Aktivera Hög Gråskala upplösning Visar och korrekt svar tidsmätningar på konventionella datorer

Summary

Konventionell hårdvara kan inte generera visuella stimuli med tillräckligt hög gråskala upplösning och mäter svarstider med tillräcklig noggrannhet. Vi beskriver hur du använder VideoSwitcher att producera högupplösta monokromatiska skärmar och RTbox att mäta svarstider med hög noggrannhet på konventionell hårdvara.

Abstract

Displaysystem Gängse datorgrafik kort är i stånd att alstra bilder med 8-bitars gråskala upplösning. De flesta experiment i synen forskning kräver bildskärmar med mer än 12 bitar luminans upplösning. Flera lösningar finns. Bit + + ¹ och DataPixx ² Använd Digital Visual Interface (DVI) ut från grafikkort och hög upplösning (14 eller 16-bitars) digital-till-analog-omvandlare för att driva analoga bildskärmar. Den VideoSwitcher ³ beskrivs här kombinerar analoga videosignaler från de röda och blå kanaler grafikkort med olika vikter med ett passivt motståndet nätverk ⁴ och en aktiv krets för att leverera identiska videosignaler till de tre kanaler färgmonitorer. Metoden ger ett billigt sätt att möjliggöra hög upplösning monokromatiska skärmar med konventionella grafikkort och analoga monitorer. Den kan även ge utlösarsignaler som kan användas för att märkastimulansåtgärder starter, vilket gör det enkelt att synkronisera visuella displayer med fysiologiska inspelningar eller respons mätningar tid.

Även datorns tangentbord och möss används ofta för att mäta svarstider (RT), är noggrannheten hos dessa mätningar ganska låg. Den RTbox är en specialiserad hårdvara och mjukvara lösning för noggranna RT mätningar. Ansluten till värddatorn via en USB-anslutning, är föraren av RTbox kompatibel med alla konventionella operativsystem. Den använder en mikroprocessor och hög upplösning klocka för att registrera identiteter och tidpunkten för knapphändelser, som buffrade tills värddatorn hämtar dem. De inspelade knapphändelser påverkas inte av potentiella timing osäkerhet eller fördomar i samband med dataöverföring och bearbetning i värddatorn. Den asynkrona lagring förenklar utformningen av användarprogram. Flera metoder finns tillgängliga för att synkronisera klockorna i RTbox och värden ComputER. Den RTbox kan även ta emot externa triggers och användas för att mäta RT med avseende på yttre händelser.

Både VideoSwitcher och RTbox är tillgängliga för användarna att köpa. Den relevanta informationen och många demonstration finns på http://lobes.usc.edu/ .

Protocol

1. VideoSwitcher

1,1. Ansluta VideoSwitcher till en dator

Den VideoSwitcher (figur 1) får analog video (VGA) ingångar och används för att driva katodstrålerör (CRT) färgmonitorer. Innan du använder VideoSwitcher, se till att datorn grafikkortet har antingen en VGA-port (Figur 2A) eller en Digital Visual Interface (DVI-I)-port (Figur 2B) som överför både digitala och analoga videosignaler. En DVI-till-VGA-adapter (Figur 2C) är nödvändigt att ansluta DVI-I porten till VideoSwitcher.

Stäng av datorn och bildskärmen och koppla loss skärmen från datorn grafikkortet.

Anslut VGA-eller DVI-I-port på datorn grafikkortet till ingången porten på VideoSwitcher med den medföljande VGA-kabel. Använd en liten skruvmejsel för att säkra anslutningar.

Anslut bildskärmens VGA-kabel till utgången port VideoSwitcher ennd säkra anslutningar.

Anslut VideoSwitcher till en strömkälla med den medföljande strömadaptern.

Slå på datorn och bildskärmen.

1,2. Två visningslägen av video switcher

Omkopplaren knappen på VideoSwitcher ger användaren möjlighet att växla fram och tillbaka i två visningslägen. I vilket färgläget, ändrar VideoSwitcher inte videosignalen från datorn grafikkort. I gråskala, blir displayen monokromatiska med sin ljusstyrka bestäms främst av videosignalen från den blå kanal grafikkort, något som påverkas av signalen från den röda kanalen och inget bidrag från den gröna kanalen. Detta beror på att motståndet nätverket inuti VideoSwitcher dämpar signalen från den röda kanalen med en faktor av ca 128, och signalen från den gröna kanalen inte bidrar alls. Förhållandet mellan bidrag den blå end röda kanaler till utgången hos VideoSwitcher kallas blå-till-röd-förhållande (BRratio). Den BRratio är egendom av en video Switcher, oberoende av displayen installationen. Det kan bestämmas experimentellt för varje VideoSwitcher (se 1.3).

Visningsläget kan även kopplas genom att skicka en speciell signal via den gröna kanalen i grafikkortet med ett funktionsanrop i Matlab:

PsychVideoSwitcher (switchande ", whichScreen, ToGrayMode);

där ToGrayMode av 1 eller 0 medel för att byta till gråskala eller färgläge.

Figur 3 visar schematiskt en VideoSwitcher.

1,3. Mäta BRratio

Den BRratio kan mätas för varje VideoSwitcher med användning av en fyrkantvåg uppgift gitter detektering. De två nivåerna av den fyrkantiga vågen är tilldelade RGB-värden, såsom (0, 0, 40) och (x, 0, 39). Man kan justera värdet på x förrän fyrkantvåg gallretförsvinner, vid vilken punkt x-värde är den BRratio --- storleken av signalen i den R-kanal som leder till den intensitet som produceras av en enhet av signalen i den B-kanalen. Även om man kan mäta BRratio elektroniskt, till exempel för att mäta förhållandet mellan spänningen utsignalerna från en VideoSwitcher vid RGB-värdena för (0, 0, 255) och (255, 0, 0), är den psykofysikaliska här beskrivna metoden är mycket enkel och korrekt.

1,4. Visa Kalibrering

För de flesta bildskärmar ökar display luminans inte linjärt med den pixel grå nivå som anges av datorn grafikkortet. Förhållandet kan beskrivas som:

där L _max, L _min och γ bestäms med en Gammakorrigeringar förfarande, antingen genom att använda fotometrar eller genom en kombination av psykofysiska förfaranden och fotometriska mätningar ^7,8. Gamma kalibrering är important för att producera exakta kontraster på en display, den måste utföras för varje bildskärm.

Med en fotometer kan man enkelt visa ett stort enhetligt torg på olika pixel graylevels (t.ex. från 0 till 255), mäta luminans mitten av torget, och montera resultaten med ekvation 1 för att få γ.

Det psykofysisk Förfarandet innebär att skapa, i ett område av visning ytan, så enhetliga som möjligt en blandning (i tid och rum) av lika mängder noll-och full-intensitet pixlar och bestämmer graylevel värdet av pixlar i en närliggande homogent område ( där alla pixlar har samma intensitet) som producerar en psykofysisk matchningen till luminans blandad pixelområde. Det första träffen bestämmer graylevel värdet för 1/2 av maximal ljusstyrka. En blandning av pixlar med luminans intensiteter 1/2 och 1 används för att bestämma den 3/4 värde, och detta förfarande upprepas tills sju värden fROM 1/8 till 7/8 har bestämts. Dessa matcher upprepas, och olika kontroller för konsekvens gjorts, till exempel kontrollera att en blandning av 3/4 och 1/4 matcher 1/2. I detta förfarande är både B-och R nivåer av den homogena område justeras, och U = B + R / BRratio. Resultaten kan passa med ekvation 1 för att erhålla γ.

Efter att vi får värden på L _min, L _max och γ, kan vi ställa in bakgrunden luminans L ₀ = (L _max + L _min) / 2, är förhållandet mellan pixel kontrast c (U) och Pixel grånivån U:

Vi kan skriva om ekvationen för att lösa den önskade grånivån för en given kontrast:

där U är normalt en icke-heltal. RGB-värdet för den motsvarande pixeln är: R = BRratio * [U-int (U)], G = 0, B =int (U), där Int () tar heltalsvärdet för dess ingång.

1,5. Demo av en sinusvåg galler

Effekten av ökad gråskala upplösning kan visas genom att jämföra två galler sinusvåg. Gittret på den vänstra använder hela kapaciteten hos den VideoSwitcher med varje pixel intensitet som anges av den lämpliga R-och B-värdena. Gittret till höger är den samma som den vänstra, förutom att endast den rundade U används som B-värdet för varje pixel, som imiterar den utsignal en 8-bitars visningsenhet.

2. RTbox

2,1. Ansluta RTbox till en dator

Anslut RTbox (Figur 4) till en USB-port på en dator med den medföljande kabeln. Om det behövs ladda ner drivrutinen till enheten från http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm . Installera drivrutinen enligt anvisningarna på hemsidan.

2,2. Använd RTfält för att mäta svarstiden

Den RTbox kan användas på två olika sätt.

Om användarens programmet kan återvända pålitliga tider stimulansåtgärder debut, såsom återvände med Screen (Flip) och PsychPortAudio i Psychtoolbox [8], kan RTbox användas precis som ett tangentbord. Eftersom stimulans debut gånger och RTbox tider knappen bygger klockorna i värddatorn och RTbox respektive måste vi synkronisera de två klockorna. Detta görs med ett funktionsanrop RTBox ("clear") före varje stimulus debut att rensa oönskade händelser i bufferten. Svarstiden kan enkelt mätas som t _resp = t - t _debut, där tonset är den stimulans tillbaka från användaren programmet och t är knappen tiden returneras av funktionen samtalet [t, knapp] = RTBox (timeout). Detta beror på att RTBox föraren automatiskt konverterar knappen tiden från RTbox tid till värddatorn tid.

Om användarens program kan intetillbaka tillförlitliga gånger stimulansåtgärder debut, måste utlösarsignaler visar stimulanspaket inträden ges till RTbox. En lösning är att använda en ljussensor för att detektera början av stimuli eller en ljus fläck, som är synkroniserad till stimulansen. Utgången från ljussensorn är ansluten till den lätta port RTbox. En andra lösning är att använda denna utgång av VideoSwitcher. Den utlösande kan anslutas direkt till pulsen port RTbox. En tredje lösning är att ansluta ljudsignalen på värddatorn till ljudet port RTbox.

För att generera en trigger stimulans debut från VideoSwitcher, vi "slå på" den gröna kanalen av pixlarna i den centrala delen av den första bildrutan av den visuella stimuli. Eftersom den inte bidrar till motståndet nätverket, är signalen i den gröna kanalen osynlig för ämnet. Ett funktionsanrop [t, knapp] = RTBox ('puls', timeout) returnerar svarstid, där "pulsen" instruerar RTbox att beräkna t han svarstid i förhållande till avtryckaren. Samma funktionsanrop används för ljud trigger. För lätta sensor triggers är funktionsanropet [t, knapp] = RTBox ("lätt", timeout).

3. Integrera VideoSwitcher och RTbox

Vi har programmerat ett demonstrationsprogram som använder VideoSwitcher att styra displayen, RTbox att samla korrekt svarstid och RTbox att skicka händelsen kod och svar på ett ERP-system. Programmet kan laddas ner från http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m .

4. Representativa resultat

Figur 1. Bild på en video switcher. Det har VGA-ingång och utgångar (båda kvinnor), en knapp för att växla mellan två visningslägen, och en trigger utgång.

INNEHÅLL ">
Figur 2. Bilder VGA (A) och DVI-I (B)-portar och en DVI-I till VGA-adapter (C).

Figur 3. Den schematiska av en videoomkopplaren. Multiplexorn har två ingångs lägen, som styrs av en spänningsnivå. När den är i det läge som visas i den schematiska, RGB-kanalerna för en bildskärm mottaga samma signal, så att skärmen är i gråskala. Den kopplingsspänning genereras av en CPLD-chip, som styrs av signaler i G-kanalen och omkopplaren knappen. Utlösaren styrs också av den ingående i G-kanalen.

Figur 4. Bild på en RTbox. Den har en USB-B-port, en lätt ingång, en puls / ljudingång, en extern knapp ingång och en TTL-utgång.

Discussion

Videon switcher ger en kompakt, billig och lätt att använda metoden för att generera hög ljusstyrka upplösning visar med hjälp av konventionella datorer grafikkort och analoga färgskärmar. Den är ansluten mellan de analoga utgångarna på grafikkortet och monitorn. Det kan också växla mellan monokromatiska och kromatiska visningslägen, ger ytterligare bekvämlighet. Dess trigger kanalen ger forskare möjlighet att synkronisera annan utrustning till bildskärmar.

Den RTbox är en kompakt, billig och lätt att använda hårdvara / mjukvara lösning för noggrann svarstid mätning. Om externa triggers synkroniserade med stimulansåtgärder inträden finns, RT mätningar är helt oberoende av värddatorn. För visuella stimuli, utformade vi ett inbyggt ljus port för att ta emot utlösare som genereras av fotodioder. Yttre utlösare kan också användas för att kalibrera den tid stimulus insättande returneras av användarprogrammet. Om användaren programmet kanexakt stimulus tillslagstiden, exakt synkronisering mellan värddatorn och RTbox kan uppnås genom RTbox föraren, så att RTbox kan användas för att erhålla korrekta mätningar RT utan någon extern trigger. Det kan också ta emot externa knappen signaler, såsom resultat från en MR-kompatibel knappen rutan och sända alla insignaler och markörer evenemang till andra enheter, till exempel en EEG-system. Den kan fungera som ett gränssnitt för samtidiga EEG / MR registreringssystem.