Aktivering Høj gråtoner højopløste displays og præcise svar tidsmålinger på konventionelle computere

Summary

Konventionel computer hardware kan ikke generere visuelle stimuli med tilstrækkelig høj gråtoner opløsning og måle svartider med tilstrækkelig nøjagtighed. Vi beskriver, hvordan du bruger VideoSwitcher til at producere høj opløsning monokromatiske skærme, og RTbox at måle svartiderne med stor nøjagtighed på konventionel computer hardware.

Abstract

Display systemer baseret på konventionelle computer grafikkort er i stand til at generere billeder med 8-bit grå niveau opløsning. De fleste forsøg i Vision Research kræver displays med mere end 12 bit luminans opløsning. Adskillige opløsninger er tilgængelige. Bit + + ¹ og DataPixx ² bruge Digital Visual Interface (DVI) udgang fra grafikkort og høj opløsning (14 eller 16-bit) digital-til-analog konvertere til at køre analoge skærme. Den VideoSwitcher ³ beskrives her kombinerer analoge videosignaler fra de røde og blå kanaler grafikkort med forskellig vægt ved hjælp af et passivt resister netværk ⁴ og et aktivt kredsløb til at levere identiske videosignaler til de tre kanaler farvemonitorer. Metoden giver en billig måde at gøre det muligt for høj opløsning monokromatiske skærme ved hjælp af konventionelle grafikkort og analoge skærme. Det kan også tilvejebringe triggersignaler, der kan anvendes til at mærkestimulus indledninger, hvilket gør det nemt at synkronisere visuelle displays med fysiologiske optagelser eller svartid målinger.

Selv computertastaturer og mus ofte anvendes til måling reaktionstider (RT), nøjagtigheden af ​​disse målinger er temmelig lav. Det RTbox er en specialiseret hardware og software løsning til nøjagtige RT målinger. Forbundet til værten computeren via en USB-forbindelse, føreren af ​​RTbox er kompatibel med alle gængse operativsystemer. Det bruger en mikroprocessor og høj opløsning uret for at registrere identitet og tidspunktet for knap begivenheder, som er buffer, indtil værtscomputeren henter dem. De optagne knap begivenheder påvirkes ikke af potentielle tidsmæssige usikkerhed eller fordomme i forbindelse med datatransmission og forarbejdning i værtscomputeren. Den asynkrone opbevaring forenkler udformningen af ​​brugeren programmer. Adskillige metoder er tilgængelige til at synkronisere ure af RTbox og værten Computis. Den RTbox kan også modtage eksterne udløser og anvendes til at måle RT med hensyn til eksterne hændelser.

Både VideoSwitcher og RTbox er til rådighed for brugerne at købe. De relevante oplysninger og mange demonstration kan findes på http://lobes.usc.edu/ .

Protocol

1. VideoSwitcher

1,1. Forbinde VideoSwitcher til en computer

Den VideoSwitcher (figur 1) modtager analoge video (VGA) indgange og bruges til at drive katodestrålerør (CRT) farvemonitorer. Før du bruger VideoSwitcher, at computeren grafikkort har enten en VGA-port (figur 2A) eller en Digital Visual Interface (DVI-I) port (figur 2B), der transmitterer både digitale og analoge videosignaler. En DVI-til-VGA-adapter (Figur 2C) er nødvendigt at forbinde DVI-I port til VideoSwitcher.

Sluk for computeren og skærmen og fjern skærmen fra computeren grafikkortet.

Tilslut VGA eller DVI-I port på computeren grafikkortet til indgangen port VideoSwitcher hjælp af det medfølgende VGA-kabel. Brug en lille skruetrækker til at sikre forbindelser.

Forbind skærmens VGA-kabel til output port VideoSwitcher ennd sikre forbindelser.

Slut VideoSwitcher til en strømkilde med den medfølgende strømforsyning.

Tænd for computeren og skærmen.

1,2. To visningsfunktioner video omskifter

Kontakten knap på VideoSwitcher tillader brugeren at skifte tilbage-og-tilbage i to displaytilstande. I den farvetilstand, betyder VideoSwitcher ikke ændre videosignalet fra computerens grafikkort. I gråtonetilstand bliver displayet monokromatiske med dets luminans bestemmes primært af videosignalet fra den blå kanal af grafikkortet, svagt påvirket af signalet fra den røde kanal, og intet bidrag fra den grønne kanal. Dette skyldes, at resister netværket inde i VideoSwitcher dæmper signalet fra den røde kanal med en faktor på ca 128, og signalet fra den grønne kanal ikke bidrager overhovedet. Forholdet mellem bidragene fra den blå end røde kanaler til outputtet af VideoSwitcher kaldes blå-til-rød-forhold (BRratio). Den BRratio er egenskab ved et Video Switcher, uafhængigt af skærme. Det kan bestemmes eksperimentelt for hver VideoSwitcher (se 1.3).

Displayet tilstand kan også skiftes ved at sende et specielt signal gennem den grønne kanal af grafikkortet med et funktionskald i Matlab:

PsychVideoSwitcher ("SwitchMode ', whichScreen, ToGrayMode);

hvor ToGrayMode af 1 eller 0 betyder at skifte til gråtoner eller farve-tilstand.

Figur 3 viser skematisk en VideoSwitcher.

1,3. Mål BRratio

Den BRratio kan måles for hver VideoSwitcher anvendelse af en firkantbølge gitter detektion opgave. De to niveauer af firkantbølgen tildeles RGB-værdierne såsom (0, 0, 40) og (x, 0, 39). Kan man justere værdien af ​​x, indtil firkantbølge gitteretforsvinder, ved hvilket punkt x-værdien er BRratio --- størrelsen af ​​signalet i R-kanal, der fører til intensiteten fremstilles af en enhed af signalet i B-kanalen. Selv om man kan måle BRratio elektronisk, for eksempel for at måle forholdet mellem spænding udgangssignalerne fra en VideoSwitcher ved RGB-værdierne (0, 0, 255) og 255, 0, 0), er det psykofysiske her beskrevne fremgangsmåde meget enkel og nøjagtig.

1,4. Display Kalibrering

For de fleste skærme, ikke display luminans ikke stiger lineært med pixel grå niveau som angivet af computeren grafikkortet. Forholdet kan beskrives som:

hvor L _max, L _min og γ bestemmes med en Gammakorrektion procedure, enten ved hjælp fotometre eller ved en kombination af psykofysiske procedurer og fotometriske målinger ^7,8. Gamma kalibrering er Vigtiget til at producere nøjagtige kontraster på et display, det skal udføres for hver skærm.

Med et fotometer, kan man blot vise en stor ensartet firkantet på forskellige pixel graylevels (fx fra 0 til 255), måle lysstyrken på midten af ​​pladsen, og passer resultaterne med ligning 1 for at opnå γ.

Den psykofysiske procedure indebærer at skabe, i et område af visning overfladen, så ensartet som muligt en blanding (i rum og tid) i lige store mængder af nul-og fuld-intensitet pixels og bestemmer graylevel værdien af ​​pixel i et tilstødende homogent område ( hvor alle de pixels har samme intensitet), der frembringer en psykofysisk match til luminansen af ​​det blandede pixel område. Den første forekomst bestemmer graylevel værdien for halv maksimal luminans. En blanding af pixels med luminans intensiteter 1/2 og 1 anvendes til at bestemme en trekvart værdi, og denne fremgangsmåde gentages, indtil syv værdier fROM 1/8 til 7/8 er blevet bestemt. Disse resultater er gentaget, og forskellige kontroller for sammenhængen foretages, såsom at kontrollere, at en blanding af 3/4 og 1/4 matches 1/2. I denne fremgangsmåde er både B-og R niveauer af homogent område justeres, og U = B + R / BRratio. Resultaterne kan passe med ligning 1 til opnåelse af γ.

Efter at vi får værdier af L _min, L _max og γ, kan vi indstille baggrunden luminans L ₀ = (L _max + L _min) / 2, Forholdet mellem pixel kontrast c (U) og pixel grå niveau U er:

Vi kan omskrive ligning at løse for det ønskede grå niveau for en given kontrast:

hvor U er normalt et ikke-heltal. RGB-værdien af ​​den tilsvarende pixel er: R = BRratio * [U-int (U)], G = 0, B =int (U), hvor int () tager heltalsværdi af input.

1,5. Demo af en sinusbølge rist

Virkningen af ​​forøget gråskala opløsning kan påvises ved at sammenligne to sinus gitre. Gitteret til venstre anvender den fulde kapacitet VideoSwitcher med hver pixel intensitet angivet af passende R-og B-værdier. Gitteret til højre er den samme som den venstre bortset fra at kun den afrundede U anvendes som B værdi for hver pixel, der efterligner outputtet af en 8-bit displayindretning.

2. RTbox

2,1. Slut RTbox til en computer

Tilslut RTbox (Figur 4) til en USB-port på en computer med det medfølgende kabel. Hvis det er nødvendigt, hente driveren på enheden fra http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm . Installer driveren at følge vejledningen på hjemmesiden.

2,2. Anvende RTfelt for at måle responstid

Den RTbox kan anvendes på to forskellige måder.

Hvis brugerens program kan vende tilbage pålidelige stimulus onset tider, såsom den tid, der returneres af Screen ("Flip") og PsychPortAudio i Psychtoolbox [8], kan RTbox bruges ligesom et tastatur. Fordi stimulus onset gange og RTbox knap tider er baseret urene i værtscomputeren og RTbox, henholdsvis, må vi synkronisere de to ure. Dette gøres med et funktionskald RTBox ('klar'), forud for hver stimulus debut at rydde uønskede hændelser i bufferen. Svartiden kan simpelthen måles som t _hhv = t - t _debut, hvor Tonset er den stimulus tilbage fra brugeren programmet, og t er knap tid tilbage af funktionskaldet [t, knap] = RTBox (timeout). Dette skyldes, at RTBox driveren automatisk konverterer knappen tiden fra RTbox tid til værtscomputeren tid.

Hvis brugerens program kan ikketilbage pålidelige stimulus onset gange, skal triggersignaler indikerer hjælpepakker indledninger gives til RTbox. En løsning er at anvende en lyssensor til at detektere starten af ​​den stimulus, eller en lys plet, der er synkroniseret til stimulus. Udgangssignalet fra lyssensoren er forbundet til lyset port RTbox. En anden løsning er at anvende aftrækkeren output VideoSwitcher. Udløseren kan være direkte forbundet med puls port RTbox. En tredje løsning er at forbinde audio signal om værtscomputeren til lyden port RTbox.

At generere en stimulus indtræden trigger fra VideoSwitcher vi "tænde" den grønne kanal af pixels i den centrale del af den første ramme af den visuelle stimulus. Fordi det ikke bidrager til modstandsnetværk, signalet i den grønne kanal er usynligt for emnet. Et funktionskald [t, knap] = RTBox ('puls', timeout) returnerer responstid, hvor 'puls' instruerer RTbox at beregne t Han reaktionstid i forhold til aftrækkeren. Den samme funktionskald anvendes til lyd trigger. For lysføler udløser, er funktionskaldet [t, knap] = RTBox ("light", timeout).

3. Integrer VideoSwitcher og RTbox

Vi har programmeret en demonstration program, der bruger VideoSwitcher at styre displayet, RTbox at indsamle præcise responstid, og RTbox at sende begivenheden kode og svar på et ERP-system. Programmet kan downloades fra http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m .

4. Repræsentative resultater

Figur 1. Billede af en video omskifter. Det har en VGA input og output porte (begge kvinder), en knap for at skifte mellem to display modes, og en trigger output port.

ontent ">
Figur 2. Billeder af VGA (A) og DVI-I (B), havne og en DVI-I til VGA-adapter (C).

Figur 3. Den skematiske en videoomskifter. Den multiplexeren har to input modes, der kontrolleres af et spændingsniveau. Når det er i tilstanden vist i det skematiske, RGB kanaler en monitor modtage det samme signal, så displayet i gråtoner tilstand. Den omskiftningsspænding genereres af en CPLD chip, som styres af signaler i G-kanal og omskifter. Udløseren styres også af indgangen i G-kanalen.

Figur 4. Billede af en RTbox. Det har en USB-B-port, en let indgangsport, en impuls / lydindgang en ekstern knap indgangsport og en TTL udgangsport.

Discussion

Den video switcher giver et kompakt, billig og nem at bruge metoden til at generere høj luminans opløsning viser ved hjælp af konventionelle computer grafikkort og analoge farve skærme. Det er forbundet mellem de analoge udgange af grafikkortet og skærmen. Det kan også skifte mellem monokromatiske og kromatisk visningsfunktioner, der giver ekstra bekvemmelighed. Dens trigger kanal gør det muligt for forskerne at synkronisere andet udstyr til visuelle displays.

Det RTbox er en kompakt, billig og nem at bruge hardware / software-løsning til nøjagtig måling af responstiden. Hvis ydre udløser synkroniseret med stimulerende indledninger er tilgængelige, RT målinger er fuldstændig uafhængig af værtscomputeren. For visuelle stimuli, vi designet en indbygget lys port for at modtage triggers genereret af fotodioder. Ydre udløsere kan også anvendes til at kalibrere stimulus anslagstiden returneret brugeren programmet. Hvis brugeren programmet kan tilvejebringepræcis stimulus anslagstiden og nøjagtig synkronisering mellem værtscomputeren og RTbox kan opnås ved RTbox føreren, så RTbox kan anvendes til at opnå nøjagtige RT målinger uden ekstern trigger. Det kan også modtage eksterne knap signaler, såsom output fra en MRI-kompatibel knap boks, og sender alle indgangssignaler og Event markører til andre enheder, såsom en EEG-system. Det kan tjene som interface til samtidige EEG / MRI registreringssystemer.