眼動符號表達系統之可行性研究

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姓名

王敏智(Min-Jhih Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

眼動符號表達系統之可行性研究
(Feasibility Study of Symbols Expression System Based On Eye Movement)

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摘要(中)

溝通對於一個意識清醒卻無法正常表達的漸凍人而言，是一件遙不可及的事。倘若有一套不同以往的溝通介面，在使用者對外界表達的一般功能完全喪失的情形下，能夠很清楚傳達他的意思。那對於漸凍人的對外界溝通與病情了解方面，將有莫大的幫助。
本研究的目的在於建構一套“眼動符號表達系統”，就是使用眼睛特定移動的軌跡來表達特定符號的系統。藉由量測眼睛周圍微弱的電位差，包含雙眼左右與單眼上下的電位差，以得知眼睛移動的方向，並使用電腦軟體處理分析技術來判定使用者所表達的符號。
在本論文中，以眼電圖法 (Electro-OculoGraphy, EOG) 來作為擷取眼睛移動訊號的方法，並使用眼動訊號震盪的方向、次數與相關性作為學習向量量化 (Learning Vector Quantization, LVQ) 類神經網路的輸入特徵值，藉此判斷使用者所勾勒出的符號。系統裡共內建了10個數字和4個四則運算符號，讓使用者傳達不同的意思。

摘要(英)

Communicating is an impossible mission for disables who have normal function eyes and is conscious, but can’t express normally. If there exists a new communicating interface, in a situation of users express function loss completely, it could transmit his will clear. It is utmost help for the outside communicating to disables and patients’’ condition understanding.
Our research objective is constructing a unit of “Symbols Expression System Based On Eye Movement”, that is a system that utilize particular eye movement locus to express particular symbols. By sensing week potential around eye to be aware of the direction of eye movement and using software analysis technology to judge the users express symbols.
In my thesis, I utilize Electro-OculoGraphy (EOG) to be the method of acquiring eye movement signal. Using the eye shaking direction, the number of times and correlation as the input characteristic value of the Learning Vector Quantization (LVQ) Neural Network, depend it judging the symbols draw by user. In the system, there are fourteen kinds of symbols for use, hence, it could allow user to express different mean.

關鍵字(中)

★ 眼電圖
★ 眼動訊號
★ 符號表達

關鍵字(英)

★ EOG
★ eye movement signal
★ symbol express

論文目次

摘要
第一章緒論
1.1 研究動機……………………………………………………………1
1.2 研究目的……………………………………………………………2
1.3 研究方法……………………………………………………………2
1.4 文獻回顧……………………………………………………………3
1.5 論文架構……………………………………………………………4
第二章研究背景
2.1 眼球運動原理………………………………………………………5
2.2 量測眼球運動之相關研究…………………………………………6
第三章方法說明簡介
3.1 移動平均濾波……………………………………………………10
3.2 類神經網路
3.2.1 類神經網路簡介………………………………………………13
3.2.2 學習向量量化網路架構與理論………………………………13
第四章眼動符號表達系統架構
4.1 系統硬體架構圖與簡介…………………………………………21
4.2 眼動電訊號擷取、放大…………………………………………22
4.3 眼動電訊號取樣、數位化………………………………………24
4.4 訊號處理與類神經網路分類
4.4.1 訊號處理……………………………………………………27
4.4.2 類神經網路分類……………………………………………32
第五章實驗、結果、與討論
5.1 眼動訊號的錄製…………………………………………………34
5.2 訊號處理…………………………………………………………36
5.3 類神經網路訓練…………………………………………………37
5.4 類神經網路測試…………………………………………………40
5.5 討論………………………………………………………………45
第六章結論與未來研究方向……………………………………………48
參考文獻……………………………………………………………………50
附錄 14個符號的錄製樣本………………………………………………52

參考文獻

[1] G. Norris and E. Wilson, “The Eye Mouse, An Eye Communication Device,” IEEE Bioengineering Conference, pp. 66-67, 1997.
[2] R. Barea, L. Boquete, M. Mazo, and E. López, “System for Assisted Mobility Using Eye Movements Based on Electrooculography,” IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 10, no. 4, pp. 209-218, 2002.
[3] J. J. Gu, Max Meng, A. Cook, and M. G. Faulkner, “A Study of Natural Eye Movement Detection and Ocular Implant Movement Control Using Processed EOG Signals,” IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol. 2, pp. 1555-1560, 2001.
[4] S. I. Fox著, 林茂村等譯, 人體生理學, 台北: 文京, pp. 258-273, 1998.
[5] J. W. Hole, Jr. and K. A. Koos著, 胡明一等譯, 人體解剖學 (Human Anatomy), 台北: 藝軒, pp. 349-362, 1991.
[6] 劉文義, 以眼球電訊號控制之殘障者人機介面設計, 碩士學位論文, 台北: 國立台灣大學電機工程學研究所碩士論文, 1996.
[7] 簡志忠, 光學式瞳位追蹤器之人機介面系統研製, 碩士學位論文, 台中: 私立逢甲大學自動控制工程研究所, 1997.
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[9] R. M. Rangayyan, Biomedical Signal Analysis: A Case-Study Approach, New York, NY: Wiley Interscience, pp. 99-108, 2002.
[10] 葉怡成, 類神經網路模式應用與實作, 台北: 儒林, 2003.
[11] 德州儀器公司網頁, http://www-s.ti.com/sc/ds/ina128.pdf

指導教授

蔡章仁(Jang-Zern Tsai)

審核日期

2004-7-14

推文