基于FPGA的动态渐变色SSVEP采集与轻量解码系统

来源：计算机工程与应用杂志2026年第14期北京时间：

作者：袁晓曦, 周正东, 袁梦瑶, 蔡智, 杨泽毅, 刘文豪

单位：南京航空航天大学 航空航天结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016；

摘要：基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的脑机接口（BCIs）在便携式人机交互领域展现出广阔的应用前景，但仍面临实时高性能信号采集、高效处理与视觉舒适性等多重挑战。针对上述问题，提出了一种高效、便携、低功耗的端到端脑电解码系统。设计了一种新型动态渐变色SSVEP刺激范式，在增强基频响应强度的同时显著提升了视觉舒适度。研制了一套基于ZYNQ的便携式端到端脑电处理与解码系统，利用ZYNQ芯片的FPGA部分实现多通道脑电信号的高速采集，并在ARM处理器中部署轻量级时间卷积神经网络（tCNN），以支持在线实时脑电解码。从响应强度、分类准确率和视觉舒适性三个维度对系统性能进行综合评估，实验结果表明，与传统的纯红色刺激范式相比，所提出的动态渐变色范式能够有效增强基频响应强度，平均分类准确率达到82.9%，信息传输率（ITR）提升9.8%。该系统不仅在SSVEP-BCI系统性能提升方面表现出明显优势，同时也为改善用户体验提供了有效途径，具有重要的应用价值。

关键词：脑机接口（BCIs）,稳态视觉诱发电位（SSVEP）,便携式开发,现场可编程门阵列（FPGA）,卷积神经网络

基金资助：国家自然科学基金面上项目（52375570）； 中国航空研究院首批揭榜挂帅项目（F2021109）；上海航天科技创新基金（SAST2019-121）；南京航空航天大学研究生科研与实践创新计划项目（xcxjh20240110， xcxjh20240111）；江苏高校优势学科建设工程（PAPD）。