Summary
Conventionele computer hardware niet kan genereren visuele stimuli met voldoende hoge resolutie in grijswaarden en meten responstijden met voldoende nauwkeurigheid. We beschrijven hoe de VideoSwitcher om hoge-resolutie monochrome schermen te produceren, en de RTbox om responstijden meten met hoge nauwkeurigheid op conventionele computer hardware te gebruiken.
Abstract
Display systemen gebaseerd op conventionele computer grafische kaarten zijn in staat om het genereren van beelden met een 8-bit grijswaarde resolutie. Echter, de meeste experimenten in de visie van onderzoek vereisen displays met meer dan 12 bits van de luminantie resolutie. Meerdere oplossingen zijn beschikbaar. Bit + + 1 en 2 DataPixx de Digital Visual Interface (DVI) uitgang gebruiken van grafische kaarten en een hoge resolutie (14 of 16-bit) digitaal-naar-analoog converters op de analoge beeldschermen te rijden. De VideoSwitcher 3 beschrijft hier een combinatie van analoge video signalen van de rode en blauwe kanalen van grafische kaarten met verschillende gewichten het gebruik van een passieve verzetsstrijder netwerk 4 en een aktief circuit om een identieke video-signalen te leveren aan de drie kanalen van kleurenschermen. De methode biedt een goedkope manier om hoge-resolutie monochrome beeldschermen met behulp van conventionele grafische kaarten en analoge monitoren mogelijk te maken. Het kan ook triggersignalen die kunnen worden gebruikt om aan te gevenstimulus aanzetten, waardoor het gemakkelijk is om visuele displays te synchroniseren met een fysiologische opnames of de responstijd metingen.
Hoewel de computer toetsenborden en muizen worden vaak gebruikt voor het meten van reactietijd (RT), de nauwkeurigheid van deze metingen is vrij laag. De RTbox is een gespecialiseerde hard-en software-oplossing voor nauwkeurige RT metingen. Aangesloten op de host computer via een USB-aansluiting, de bestuurder van de RTbox is compatibel met alle gangbare besturingssystemen. Het maakt gebruik van een microprocessor en hoge-resolutie klok om op te nemen de identiteit en de timing van de knop evenementen, die worden gebufferd tot de host-computer haalt hen. De opgenomen knop gebeurtenissen worden niet beïnvloed door mogelijke timing onzekerheden of vooroordelen in verband met overdracht van gegevens en de verwerking in de ontvangende computer. De asynchrone opslag vereenvoudigt het ontwerp van gebruikersprogramma's. Er zijn verschillende methoden beschikbaar om de klokken van de RTbox en de host computers te synchroniserener. De RTbox kunt ook externe triggers en worden gebruikt om de RT te meten met betrekking tot externe gebeurtenissen.
Zowel VideoSwitcher en RTbox zijn beschikbaar voor gebruikers om te kopen. De relevante informatie en vele demonstratie is te vinden op http://lobes.usc.edu/ .
Protocol
1. VideoSwitcher
1.1. Sluit VideoSwitcher op een computer
De VideoSwitcher (Figuur 1) ontvangt analoge video (VGA) ingangen en wordt gebruikt om cathode ray tube (CRT) kleurenschermen te rijden. Voordat u de VideoSwitcher, zorg ervoor dat de computer graphics kaart heeft zowel een VGA-poort (figuur 2A) of een Digital Visual Interface (DVI-I)-poort (figuur 2B), die zowel digitale als analoge video signalen uitzendt. Een DVI-VGA adapter (Figuur 2C) nodig is om de DVI-I-poort de VideoSwitcher verbinden.
Zet de computer en de monitor uit en trek de monitor van de computer grafische kaart.
Sluit de VGA-of DVI-I-poort van de computer grafische kaart aan de ingang van de VideoSwitcher behulp van de meegeleverde VGA-kabel. Gebruik een kleine schroevendraaier om de verbindingen te beveiligen.
Sluit de monitor VGA-kabel aan op de uitgang van de VideoSwitcher eennd zet de verbindingen.
Sluit de VideoSwitcher op een voedingsbron met de meegeleverde stroomadapter.
Zet de computer en de monitor.
1.2. Twee weergavemodi van de video-switcher
De schakelaar knop op de VideoSwitcher kan de gebruiker heen-en-weer schakelen in twee weergavemodi. In de kleur modus wordt de VideoSwitcher niet weg videosignaal van de computer grafische kaart. In de grijswaarden-modus, het scherm monochroom, met de luminantie vooral bepaald door het videosignaal van het blauwe kanaal van de grafische kaart, enigszins beïnvloed door het signaal van het rode kanaal, en geen bijdrage van de groene kanaal. Dit komt omdat de resister netwerk in het VideoSwitcher verzwakking van het signaal van de rode kanaal met een factor van ongeveer 128 en het signaal van het groene kanaal niet geheel bijdraagt. De verhouding van de bijdragen van de blauwe eend rode kanalen met de uitgang van de VideoSwitcher wordt blauw tot rood-ratio (BRratio). De BRratio is eigendom van een Video Switcher, onafhankelijk van het display setup. Het kan proefondervindelijk worden bepaald voor elk VideoSwitcher (zie 1.3).
Het display modus kan ook worden ingeschakeld door het sturen van een speciaal signaal door het groene kanaal van de grafische kaart met een functie-aanroep in Matlab:
PsychVideoSwitcher (switchmode, whichScreen, ToGrayMode);
waar ToGrayMode van 1 of 0 betekent over te schakelen naar grijstinten of kleur modus.
Figuur 3 toont het schema van een VideoSwitcher.
1.3. Meet BRratio
De BRratio kan worden gemeten voor elke VideoSwitcher met een blokgolf raster detectiewensen. De twee lagen van de blokgolf toegewezen RGB-waarden zoals (0, 0, 40) en (x, 0, 39). Men kan pas de waarde van x tot de blokgolf roosterverdwijnt, waarna de waarde van x het BRratio --- de grootte van het signaal in de R-kanaal leidt naar de intensiteit die door een eenheid van het signaal in de B-kanaal. Hoewel men de BRratio elektronisch meten, bijvoorbeeld de verhouding van de spanning uitgangen van een VideoSwitcher op RGB-waarden van (0, 0, 255) en (255, 0, 0) gemeten, de psychofysische hier beschreven methode is zeer eenvoudig en nauwkeurig.
1.4. Display Calibration
Voor de meeste monitoren, is weergave luminantie niet lineair toeneemt met de pixel grijze-niveau dat in de computer grafische kaart. De verhouding kan worden beschreven als: 
waarin L max, L min en γ worden bepaald met een gammacorrectie procedure, hetzij door fotometers of door een combinatie van psychofysische procedures fotometrische 7,8. Gamma kalibratie Belangrijt nauwkeurige contrasten produceren op een display moet worden uitgevoerd voor elke weergeefinrichting.
Met een fotometer, kan men gewoon een grote uniforme vierkante weer te geven op verschillende pixel graylevels (bijvoorbeeld van 0 tot 255), het meten van de luminantie van het centrum van het plein, en passen de resultaten met vergelijking 1 tot en met γ te verkrijgen.
De psychofysische procedure heeft betrekking op het creëren, in een gebied van het bekijken oppervlak, zo uniform mogelijk een mengsel (in ruimte en tijd) van gelijke hoeveelheden van nul-en full-intensiteit pixels en het bepalen van de graylevel waarde van de pixels in een aangrenzende homogeen gebied ( waarbij alle pixels dezelfde intensiteit) die produceert een psychofysisch wedstrijd de luminantie van het gemengde pixelgebied. De eerste wedstrijd bepaalt de graylevel waarde voor de 1/2 van maximale luminantie. Een mengsel van pixels met luminantie intensiteiten 1/2 en 1 wordt gebruikt om de 3/4 te bepalen, en deze procedure wordt herhaald tot zeven waarden from 1/8 7/8 zijn bepaald. Deze resultaten worden herhaald, en de controles consistentie zijn, zoals controleren of een mengsel van 3/4 en 1/4 resultaten 1/2. Hierbij zijn zowel de B en R niveaus van het homogeen deel aangepast en U = B + R / BRratio. De resultaten kunnen worden passen in vergelijking 1 tot en met γ te verkrijgen.
Nadat we bekomen waarden van L min, L max en γ, kunnen we de achtergrond luminantie L 0 = (L max + L min) / 2, De relatie tussen pixel contrast c (U) en pixel grijsniveau U is: 
We kunnen herschrijven van de vergelijking op te lossen voor de gewenste grijze niveau voor een bepaalde contrast: 
waarin U gewoonlijk een niet-geheel getal. De RGB waarde van de corresponderende pixel is: R = BRratio * [U-int (U)], G = 0, b =int (U), waarbij int () wordt de gehele waarde van de ingang.
1.5. Demo van een sinusgolf rooster
Het effect van verhoogde grijswaarden resolutie kan worden aangetoond door twee rasters sinusgolf. Het raster links gebruikt de volledige capaciteit van de VideoSwitcher waarbij elke pixel intensiteit die door de juiste R en B-waarden. Het raster rechts is hetzelfde als de linker behalve dat alleen de afgeronde U gebruikt als B van elke pixel, nabootsen van de uitgang van een 8-bits weergeefinrichting.
2. RTbox
2.1. Sluit de RTbox op een computer
Sluit de RTbox (figuur 4) op een USB-poort van een computer met de meegeleverde kabel. Indien nodig, download het stuurprogramma van het apparaat uit http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm . Installeer het stuurprogramma volgens de instructies op de website.
2.2. Gebruik de RTbox om de reactietijd te meten
De RTbox kan op twee manieren.
Als de gebruiker het programma kan terugkeren betrouwbare stimulans begin tijd, zoals de tijd die wordt geretourneerd door Screen ('Flip') en PsychPortAudio in Psychtoolbox [8], de RTbox kan gebruikt worden net als een toetsenbord. Omdat stimulans begin tijden en RTbox knop tijden zijn gebaseerd de klokken van de host-computer en de RTbox, respectievelijk, moeten we het synchroniseren van de twee klokken. Dit wordt gedaan met een functie-aanroep RTBox ('clear') voorafgaand aan elke stimulus aanzet tot ongewenste gebeurtenissen te wissen in de buffer. De reactietijd kan eenvoudig worden gemeten als t resp = t - t begin, waar tonset is de stimulus terug van de gebruiker programma, en t is de knop de tijd wordt geretourneerd door de functie-aanroep [t, button] = RTBox (time-out). Dit komt omdat de RTBox bestuurder, converteert de knop vanaf de RTbox tijd tot tijd host computer.
Als de gebruiker het programma kan nietterug betrouwbare prikkel ontstaan tijden, moet triggersignalen aangeeft stimulans aanzetten worden verstrekt aan de RTbox. Een oplossing is om een lichtsensor te gebruiken om het begin van de stimulus of een lichte patch die wordt gesynchroniseerd met de stimulus op te sporen. De uitgang van de lichtsensor is aangesloten op de licht-poort van de RTbox. Een tweede oplossing is het gebruik van de trigger uitgang van de VideoSwitcher. De trekker kan direct worden aangesloten op de poort van de puls RTbox. Een derde oplossing is om het audiosignaal van de host-computer aan te sluiten om het geluid poort van de RTbox.
Een impuls begin van de trekker VideoSwitcher genereren we "zetten" groene kanaal van de pixels in het centrale gedeelte van het eerste frame van de visuele stimulus. Omdat het niet bijdragen aan het weerstandsnetwerk het signaal in het groene kanaal onzichtbaar het onderwerp. Een functie-aanroep [t, button] = RTBox ('pulse', time-out) geeft de responstijd, waar 'pulse' instrueert de RTbox om t te berekenen hij responstijd ten opzichte van de trekker. Ditzelfde oproep voor geluid trigger. Voor lichtsensor triggers, de functie oproep [t, button] = RTBox ('light', time-out).
3. Integreer VideoSwitcher en RTbox
We hebben geprogrammeerd een demonstratie programma dat de VideoSwitcher gebruikt om de weergave, de RTbox om nauwkeurige responstijd te verzamelen, en de RTbox om event-code en reacties verzenden naar een ERP-systeem. Het programma kan worden gedownload van http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m .
4. Representatieve resultaten
Figuur 1. Beeld van een video switcher. Het heeft VGA-ingang en-uitgang (zowel vrouwelijke), een knop om te schakelen tussen de twee weergavemodi en een trigger uitgang.
Figuur 2. Foto's van VGA (A) en DVI-I (B)-poorten en een DVI-I-naar-VGA-adapter (C).
Figuur 3. Het schema van een videoschakelaar. De multiplexer twee ingangsfunctie, gestuurd door een spanning. Wanneer het in de stand weergegeven in het schema van de RGB-kanalen van een monitor hetzelfde signaal ontvangen, zodat het scherm in grijsschaal. De schakelspanning wordt opgewekt door een CPLD chip, gestuurd door signalen van de G-kanaal en de schakelknop. De schakelaar wordt eveneens door de ingang van de G-kanaal.
Figuur 4. Afbeelding van een RTbox. Het heeft een USB-B-poort, een lichte ingangspoort, een puls / geluidsinvoer-poort, een externe toets ingangspoort en een TTL-uitgang.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De video switcher biedt een compact, goedkoop, en makkelijk te gebruiken methode voor het genereren van hoge luminantie resolutie schermen met behulp van conventionele computer grafische kaarten en analoge kleur monitoren. Het wordt aangesloten tussen de analoge uitgangen van de grafische kaart en de monitor. Het kan ook schakelen tussen monochromatische en chromatische display modes, het verstrekken van extra gemak. De trigger-kanaal stelt onderzoekers in staat om andere apparatuur te synchroniseren met visuele displays.
De RTbox is een compacte, goedkope en eenvoudig te gebruiken hardware / software oplossing voor accurate respons tijdmeting. Als externe triggers gesynchroniseerd met stimulus aanzetten beschikbaar zijn, RT metingen zijn volledig onafhankelijk van de host-computer. Voor de visuele prikkels, hebben we een ingebouwde licht-poort voor het ontvangen triggers die door fotodiodes. Externe triggers kunnen ook worden gebruikt om de stimulus aanvangstijd geretourneerd gebruikersprogramma kalibreren. Als de gebruiker programma kanprecieze stimulusaanvang tijd nauwkeurige synchronisatie tussen de computer en de RTbox kan worden bereikt door de bestuurder RTbox, zodat de RTbox worden gebruikt om een nauwkeurige metingen bij RT zonder externe trigger. Het kan ook ontvangen externe toets signalen, zoals de als output van een MRI-compatibele-knop in en versturen alle ingangssignalen en event markers met andere apparaten, zoals een EEG-systeem. Het kan dienen als interface voor het gelijktijdig EEG / MRI-opname systemen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Dit werk werd gefinancierd door NEI en NIMH.
References
- Bits# Stimulus Processor with integrated Data Acquisition. , Cambridge Research Systems Ltd. United Kingdom. Available from: http://www.crsltd.com/tools-for-vision-science/visual-stimulation/bits-sharp/ (2011).
- Visual Stimulators. , VPixx Technologies Inc. Canada. Available from: http://www.vpixx.com/products/visual-stimulators/datapixx.html (2011).
- Li, X., Lu, Z. -L., Xu, P., Jin, J., Zhou, Y. Generating high gray-level resolution monochrome displays with conventional computer graphics cards and color monitors. Journal of Neuroscience Methods. 130 (1), 9-18 (2003).
- Pelli, D. G., Zhang, L. Accurate control of contrast on microcomputer displays. Vision Research. 31, 1337-1350 (1991).
- Li, X., Liang, Z., Kleiner, M., Lu, Z. -L. RTbox: A device for highly accurate response time measurements. Behavior Research Methods. 42 (1), 212-225 (2010).
- Psychtoolbox-3. , United States. Available from: http://psychtoolbox.org/ (2012).
- Lu, Z. L., Sperling, G.
- Colombo, E., Derrington, A.
