启用高灰度分辨率的显示器和传统计算机准确的响应时间测量

Neuroscience

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Summary

传统的计算机硬件,不能产生足够高的灰度具有足够精度的分辨率和测量响应时间的视觉刺激。我们描述了如何使用的VideoSwitcher产生高分辨率单色显示器,响应时间测量精度高,与传统的计算机硬件和RTbox。

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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

基于传统的计算机图形卡的显示系统能够产生8位灰度级分辨率的图像。然而,在视觉研究中的大多数实验需要超过12位亮度分辨率的显示器。几种解决方案。位+ + 1 2 DataPixx的使用显卡和高分辨率的数字视频接口(DVI)输出(14或16位)的数字-模拟转换器驱动模拟显示设备。 VideoSwitcher 3这里描述相结合的模拟视频信号从显卡的红色和蓝色通道使用不同重量的被动电阻网络和有源电路提供相同的视频信号的彩色显示器的三个通道。该方法提供了一种廉价的方式,使高分辨率单色显示器,使用传统的图形卡和模拟监视器。它也可以提供触发信号,可以用来标记刺激声母,因此很容易与生理记录或响应时间测量同步可视化显示。

虽然经常用于测量响应时间(RT)的计算机键盘和鼠标,这些测量的精确度是相当低的。 RTbox是一个专门的硬件和软件解决方案,准确的实时测量。通过USB连接到电脑主机连接,驱动程序的RTbox是与所有传统的操作系统兼容。它采用了微处理器和高清晰度时钟记录按钮事件,这是缓冲,直到主机计算机检索的身份和时机。记录的按钮事件不会影响在主机上的数据传输和处理相关的潜在的时序不确定性或偏见。异步存储,大大简化了用户程序的设计。有几种方法可用,到同步的RTbox的钟表和主机COMPUT呃。还可以接收的RTbox外部触发器,可用于测量外部事件RT。

VideoSwitcher和RTbox供用户购买。有关的资料和许多演示程序,可以发现在http://lobes.usc.edu/

Protocol

1。 VideoSwitcher

1.1。将VideoSwitcher连接到电脑

VideoSwitcher(图1)接收模拟视频(VGA)输入,用来驱动阴极射线管(CRT)的彩色监视器。使用的VideoSwitcher之前,确保计算机图形卡具有一个VGA接口(图2A)或数字可视接口(DVI-I),港口(图2B),传输数字和模拟视频信号。一个DVI至VGA转接器(图2C)是要连接的DVI-I端口的VideoSwitcher。

关闭计算机,监测和断开计算机图形卡的显示器。

连接VGA或计算机图形卡的DVI-I端口的VideoSwitcher输入端口使用提供的VGA线。用一个小螺丝刀,以确保连接。

显示器的VGA线连接到输出端口的VideoSwitcher 1ND确保连接。

连接的VideoSwitcher使用提供的电源适配器到电源。

打开电脑和显示器。

1.2。两个视频切换显示模式

上VideoSwitcher开关按钮,允许用户来回切换两种显示模式。在彩色模式,VideoSwitcher不会改变从计算机图形卡的视频信号。在灰度模式,变成单色显示屏,其亮度主要取决于视频信号从显卡的蓝色通道,红色通道的信号轻微影响,并没有从绿色通道的贡献。这是因为内VideoSwitcher的电阻网络从红色通道由约128倍,从绿色通道的信号衰减的信号,不利于所有。蓝色的贡献率ð红色通道输出的VideoSwitcher被称为蓝到红比率(BRratio)的。 BRratio是视频切换器,显示设置独立的财产。它可确定实验为每个VideoSwitcher(见1.3)。

也可以通过使用Matlab中的函数调用的图形卡的绿色通道,通过发送一个特殊的信号切换显示模式:

PsychVideoSwitcher(开关模式“,whichScreen,ToGrayMode);

1或0表示ToGrayMode切换到灰度或彩色模式。

图3显示了一个VideoSwitcher原理。

1.3。衡量BRratio

可以衡量的BRratio每个VideoSwitcher使用方波光栅检测任务。方波两级分配的RGB值,如(0,0,40)和(X,0,39)。一个可以调整,直到x的值的方波光栅消失,此时x的值是BRratio ---在B通道的信号由一个单位生产的强度,导致在R-通道的信号幅度。虽然可以测量电子BRratio,例如衡量一个VideoSwitcher电压输出的RGB值(0,0,255)和(255,0,0)的比例,这里描述的是在心理的方法非常简单,准确。

1.4。显示校准

对于大多数显示器,显示器的亮度不呈线性增加计算机图形卡指定像素的灰度水平。的关系可以描述为:
式(1)
其中L 最大 ,L 最小和γ伽玛校正程序确定,可以通过使用光度计或由心理过程和光度测量7,8组合。伽马校正是importanT到生产上显示的准确对比,它必须为每个显示设备进行。

光度计,可以简单地显示在不同像素graylevels的(例如,从0到255)大统一广场,广场中心的测量亮度,适合用公式1的结果,获得γ。

心理过程涉及创建,在观看表面的一个区域,作为统一的,尽可能的零和强度全像素和确定相邻的均匀区域在的像素graylevel价值的等量混合物(在空间和时间)(在所有的像素有相同的强度),产生心理的混合像素面积的亮度匹配。第一场比赛确定为最大亮度的1/2 graylevel价值。一个像素的亮度强度的1/2和1的混合物,用于确定的3/4的价值,并重复此过程,直到7值fROM的1/8至7/8已经确定。这些比赛是重复的,一致性的各种检查,如验证,3/4和1/4比赛1/2的混合物。在此过程中,无论是B和均质区域ŕ水平的调整,和U = B + R / BRratio。公式1的结果可以适应,获得γ。

后,我们获得最小的L,L 最大和γ值,我们可以设置背景亮度L 0 =(L 最大 + L 最小 )/ 2,像素的对比度C(U)和像素的灰度水平U之间的关系是:
公式(2)

我们可以重写方程来解决需要一个给定的对比度灰度级:
公式(3)
其中,U通常是一个非整数。相应的像素的RGB值是:r = BRratio *的[U-INT(U)的地下= 0,乙=INT(美),INT()将其输入的整数值。

1.5。演示正弦波光栅

增加灰度分辨率的影响,可以通过比较两个正弦波光栅。左侧的光栅,使用适当的R和B的值指定每个像素强度的VideoSwitcher能力。在右边的光栅除左边的一个,只有圆润的U是作为每个像素的B值,模仿一个8位的显示设备的输出是相同的。

2。 RTbox

2.1。连接的RTbox计算机

连接的RTbox的(图4)提供的电缆与计算机的USB端口。如果需要的话,请从设备的驱动程序http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm 。安装的驱动程序后,在网站上的指示。

2.2。使用的RT框来衡量响应时间

RTbox可以使用两种不同的方式。

如果用户的程序可以返回可靠的刺激如通过屏幕返回的时间,起效时间(“翻转”)和PsychPortAudio Psychtoolbox [8],在R​​Tbox就像一个键盘可以使用。因为是基于刺激起效时间和RTbox按钮倍的主机和RTbox的时钟,分别,我们必须同步两个时钟。这是每个刺激发病,以清除缓冲区中的有害事件之前函数调用RTBox的(“清除”)。可以简单地测量响应时间ţRESP = T - ţ 发病 ,其中tonset是从用户程序返回的刺激,t是按钮时,由函数调用[T,按钮返回= RTBox(超时)。这是,因为RTBox驱动自动转换从按钮的RTbox时间时间举办电脑的时间。

如果用户的程序不能返回可靠的刺激起效时间,必须提供触发信号,表明刺激声母的RTbox。一种解决方法是使用光传感器来检测发病的刺激或轻的补丁同步刺激。光传感器的输出连接到光端口的RTbox的。第二个方案是使用的VideoSwitcher的触发输出。触发可以直接连接到的RTbox的脉冲端口。第三个解决方案是连接的主机要健全的RTbox的端口的音频信号。

,到产生的VideoSwitcher的刺激发病触发,我们“打开”绿色通道的中央部分的像素,在视觉刺激的第一帧。因为它不利于电阻网络,在绿色通道的信号是无形的主题。一个函数调用[T,按钮] = RTBox(“脉冲”,超时)返回的响应时间,'脉冲'指示的RTbox,计算t他响应时间相对于触发。用于声音触发相同的函数调用。光传感器的触发器,函数调用,按钮[T] = RTBox(“轻”,超时)。

3。整合VideoSwitcher和RTbox

我们编写一个演示程序,使用的VideoSwitcher控制显示,RTbox收集准确的响应时间,事件代码和响应发送到ERP系统的RTbox。该方案可以从http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m下载。

4。代表结果

图1
图1。一个视频切换图片。它具有VGA输入和输出端口(均为女性),一个按钮之间切换两种显示模式,并触发输出端口。

内容】“> 图2
图2。图片的VGA(A)和(乙)的DVI-I端口和一个DVI-I至VGA转接器(三)。

图3
图3。一个视频切换器的原理。多路复用器有两种输入模式,通过控制电压水平。当它是在原理图中所示的模式中,显示器的RGB通道接收相同的信号,所以显示是在灰度模式。由CPLD芯片,在G-通道和开关按钮信号控制开关的电压产生。触发也被控制在G-通道的输入。

图4
图4一个RTbox的图片。它有一个USB-B的端口,光输入端口,脉冲/声音输入端口,外部按钮输入端口,以及一个TTL输出端口。

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Discussion

视频切换器提供了一个紧凑,价格低廉,易于使用的方法来产生高亮度高分辨率显示器使用传统的计算机图形卡和模拟彩色显示器。它是模拟输出的显卡和显示器之间的连接。它也可以单色和彩色显示模式之间切换,提供额外的便利。它的触发通道,使研究人员能够同步其他设备,以视觉显示器。

RTbox是结构紧凑,价格低廉,易于使用的硬件/软件解决方案,准确的响应时间测量。如果外部触发器同步刺激声母,RT测量是完全独立的主机。对于视觉刺激,我们设计了一个内置的光端口接收触发光电二极管产生。外部触发器也可以被用来校准刺激发病时间由用户程序返回。如果用户程序可以提供精确的刺激发病时间,准确的同步之间的主机和RTbox由RTbox驱动程序可以实现,所以RTbox可用于获得精确的实时测量,无需任何外部触发。外部的按钮,如从MRI兼容的按钮盒的输出信号,它也可以接收和发送所有的输入信号和其他设备,如脑电图系统,事件标记。它可以作为一个同步的脑电图/ MRI录音系统接口。

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgements

这项工作是由聂和镍氢电池。

References

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  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).
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