Aktivering Høy Gråtone Resolution Displays og nøyaktig respons tid målinger på konvensjonelle datamaskiner

Summary

Konvensjonell maskinvare kan ikke generere visuelle stimuli med tilstrekkelig høy gråtoner oppløsning og måle responstid med tilstrekkelig nøyaktighet. Vi beskriver hvordan du bruker VideoSwitcher å produsere høy oppløsning monokromatiske skjermer, og RTbox å måle responstid med høy nøyaktighet på konvensjonell maskinvare.

Abstract

Display-systemer basert på konvensjonelle datagrafikk kortene er i stand til å generere bilder med 8-bit grå nivå oppløsning. Men de fleste eksperimenter i synet forskning krever skjermer med mer enn 12 biter av luminans oppløsning. Flere løsninger er tilgjengelige. Bit + + ¹ og DataPixx ² bruker Digital Visual Interface (DVI) utgang fra grafikkort og høy oppløsning (14 eller 16-bit) digital-til-analog omformere for å drive analoge skjermer. Den VideoSwitcher ³ beskrives her kombinerer analoge videosignaler fra de røde og blå kanaler grafikkort med ulike vekter ved hjelp av en passiv resister nettverk ^fire og en aktiv krets å levere identiske videosignaler til de tre kanalene av farge skjermer. Metoden gir en rimelig måte å aktivere høyoppløselige monokromatiske skjermer med konvensjonelle grafikkort og analoge skjermer. Det kan også gi utløser signaler som kan brukes til å markerestimulans sykdomsangrep, noe som gjør det enkelt å synkronisere visuelle skjermer med fysiologiske opptak eller responstid målinger.

Selv tastaturer og mus brukes ofte i å måle responstid (RT), er nøyaktigheten av disse målingene ganske lav. Den RTbox er en spesialisert maskinvare-og programvareløsning for nøyaktige RT målinger. Koblet til vertsmaskinen gjennom en USB-tilkobling, er føreren av den RTbox kompatible med alle konvensjonelle operativsystemer. Den bruker en mikroprosessor og høy oppløsning klokke for å registrere identiteter og tidspunkt for knappen hendelser, som er bufret før vertsmaskinen henter dem. De registrerte Knappen hendelser påvirkes ikke av potensielle timing usikkerhet eller skjevheter knyttet til data overføring og behandling i vertsmaskinen. Den asynkrone lagring forenkler utformingen av brukerprogrammer. Flere metoder er tilgjengelige for å synkronisere klokkene i RTbox og verten bereger. Den RTbox kan også motta eksterne triggere og brukes til å måle RT med hensyn til eksterne hendelser.

Både VideoSwitcher og RTbox er tilgjengelig for brukerne å kjøpe. Relevant informasjon og mange demonstrasjonsprosjekter programmer kan bli funnet på http://lobes.usc.edu/ .

Protocol

1. VideoSwitcher

1.1. Koble VideoSwitcher til en datamaskin

Den VideoSwitcher (Figur 1) mottar analoge video (VGA) innganger og brukes til å drive katodestrålerør (CRT) fargemonitorer. Før du bruker VideoSwitcher, sørg for at grafikkortet i datamaskinen har enten VGA-port (Figur 2A) eller en Digital Visual Interface (DVI-I) port (figur 2B) som overfører både digitale og analoge videosignaler. En DVI-til-VGA-adapter (Figur 2C) er nødvendig for å koble DVI-I-porten til VideoSwitcher.

Slå av datamaskinen og skjermen og koble skjermen fra grafikkortet i datamaskinen.

Koble VGA eller DVI-I-porten på datamaskinen grafikkortet til inngangen porten på VideoSwitcher hjelp av den medfølgende VGA-kabelen. Bruk en liten skrutrekker for å sikre tilkoblinger.

Koble skjermens VGA-kabel til utgang av VideoSwitcher ennd sikre tilkoblinger.

Koble VideoSwitcher til en strømkilde hjelp av den medfølgende strømforsyningen.

Slå på datamaskinen og skjermen.

1.2. To visningsmoduser av video Switcher

Bryteren knappen på VideoSwitcher tillater brukeren å bytte tilbake-og-tilbake i to visningsmåter. I fargemodus, ikke VideoSwitcher ikke endre videosignalet fra datamaskinen grafikkortet. I gråtone-modus, blir skjermen monokromatisk, med sin lystetthet bestemt det meste av video signal fra den blå kanalen på grafikkortet, litt påvirket av signal fra den røde kanalen, og ingen bidrag fra den grønne kanalen. Dette er fordi resister nettverket inne i VideoSwitcher demper signalet fra den røde kanalen med en faktor på rundt 128, og signalet fra den grønne kanalen ikke bidrar i det hele tatt. Forholdet mellom bidragene fra den blå end røde kanaler til utgangen av VideoSwitcher kalles blå-til-rød ratio (BRratio). Den BRratio er eiendom en video Switcher, uavhengig av displayet oppsettet. Det kan bestemmes eksperimentelt for hver VideoSwitcher (se 1.3).

Visningsmodus kan også slås ved å sende en spesiell signal gjennom den grønne kanalen på grafikkortet ved hjelp av en funksjon samtale i Matlab:

PsychVideoSwitcher ('SwitchMode', whichScreen, ToGrayMode);

hvor ToGrayMode av 1 eller 0 betyr å bytte til gråtoner eller farger modus.

Figur 3 viser skjematisk av en VideoSwitcher.

1.3. Mål BRratio

Den BRratio kan måles for hver VideoSwitcher hjelp av en firkantet bølge rist deteksjon oppgave. De to nivåer av firkantbølge er tildelt RGB verdier som (0, 0, 40) og (x, 0, 39). Man kan justere verdien av x inntil firkantbølge ristforsvinner, og da x-verdien er BRratio --- omfanget av signalet i R-kanalen som fører til intensiteten produsert av en enhet av signal i B-kanalen. Selv om man kan måle BRratio elektronisk, for eksempel for å måle forholdet mellom spenning utganger av en VideoSwitcher på RGB-verdiene (0, 0, 255) og (255, 0, 0), er den psykologisk metoden beskrevet her svært enkel og nøyaktig.

1.4. Vis Kalibrering

For de fleste skjermer, ikke viser luminans ikke øker lineært med pixel grå nivå angitt av grafikkortet i datamaskinen. Forholdet kan beskrives som:

hvor L _maks, L _min og γ bestemmes med en Gammakorreksjon prosedyre, enten ved hjelp av fotometre eller ved en kombinasjon av psykofysiske prosedyrer og lystekniske målinger ^7,8. Gamma kalibrering er important å produsere nøyaktige kontraster på en skjerm, det må utføres for hver skjerm.

Med en fotometer, kan man bare vise en stor ensartet kvadrat på forskjellige piksel graylevels (f.eks, fra 0 til 255), måle luminans i sentrum av plassen, og passer resultatene med Formel 1 for å få γ.

Den psykologisk prosedyren innebærer å skape, i ett område av visning overflaten, så ensartet som mulig en blanding (i rom og tid) av like mengder av null-og full intensitet piksler og bestemme graylevel verdien av piksler i et tilstøtende homogent område ( hvor alle pikslene har samme intensitet) som produserer en psykologisk kamp til lystettheten til mixed-pixel område. Den første kampen bestemmer graylevel verdien for 1/2 av maksimal lysstyrke. En blanding av piksler med luminans intensiteter 1/2 og 1 brukes til å bestemme den 3/4 verdi, og denne prosedyren gjentas inntil syv verdier fROM 1/8 til 7/8 har blitt bestemt. Disse kampene blir gjentatt, og ulike kontroller for konsistens er laget, slik som bekrefter at en blanding av 3/4 og 1/4 kamper 1/2. I denne prosedyren, blir både B-og R nivåer av den homogene området justert, og U = B + R / BRratio. Resultatene kan passe med Formel 1 for å få γ.

Etter at vi får verdier av L _min, L _max og γ, kan vi sette bakgrunnen luminans L ₀ = (L _max + L _min) / 2, er forholdet mellom pixel kontrast c (U) og pixel grå nivå U:

Vi kan omskrive likningen for å løse for ønsket grå nivå for en gitt kontrast:

der U er normalt en ikke-heltall. RGB verdien av den tilsvarande pikselen er: R = BRratio * [U-int (U)], G = 0, B =int (U), hvor int () tar heltallsverdi av input sin.

1.5. Demo av en sinuskurve rist

Effekten av økt gråtoner oppløsning kan vises ved å sammenligne to sinuskurve rist. Risten på venstre bruker full kapasitet i VideoSwitcher med hver piksel intensitet spesifisert av den aktuelle R og B-verdier. Risten til høyre er den samme som den venstre bortsett fra at bare den avrundede U brukes som B verdi for hver piksel, etterligne produksjon av en 8-bits skjerm.

2. RTbox

2.1. Koble RTbox til en datamaskin

Koble RTbox (figur 4) til en USB-port på en datamaskin med den medfølgende kabelen. Hvis nødvendig, laste ned driveren til enheten fra http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm . Installer driveren følge instruksjonene på nettsiden.

2.2. Bruk RTboks for å måle responstid

Den RTbox kan brukes på to forskjellige måter.

Dersom brukerens program kan returnere pålitelige stimulans innsettende ganger, slik som tid returnert av Screen ('Flip') og PsychPortAudio i Psychtoolbox [8], kan RTbox brukes akkurat som et tastatur. Fordi stimulus onset ganger og RTbox knapp ganger er basert klokker av vertsdatamaskinen og RTbox, henholdsvis, må vi synkronisere de to klokkene. Dette gjøres med en funksjon samtale RTBox ('klar') før hver stimulus onset å fjerne uønskede hendelser i bufferen. Responstiden kan rett og slett måles som t _resp = t - t _angrep, der Tønset er stimulans tilbake fra brukeren programmet, og t er knappen tid returneres av funksjonen samtalen [t, knapp] = RTBox (timeout). Dette er fordi RTBox driveren automatisk konverterer knappen tiden fra RTbox tid til vertsdatamaskinen tid.

Dersom brukerens program kan ikkereturnere pålitelige stimulans innsettende ganger, må utløse signaler som tyder på stimuleringspakker sykdomsangrep bli gitt til RTbox. En løsning er å bruke en lyssensor for å utbruddet av stimulus eller en lys flekk som er synkronisert til stimulus. Utgangen av lyssensoren er koblet til lys porten på RTbox. En annen løsning er å bruke avtrekkeren produksjonen av VideoSwitcher. Utløseren kan kobles direkte til pulsen porten på RTbox. En tredje løsning er å koble lydsignalet av vertsmaskinen til lyden porten på RTbox.

For å generere en stimulans utbruddet trigger fra VideoSwitcher, vi "slår på" den grønne kanalen av pikslene i den sentrale delen av den første rammen av det visuelle stimulus. Fordi det ikke bidrar til motstander nettverk, er signalet i den grønne kanalen usynlig for faget. En funksjon samtale [t, knapp] = RTBox ('puls', timeout) returnerer responstid, hvor "Pulse" instruerer RTbox å beregne t han responstid i forhold til avtrekkeren. Den samme funksjonen samtalen brukes for lyd trigger. For lyssensorinnstillingene triggere, er funksjonen samtalen [t, knapp] = RTBox ('light', timeout).

3. Integrer VideoSwitcher og RTbox

Vi har programmert en demonstrasjon program som bruker VideoSwitcher å kontrollere skjermen, RTbox å samle presis respons tid, og RTbox å sende hendelsen kode og svar til et ERP-system. Programmet kan lastes ned fra http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m .

4. Representative Resultater

Figur 1. Bilde av en video switcher. Den har VGA-inngang og utgang (både kvinnelig), en knapp for å veksle mellom to visningsmodiene, og en utløser utgang.

ontent ">
Figur 2. Bilder fra VGA (A) og DVI-I (B) porter og en DVI-I til VGA adapter (C).

Figur 3. Skjematisk av en video switcher. Den multiplekser har to inntastingsmoduser, kontrollert av en spenningsnivå. Når det er i den modusen vist i skjematisk, RGB-kanaler til en skjerm får samme signal, så skjermen er i gråtoner modus. Den omkoblingsspenning er generert av en CPLD chip, styrt av signaler i G-kanal og overgangen knappen. Utløseren er også styrt av input i G-kanalen.

Figur 4. Bilde av en RTbox. Den har en USB-B-port, en lett inngang port, en puls / lydinntakport, en ekstern knapp inngang port, og en TTL utgang.

Discussion

Videoen veksler gir en kompakt, billig og enkel å bruke metoden til å generere høy lysstyrke oppløsning viser ved hjelp av konvensjonelle datagrafikk kort og analoge farge skjermer. Den er koblet mellom de analoge utgangene på grafikkortet og skjermen. Det kan også veksle mellom monokromatiske og kromatisk visningsmodiene, som gir ekstra komfort. Den trigger kanal tillater forskerne å synkronisere annet utstyr til visuelle skjermer.

Den RTbox er en kompakt, billig og enkel å bruke hardware / software-løsning for nøyaktig respons tidsmåling. Dersom eksterne triggere synkronisert med tiltakspakker sykdomsangrep er tilgjengelige, RT målinger er helt uavhengig av vertsmaskinen. For visuelle stimuli, designet vi en innebygd lys port for å motta utløser generert av fotodioder. Eksterne triggere kan også brukes til å kalibrere stimulus utbruddet tid tilbake av bruker programmet. Hvis brukeren kan gi degpresis stimulans utbruddet tid, nøyaktig synkronisering mellom vertsmaskinen og RTbox kan oppnås ved RTbox sjåfør, så det RTbox kan brukes til å oppnå nøyaktige RT målinger uten ekstern utløser. Det kan også motta eksterne knapper signaler, for eksempel utganger fra en MR-kompatibel knapp boksen, og overføre alle inngangssignaler og event markører til andre enheter, for eksempel en EEG system. Det kan fungere som et grensesnitt for samtidige EEG / MR registreringssystemer.