cách dễ dàng hơn. Công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc hỗ trợ người khuyết tật tham gia vào các hoạt động xã hội và nghề nghiệp.

II. Thách Thức Giới Hạn Trong Phân Tích Ánh Mắt Với EEG

Phân tích ánh mắt bằng EEG và Emotiv Pro đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm nhiễu tín hiệu, biến đổi sinh lý của người dùng, và độ chính xác hạn chế. Việc calibration eye tracking và xử lý tín hiệu não phức tạp đòi hỏi các thuật toán tiên tiến và kỹ năng chuyên môn cao. Bên cạnh đó, sự khác biệt giữa các cá nhân trong sóng não cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống. Cần có những nghiên cứu sâu hơn để giải quyết những vấn đề này và cải thiện độ tin cậy của giao diện não-máy tính.

2.1. Vấn Đề Nhiễu Tín Hiệu EEG Và Cách Khắc Phục

Tín hiệu EEG rất nhạy cảm với nhiễu từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm hoạt động cơ bắp, chuyển động mắt, và nhiễu điện từ. Việc loại bỏ nhiễu là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phân tích dữ liệu eye tracking. Các kỹ thuật xử lý tín hiệu như lọc, phân tích thành phần độc lập (ICA), và thuật toán eye tracking có thể được sử dụng để giảm thiểu nhiễu và cải thiện chất lượng tín hiệu.

2.2. Đảm Bảo Độ Chính Xác Eye Tracking Khi Sử Dụng Emotiv Pro

Độ chính xác eye tracking là một yếu tố quan trọng đối với hiệu quả của hệ thống. Các yếu tố như vị trí điện cực, chất lượng tiếp xúc, và calibration eye tracking có thể ảnh hưởng đến độ chính xác. Việc sử dụng các giao thức đo lường tiêu chuẩn và phần mềm eye tracking tiên tiến có thể giúp tối ưu hóa độ chính xác.

2.3. Sự Khác Biệt Cá Nhân Trong Tín Hiệu Sóng Não Cần Lưu Ý

Mỗi cá nhân có một kiểu sóng não riêng biệt, do đó, cần phải tùy chỉnh hệ thống cho từng người dùng. Việc huấn luyện BCI và calibration eye tracking có thể giúp hệ thống thích ứng với các đặc điểm riêng của từng cá nhân. Việc phân tích dữ liệu từ nhiều người tham gia cũng giúp cải thiện khả năng khái quát hóa của mô hình.

III. Phương Pháp Phân Tích Hoạt Động Mắt Bằng Emotiv Pro

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm Emotiv Pro để thu thập và phân tích dữ liệu eye tracking. Dữ liệu EEG được thu thập từ các điện cực trên da đầu trong khi người tham gia thực hiện các tác vụ liên quan đến chuyển động mắt. Các thuật toán eye tracking được sử dụng để xác định fixations and saccades, pupil dilation, và các chỉ số khác. Dữ liệu này sau đó được sử dụng để huấn luyện mô hình mạng CNN để phân loại các dạng nháy mắt khác nhau.

3.1. Quy Trình Thu Thập Dữ Liệu EEG Với Emotiv Pro

Quy trình thu thập dữ liệu bao gồm việc chuẩn bị thiết bị, gắn điện cực, calibration eye tracking, và ghi lại dữ liệu EEG trong khi người tham gia thực hiện các tác vụ cụ thể. Việc tuân thủ các giao thức tiêu chuẩn và đảm bảo chất lượng tín hiệu là rất quan trọng để đảm bảo tính hợp lệ của dữ liệu.

3.2. Xây Dựng Mô Hình Mạng CNN Để Phân Loại Dạng Nháy Mắt

Mạng CNN được sử dụng để phân loại các dạng nháy mắt khác nhau dựa trên dữ liệu EEG. Mô hình được huấn luyện bằng cách sử dụng tập dữ liệu lớn và được đánh giá bằng cách sử dụng các chỉ số như độ chính xác, độ nhạy và độ đặc hiệu. Kiến trúc mạng và các tham số huấn luyện được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất của mô hình.

3.3. Tối Ưu Hóa Thuật Toán Eye Tracking Cho Độ Chính Xác Cao

Sử dụng các thuật toán eye tracking tiên tiến để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phân tích chuyển động mắt. Các thuật toán này bao gồm các phương pháp lọc, phát hiện fixations and saccades, và ước tính vị trí mắt. Tối ưu hóa các tham số của thuật toán và đánh giá hiệu suất trên các tập dữ liệu khác nhau.

IV. Ứng Dụng Điều Khiển Thiết Bị Dựa Trên Phân Tích EEG Emotiv

Kết quả phân tích EEG Emotiv được sử dụng để điều khiển thiết bị. Các dạng nháy mắt khác nhau được gán cho các lệnh điều khiển khác nhau. Ví dụ, nháy mắt trái có thể được sử dụng để di chuyển con trỏ sang trái, nháy mắt phải để di chuyển con trỏ sang phải. Hệ thống này có thể được sử dụng để điều khiển máy tính, thiết bị gia dụng, hoặc xe lăn điện.

4.1. Thiết Kế Giao Diện NãO Máy Tính Thân Thiện Với Người Dùng

Giao diện não-máy tính (BCI) được thiết kế để dễ sử dụng và thân thiện với người dùng. Giao diện cung cấp phản hồi trực quan và âm thanh để giúp người dùng hiểu rõ trạng thái của hệ thống. Các tùy chọn tùy chỉnh cho phép người dùng điều chỉnh hệ thống theo nhu cầu cá nhân.

4.2. Kiểm Soát Thiết Bị Gia Dụng Bằng Ánh Mắt

Hệ thống có thể được sử dụng để kiểm soát thiết bị gia dụng như đèn, quạt, TV, và máy lạnh. Điều này có thể mang lại sự độc lập và tiện lợi cho người khuyết tật. Việc tích hợp với các hệ thống nhà thông minh có thể mở rộng khả năng điều khiển thiết bị.

4.3. Điều Khiển Xe Lăn Điện Bằng Tín Hiệu Nháy Mắt

Ứng dụng phân tích EEG Emotiv vào việc điều khiển xe lăn điện mang lại sự tự do di chuyển cho những người mất khả năng vận động. Tín hiệu nháy mắt được sử dụng để điều khiển hướng và tốc độ của xe lăn. Các biện pháp an toàn được tích hợp để ngăn chặn các tai nạn.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Độ Chính Xác Eye Tracking

Nghiên cứu đã đạt được kết quả khả quan trong việc phân loại tín hiệu EEG và điều khiển thiết bị. Độ chính xác eye tracking đạt được đủ để cho phép điều khiển các thiết bị một cách hiệu quả. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tiềm năng để cải thiện hiệu suất của hệ thống. Các thử nghiệm thực tế cho thấy hệ thống có thể giúp người khuyết tật thực hiện các tác vụ hàng ngày một cách dễ dàng hơn.

5.1. So Sánh Độ Chính Xác Eye Tracking Với Các Phương Pháp Khác

So sánh độ chính xác eye tracking đạt được với các phương pháp khác như sử dụng camera theo dõi mắt. Phân tích ưu và nhược điểm của từng phương pháp. Đánh giá tiềm năng của EEG trong việc cung cấp một giải pháp thay thế chi phí thấp và không xâm lấn.

5.2. Thử Nghiệm Thực Tế Phản Hồi Từ Người Dùng

Tiến hành thử nghiệm thực tế với người dùng khuyết tật để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của hệ thống. Thu thập phản hồi từ người dùng về tính dễ sử dụng, độ tin cậy, và các tính năng cần cải thiện. Sử dụng phản hồi này để điều chỉnh và tối ưu hóa hệ thống.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Ứng Dụng Eye Tracking Emotiv

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của việc sử dụng EEG và Emotiv Pro để phân tích hoạt động mắt và điều khiển thiết bị. Ứng dụng eye tracking Emotiv có thể mang lại lợi ích to lớn cho người khuyết tật và mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu trong tương lai. Việc phát triển các thuật toán eye tracking tiên tiến hơn, cải thiện độ chính xác eye tracking, và tích hợp với các công nghệ khác có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống.

6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Trong Y Học Giáo Dục Marketing Gaming

Ứng dụng eye tracking không chỉ giới hạn trong việc hỗ trợ người khuyết tật mà còn có tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác như ứng dụng trong y học, ứng dụng trong giáo dục, ứng dụng trong marketing, và ứng dụng trong gaming. Ví dụ, trong y học, eye tracking có thể được sử dụng để chẩn đoán các rối loạn thần kinh. Trong giáo dục, nó có thể được sử dụng để đánh giá mức độ tập trung của học sinh. Trong marketing, nó có thể được sử dụng để đo lường hiệu quả của quảng cáo. Trong gaming, nó có thể tăng cường trải nghiệm người dùng.

6.2. Hướng Phát Triển Các Thuật Toán Phân Tích Chuyển Động Mắt

Phát triển các thuật toán phân tích chuyển động mắt tiên tiến hơn để cải thiện độ chính xác, độ tin cậy, và khả năng khái quát hóa của hệ thống. Nghiên cứu các phương pháp mới để loại bỏ nhiễu, thích ứng với sự khác biệt cá nhân, và tích hợp với các cảm biến khác. Khám phá các ứng dụng mới của phân tích chuyển động mắt trong các lĩnh vực như neuroscience và cognitive science.