사용 높음 - 해상도 디스플레이와 종래의 컴퓨터에 정확한 응답 시간 측정 그레이 스케일

Neuroscience

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Summary

기존 컴퓨터 하드웨어 충분한 정확도와 해상도와 측정 응답 시간을 그레이 스케일 충분히 높은과 시각적 자극을 생성할 수 없습니다. 우리는 고해상도 단색 디스플레이를 생산하는 VideoSwitcher, 그리고 기존의 컴퓨터 하드웨어에서 높은 정확도와 응답 시간을 측정하는 RTbox를 사용하는 방법에 대해 설명합니다.

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Li, X., Lu, Z. L. Enabling High Grayscale Resolution Displays and Accurate Response Time Measurements on Conventional Computers. J. Vis. Exp. (60), e3312, doi:10.3791/3312 (2012).

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Abstract

기존의 컴퓨터 그래픽 카드를 기반으로 디스플레이 시스템은 8 비트 그레이 레벨 해상도로 이미지를 생성할 수 있습니다. 그러나 비전 연구에 대부분의 실험은 휘도 해상도 이상의 12 비트로 디스플레이를 필요로합니다. 몇 가지 솔루션이 있습니다. 비트 + + 1과 DataPixx 2 아날로그 디스플레이 장치를 운전 (14 또는 16 비트) 디지털 - 아날로그 변환기 그래픽 카드와 고해상도의 디지털 비주얼 인터페이스 (DVI) 출력을 사용합니다. VideoSwitcher 3 수동적 저항 네트워크 4 컬러 모니터의 세 채널에 동일한 비디오 신호를 전달하는 능동 회로를 사용하여 서로 다른 가중치와 그래픽 카드의 적색과 청색 채널에서 아날로그 비디오 신호를 결합하여 여기에 설명했다. 방법은 기존의 그래픽 카드와 아날로그 모니터를 사용하는 고해상도 단색 디스플레이를 활성화하기 위해 저렴한 방법을 제공합니다. 또한 표시하는 데 사용할 수있는 트리거 신호를 제공할 수자극 onsets, 쉽게 생리적 녹음이나 응답 시간 측정과 함께 시각적인 디스플레이를 동기화하기.

컴퓨터 키보 드나 마우스를 자주 응답 시간 (RT)을 측정에 사용되고 있지만, 이러한 측정의 정확도가 매우 낮습니다. RTbox 정확한 RT 측정을위한 전문 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션입니다. USB 연결을 통해 호스트 컴퓨터에 연결되어 RTbox의 드라이버는 모든 기존 운영 체제와 호환됩니다. 이것은 호스트 컴퓨터들을 검색 때까지​​ 버퍼되는 버튼 이벤트의 정체성과 타이밍을 기록하기 위해 마이크로 프로세서와 고해상도 클럭을 사용합니다. 기록된 버튼 이벤트는 잠재적인 타이밍 불확실성이나 호스트 컴퓨터에 데이터 전송 및 처리와 관련된 편견에 의해 영향을받지 않습니다. 비동기 스토리지는 크게 사용자 프로그램의 디자인을 단순화합니다. 몇 가지 방법 RTbox의 클럭과 호스트 comput를 동기화하는 데 사용할 수음. RTbox 또한 외부 트리거를받을 수 있으며, 외부의 사건과 관련하여 RT를 측정하는 데 사용됩니다.

VideoSwitcher 및 RTbox 모두 사용자가 구입할 수 있습니다. 관련 정보와 다양한 시연 프로그램에서 찾을 수 http://lobes.usc.edu/ .

Protocol

1. VideoSwitcher

1.1. 컴퓨터에 VideoSwitcher를 연결

VideoSwitcher (그림 1)은 아날로그 비디오 (VGA) 입력을 받아 음극 선관 (CRT) 컬러 모니터를 운전하는 데 사용됩니다. VideoSwitcher를 사용하기 전에, 컴퓨터 그래픽 카드 중 VGA 포트 (그림 2A) 또는 디지털 비주얼 인터페이스 (DVI-I)을 모두 디지털 및 아날로그 비디오 신호를 전송 포트 (그림 2B)를 가지고 있는지 확인하십시오. DVI 대 VGA 어댑터 (그림 2C)은 VideoSwitcher에 DVI-I 포트를 연결할 필요가 있습니다.

컴퓨터를 끄고 컴퓨터의 그래픽 카드에서 모니터를 모니터링하고 분리하십시오.

제공된 VGA 케이블을 사용하여 VideoSwitcher의 입력 포트에 VGA 또는 컴퓨터 그래픽 카드의 DVI-I 포트를 연결합니다. 연결을 확보하기 위해 소형 나사 드라이버를 사용하십시오.

VideoSwitcher의 출력 포트에 모니터의 VGA 케이블을 연결합니다ND는 연결을 확보.

제공된 전원 어댑터를 사용하여 전원 VideoSwitcher를 연결합니다.

컴퓨터와 모니터를 켜십시오.

1.2. 비디오 스위처의 두 가지 디스플레이 모드

VideoSwitcher의 스위치 버튼은 사용자가 두 개의 디스플레이 모드에서 다시 앤 변경할 수 있습니다. 컬러 모드에서 VideoSwitcher는 컴퓨터 그래픽 카드에서 비디오 신호를 변경하지 않습니다. 그레이 스케일 모드에서는 디스플레이가 약간 빨간색 채널의 신호에 의해 영향을 그래픽 카드의 푸른 채널, 그리고 녹색 채널로부터 기여로부터 비디오 신호에 의해 주로 결정의 휘도로, 단색이된다. VideoSwitcher 내부 저항 네트워크 전혀 기여하지 않는 128 약 계수, 그리고 녹색 채널의 신호에 의해 적색 채널에서 신호를 attenuates 때문입니다. 파란의 기부금의 비율VideoSwitcher의 출력으로 D 빨강 채널 블루 - 투 - 붉은 비율 (BRratio)이라고합니다. BRratio는 디스플레이 설정의 독립적인 비디오 스위처의 재산입니다. 그것은 각 VideoSwitcher (1.3 참조)에 대해 실험적으로 결정하실 수 있습니다.

디스플레이 모드는 또한 Matlab의 함수 호출을 사용하여 그래픽 카드의 녹색 채널을 통해 특별한 신호를 보내는 방식으로 전환한 수있다 :

PsychVideoSwitcher ( 'SwitchMode', whichScreen, ToGrayMode);

어디 1 또는 0 수단 ToGrayMode 그레이 스케일이나 컬러 모드로 전환합니다.

그림 3은 VideoSwitcher의 개략도를 보여줍니다.

1.3. BRratio 측정

BRratio는 사각형 웨이브 격자 탐지 작업을 사용하여 각 VideoSwitcher에 대해 측정할 수 있습니다. 광장 파도의 두 가지 수준 같은 (0, 0, 40)와 같은 RGB 값을 할당하고 (X, 0, 39). 있습니다 하나는 사각 파 격자까지 X의 값을 조정할 수 있습니다어느 시점에서 X 값이 BRratio입니다 --- B 채널의 신호 중 하나를 단위로 생산되는 강도로 연결 R 채널의 신호의 크기, 사라집니다. 한 전자 BRratio를 측정할 수 있지만, RGB의의 값 (0, 0, 255) 및 (255, 0, 0)에서 VideoSwitcher의 전압 출력의 비율을 측정하기 위해 예를 들어, 여기에 설명된 psychophysical 방법은 매우 간단하며 정확하게.

1.4. 보정 표시

대부분의 모니터의 경우, 표시 휘도는 컴퓨터 그래픽 카드에 의해 지정된 픽셀의 그레이 레벨로 선형적으로 증가하지 않습니다. 관계이라고 할 수있다 :
등식 1
내가 어디 최대, L 분, γ는 어느 photometers를 사용하거나 psychophysical 절차 및 광도계의 측정 7,8의 조합에 의해, 감마 보정 절차와 결정됩니다. 감마 교정 importan입니다디스플레이에 정확한 대조를 생산하기 위해 t, 그것은 각 디스플레이 장치를 위해 수행되어야합니다.

광도계를 통해 하나가 단순히 서로 다른 픽셀 graylevels (예, 0부터 255까지)에 대규모의 균일한 사각형을 표시할 수, 사각형의 중심의 휘도를 측정하고, γ를 얻기 위해 수식 1의 결과를 맞습니다.

psychophysical 절차는 제로 및 풀 강도 픽셀과 인접한 균질 영역에서 픽셀의 graylevel 가치를 결정하는 동등한 양의 가능한 혼합 (공간과 시간에 ()로 균일한으로 볼 표면의 한 분야에서 창조를 포함 있는 모든 픽셀은 혼합 픽셀 영역의 휘도에 psychophysical 일치가 생성) 같은 강도 있습니다. 첫 번째 경기는 최대 휘도의 1 / 2 graylevel 값을 결정합니다. 휘도 농도 2분의 1과 1 픽셀의 혼합물은 4분의 3 가치를 결정하는 데 사용되며,이 절차가 반복 때까지 일곱 값 F롬 팔분의 일 to 팔분의 칠이 결정되었습니다. 이러한 일치가 반복되며, 일관성을위한 다양한 검사 같은 확인으로 만들어진 그 4분의 3 및 4분의 1 경기 2분의 1의 혼합물. 이 절차에서는 B와 균질 지역의 R 레벨 모두가 조정되며, U = B + R / BRratio. 결과는 γ를 얻기 위해 수식 1로 들어갈 수 있습니다.

우리가 패 분, L 맥스와 γ의 가치를 얻는 후, 우리는 L 0 = (패 최대 + L 분) / 2, 픽셀 대조 C (U) 및 픽셀 회색 수준의 U 사이의 관계는 배경 휘도를 설정할 수 있습니다 :
등식이

우리는 주어진 대조에 필요한 회색 레벨을위한 해결하기 위해 방정식을 다시 작성할 수 있습니다 :
등식 3
U는 일반적으로 아닌 정수입니다. 해당 픽셀의 RGB 값은 다음과 같습니다 : R = BRratio * [U-INT (U)], G = 0, B =INT는 ()의 입력의 정수 값을 걸립니다 INT (U).

1.5. 사인 파 격자의 데모

증가 회색조 해상도의 영향은 두 개의 사인 웨이브 gratings을 비교하여 표시 할 수 있습니다. 왼쪽에있는 격자는 적절한 R과 B 값에 의해 지정된 각 픽셀 강도로 VideoSwitcher의 전체 용량을 사용합니다. 오른쪽의 격자만이 둥근 U는 8 비트 디스플레이 장치의 출력을 흉내낸, 각 픽셀의 B 값으로 사용됩니다 제외 왼쪽 것과 동일합니다.

2. RTbox

2.1. 컴퓨터에 RTbox를 연결

제공된 케이블로 컴퓨터의 USB 포트에 RTbox합니다 (그림 4)에 연결합니다. 필요한 경우에서 장치의 드라이버를 다운로드 http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm . 웹 사이트의 지시에 따라 드라이버를 설치합니다.

2.2. RT를 사용응답 시간을 측정하기위한 상자

RTbox는 두 가지 다른 방법으로 사용할 수 있습니다.

사용자의 프로그램과 같은 화면에서 반환 시간과 같은 신뢰할 수있는 자극 발병 시간을 되돌릴 수있다면하는 것이 Psychtoolbox에서 ( '플립')와 PsychPortAudio [8] RTbox 방금 키보드처럼 사용할 수 있습니다. 자극 발병 시간 및 RTbox 버튼 시간은 호스트 컴퓨터와 RTbox의 시계를 기반으로하기 때문에, 각각, 우리는 두 개의 시계를 동기화해야합니다. 이것은 버퍼에 원치 않는 이벤트를 지우려면 각 자극 발병 이전 함수 호출 RTBox ( '맑은')로 이루어집니다. 응답 시간은 단순히 측정할 수 t resp = t - T의 tonset는 사용자 프로그램에서 반환되는 자극이다 발병, 그리고 t는 함수 호출 [T 버튼]에 의해 반환된 버튼 시간 = RTBox (시간 초과). RTBox 드라이버가 자동으로 컴퓨터 시간을 호스팅 RTbox 시간에서 버튼 시간을 변환하기 때문입니다.

사용자의 프로그램이 불가능하다면신뢰할 수있는 자극 발병 시간을 반환, 경기 부양 onsets을 나타내는 트리거 신호 RTbox에게 제공해야합니다. 하나의 솔루션 자극의 발병이나 자극에 동기화됩니다 빛을 패치를 감지하는 광 센서를 사용하는 것입니다. 빛 센서의 출력은 RTbox의 빛을 포트에 연결되어 있습니다. 두 번째 솔루션은 VideoSwitcher의 트리거 출력을 사용하는 것입니다. 트리거는 직접 RTbox의 펄스 포트에 연결될 수 있습니다. 세 번째 해결책은 RTbox의 소리 포트로 호스트 컴퓨터의 오디오 신​​호를 연결하는 것입니다.

VideoSwitcher에서 자극 증상 트리거를 생성하기 위해, 우리는 시각적 자극의 첫 번째 프레임의 중앙 부분에있는 픽셀의 녹색 채널 "켜십시오." 그것이 저항 네트워크에 기여하지 않기 때문에, 녹색 채널에 신호가 사정에 보이지 않는 것입니다. 함수 호출 [T 버튼] '펄스'가 T를 계산하는 RTbox 지시 어디 = RTBox는 ( '펄스', 시간 제한), 응답 시간을 반환 그는 트리거에 상대적인 시간을 응답. 동일한 함수 호출은 사운드 트리거에 사용됩니다. 광 센서 트리거의 경우 함수 호출은 [T 버튼]입니다 = RTBox (시간 초과, '빛').

3. VideoSwitcher 및 RTbox 통합

우리는 디스플레이, 정확한 응답 시간을 수집 RTbox 및 ERP 시스템에 이벤트 코드와 응답을 보낼 RTbox을 제어할 VideoSwitcher를 사용하는 데모 프로그램을 프로그래밍했습니다. 프로그램에서 다운로드할 수 있습니다 http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m .

4. 대표 결과

그림 1
그림 1. 비디오 스위처의 그림. 그것은 VGA 입력 및 출력 포트 (모두 여성), 두 디스플레이 모드를 전환할 수있는 버튼과 트리거 출력 포트가 있습니다.

ontent "> 그림 2
VGA ()과 DVI-I (B) 포트와 DVI-I VGA 어댑터 (C)합니다.의 그림 2. 사진

그림 3
그림 3. 비디오 스위처의 개략도. 멀티플렉서는 전압 레벨에 의해 제어되는 두 입력 모드를 가지고 있습니다. 그것은 설계도에 표시된 모드에있을 때, 모니터의 RGB 채널이 동일한 신호를 수신, 표시 모드를 그레이 스케일에 있으므로. 스위칭 전압은 G-채널 및 스위치 버튼의 신호에 의해 제어 CPLD 칩에 의해 생성됩니다. 트리거는 또한 G-채널의 입력에 의해 제어됩니다.

그림 4
그림 4. RTbox의 그림. 그것은 USB-B 포트, 광 입력 포트, 펄스 / 사운드 입력 포트, 외부 버튼의 입력 포트 및 TTL 출력 포트를 가지고 있습니다.

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Discussion

비디오 스위처는 높은 휘도 해상도가 기존의 컴퓨터 그래픽 카드 및 아날로그 컬러 모니터를 사용하여 표시 생성, 소형 저렴하고 사용하기 쉬운 방법을 제공합니다. 이것은 그래픽 카드와 모니터의 아날로그 출력 사이에 연결됩니다. 그것은 또한 추가적인 편의를 제공 단색 및 반음계 디스플레이 모드 사이를 전환할 수 있습니다. 그것의 트리거 채널 연구자 시각적 디스플레이에 다른 장비를 동기화할 수 있습니다.

RTbox는, 소형 저렴하고 사용하기 쉬운 정확한 응답 시간 측정을 위해 하드웨어 / 소프트웨어 솔루션을. 자극 onsets와 동기화 외부 트리거를 사용할 경우, RT 측정은 호스트 컴퓨터의 완전히 독립적입니다. 시각적 자극에 대해서는 photodiodes에 의해 생성된받을 수 있도록 내장된 광 포트 트리거를 설계했습니다. 외부 트리거는 사용자가 프로그램에 의해 반환되는 자극 발병 시간을 교정하는 데 사용할 수 있습니다. 사용자 프로그램이 제공할 수없는 경우호스트 컴퓨터와 RTbox 사이에 정확한 자극 발병 시간, 정확한 동기화가 RTbox 드라이버에 의해 달성될 수 RTbox는 외부 트리거하지 않고 정확한 RT 측정을 얻기 위해 사용될 수 있습니다. 또한, 모든 입력 신호와 이벤트 마커와 같은 뇌파 시스템과 같은 다른 장치로 이러한 MRI 호환 버튼 상자에서 출력 같은 외부 버튼 신호를 수신 및 전송할 수 있습니다. 그것은 동시 MRI / 뇌파 기록 시스템을위한 인터페이스로 검색할 수 있습니다.

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Disclosures

관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.

Acknowledgements

이 작품은 네이와 NIMH에 의해 재정 지원되었다.

References

  1. 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).
  2. Visual Stimulators. VPixx Technologies Inc. Canada. Available from: http://www.vpixx.com/products/visual-stimulators/datapixx.html (2011).
  3. 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).
  4. Pelli, D. G., Zhang, L. Accurate control of contrast on microcomputer displays. Vision Research. 31, 1337-1350 (1991).
  5. 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).
  6. Psychtoolbox-3. United States. Available from: http://psychtoolbox.org/ (2012).
  7. Lu, Z. L., Sperling, G. Second-order reversed phi. Perception Psychophysics. 61, 1075-1088 (1999).
  8. Colombo, E., Derrington, A. Visual calibration of CRT monitors. Displays. 22, 87-95 (2001).

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