有効にする高解像度を表示し、従来のコンピュータ上で正確な応答時間の測定値をグレースケール

Neuroscience

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Summary

従来のコンピュータのハードウェアは十分な精度で十分に高いグレースケール分解能と測定応答時間を持つ視覚刺激を生成することはできません。我々は、高解像度の単色ディスプレイを生産するVideoSwitcher、従来のコンピュータのハードウェア上で高精度で応答時間を測定するRTboxの使用方法について説明します。

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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

従来のコンピュータ·グラフィックス·カードに基づいて、表示システムは、8ビットのグレーレベルの分解能で画像を生成することが可能である。しかし、ビジョンの研究でほとんどの実験は、輝度の分解能12ビットを超えるとディスプレイが必要になります。いくつかのソリューションが用意されています。ビット+ 1とDataPixx 2つのアナログディスプレイデバイスを駆動するグラフィックスカード(14ビットまたは16ビット)の分解能の高いディジタル-アナログコンバータからデジタルビジュアルインターフェイス(DVI)出力を使用しています。ここで説明するVideoSwitcher 3は、受動的な抵抗ネットワーク4およびカラーモニターの3つのチャネルに同一のビデオ信号を提供するアクティブ回路を使用して異なる重みを持つグラフィックスカードの赤と青のチャネルからのアナログビデオ信号を兼ね備えています。方法は、従来のグラフィックスカードとアナログモニタを用いた高分解能単色ディスプレイを有効にするには、安価な方法を提供します。それはまた、マークするために使用することができますトリガ信号を提供することができます刺激オンセット、それが簡単に生理的な録音や応答時間の測定値と視覚的なディスプレイを同期させることとなっています。

コンピュータのキーボードとマウスが頻繁に応答時間(RT)を測定に使用されているが、これらの測定値の精度がかなり低くなっています。 RTboxは、正確なRT測定のための特殊なハードウェアおよびソフトウェアソリューションです。 USB接続を介してホストコンピュータに接続され、RTboxのドライバは、すべての従来のオペレーティングシステムと互換性があります。それは、ホストコンピュータは、それらを取得するまでバッファリングされたボタンのイベントのIDとタイミングを記録するためにマイクロプロセッサと高分解能クロックを使用します。記録されたボタンのイベントは、ホストコンピュータのデータ伝送や処理に関連する潜在的なタイミングの不確実性やバイアスの影響を受けません。非同期ストレージが大幅にユーザプログラムの設計を簡素化します。いくつかの方法がRTboxとホストcomputのクロックを同期するためにご利用いただけますえー。 RTboxは、外部トリガを受信し、外部イベントに対するRTを測定するために使用することができます。

ユーザーが購入するためにVideoSwitcherとRTbox両方が用意されています。関連情報と多くのデモンストレーション·プログラムを見つけることができますhttp://lobes.usc.edu/

Protocol

1。 VideoSwitcher

1.1。コンピュータにVideoSwitcherを接続する

VideoSwitcher(図1)は、アナログビデオ(VGA)の入力を受け取り、陰極線管(CRT)カラーモニターを駆動するために使用されています。 VideoSwitcherを使用する前に、コンピュータのグラフィックカードはVGAポート(図2A)またはデジタル·ビジュアル·インタフェース(DVI-I)の両方のデジ​​タルおよびアナログビデオ信号を送信するポート(図2B)のいずれかを持っていることを確認します。 DVI-VGAアダプタ(図2C)はVideoSwitcherにDVI-Iポートに接続する必要があります。

コンピュータとモニタの電源を切り、コンピュータのグラフィックカードからモニタを外します。

付属のVGAケーブルを使用してVideoSwitcherの入力ポートにVGAまたはコンピュータのグラフィックカードのDVI-Iポートに接続します。接続を保護するために小型のドライバーを使用しています。

VideoSwitcher 1の出力ポートに、モニターのVGAケーブルを接続します。ndは接続を固定します。

付属の電源アダプタを使用して電源にVideoSwitcherを接続します。

コンピュータとモニタの電源をオンにします。

1.2。ビデオスイッチャーの二つの表示モード

VideoSwitcherのスイッチボタンは、ユーザーが2つの表示モードに戻って行ったり来たり切り替えることができます。カラーモードでは、VideoSwitcherは、コンピュータのグラフィックカードからの映像信号を変更することはありません。グレースケールモードでは、ディスプレイには、輝度が少し赤チャンネルからの信号は、緑のチャネルからの寄与の影響を受け、グラフィックスカードの青チャネルからのビデオ信号によって主に決定すると、単色になります。 VideoSwitcher内部抵抗ネットワークは約128倍の赤チャネルからの信号を減​​衰させ、緑のチャネルからの信号は全く寄与しないためです。青の貢献の割合VideoSwitcherの出力にD赤いチャンネルは青対赤の比(BRratio)と呼ばれています。 BRratioは、ディスプレイのセットアップの独立したビデオスイッチャーのプロパティです。これは、各VideoSwitcher(1.3を参照)実験的に決定することができます。

表示モードは、Matlabの関数呼び出しを使用してグラフィックカードの緑のチャネルを介して特殊な信号を送信することによって切り替えることができます。

PsychVideoSwitcher( 'スイッチモード "、whichScreen、ToGrayMode);

ここで、グレースケールまたはカラーモードに切り替えるには1または0の手段ToGrayMode。

図3は、VideoSwitcherの概略を示しています。

1.3。測定BRratio

BRratioは、方形波格子の検出タスクを使用して、各VideoSwitcherを測定することができます。方形波の2つのレベルは、RGB値などの(0、0、40)および(x、0、39)が割り当てられています。一つは、方形波格子まで、xの値を調整することができますその時点でのxの値がBRratioです--- B-チャネルの信号のいずれかのユニットによって生成された強度につながるRチャンネルの信号の大きさは、消えます。 1は、RGBの値(0、0、255)と(255、0、0)でVideoSwitcherの電圧出力の比を測定するために、例えば、電子的にBRratioを測定することができますが、精神物理学的方法は、ここで説明する非常に単純で、正確。

1.4。キャリブレーションを表示します。

ほとんどのモニタは、表示輝度は、コンピュータのグラフィックスカードで指定されたピクセルのグレーレベルに比例して増加していません。関係は次のように記述することができます。
式(1)
ここで、L maxと L minとγは、光度計を使用するか、心理物理手順と測光測定7,8の組み合わせのいずれかによって、ガンマ補正の手順で決定されます。ガンマキャリブレーションはimportanです。ディスプレイに正確なコントラストを生成するためにT;それは、各表示装置に実行する必要があります。

光度計では、単に、別のピクセルgraylevels(例えば、0〜255)で大規模な均一な正方形を表示する正方形の中心の輝度を測定し、γを得るために、式1で結果を収めることができます。

精神物理学的手順は、ゼロとフル強度のピクセルと隣接した均質領域内のピクセルのグレーレベル値を決定するのに等しい量の可能性混合物(空間と時間的に)(ように均一で、表示面のいずれかの領域で、作成する必要がているすべてのピクセルが混在したピクセル領域の輝度に心理物理マッチを生成している)同じ強度を持っています。最初に一致し、最大輝度の1/2のグレーレベル値を決定します。輝度強度の1/2、1を持つピクセルの混合物は、3月4日の値を決定するために使用され、この手順が繰り返されるまでの7値f7月8日にROM 1月8日が決定されています。これらの試合は繰り返され、一貫性のための様々なチェックが例えば3/4、1/4試合1/2の混合物ことを確認したとして、作ら​​れています。この手順では、均質領域のBとRの両方のレベルが調整されており、U = B + R / BRratio。結果は、γを得るために式(1)に適合することができます。

我々はL 、L maxとγの値を取得した後、我々は、L 0 =(L MAX + L )/ 2、ピクセルのコントラストC(U)とピクセルのグレーレベルUの関係が背景輝度を設定することができます。
式(2)

我々は、与えられた対照するために必要なグレイレベルを解くために式を書き直すことができます。
式(3)
Uは、通常、非整数である。対応するピクセルのRGB値は次のとおりです。R = BRratio * [U-INT(U)]、G = 0、B =int()はその入力の整数値をとり、int型(U)、。

1.5。正弦波格子のデモ

増加したグレースケールの解像度の効果が2の正弦波格子を比較することによって表示することができます。左側の格子は、適切なRとBの値で指定された各ピクセルの強度を持つVideoSwitcherの全容量を使用しています。右側の格子は、その唯一の丸みを帯びたUが8ビットの表示装置の出力を模倣して、各ピクセルのB値として使用されている以外の左のものと同じです。

2。 RTbox

2.1。コンピュータにRTboxを接続する

付属のケーブルでコンピュータのUSBポートにRTbox(図4)を接続します。必要に応じてから、デバイスのドライバをダウンロードしてhttp://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm 。ウェブサイト上の指示に従ってドライバをインストールします。

2.2。 RTを使用します。応答時間を測定するためのボックス

RTboxは、2つの異なる方法で使用することができます。

ユーザーのプログラムがPsychtoolboxで[8]などの画面によって返された時( 'フリップ')とPsychPortAudioとして信頼性の高い刺激開始時間を返すことができた場合は、RTboxはちょうどキーボードと同じように使用できます。刺激開始時間とRTboxボタンの時間は、ホストコンピュータとRTboxのクロックをベースにしているため、それぞれ、我々は2つ​​のクロックを同期化する必要があります。これは、バッファ内の不要なイベントをクリアする関数呼び出しRTBox( 'クリア')で、各刺激の発症に先立って行われます。応答時間は、単純に測定することができますトンRESP = T - tのtonsetユーザプログラムから返された刺激で発症 、およびtは関数呼び出し[T、ボタン]によって返されたボタンを時間である= RTBox(タイムアウト)。 RTBoxドライバが自動的にコンピュータの時刻をホストするためにRTbox時間からボタン時刻を変換するためです。

ユーザーのプログラムができない場合信頼性の刺激開始時刻を返す、刺激オンセットを示すトリガ信号はRTboxに提供する必要があります。一つの解決策は刺激の発症または刺激に同期された光パッチを検出するための光センサを使用することです。光センサの出力は、RTboxの光ポートに接続されています。第二の溶液は、VideoSwitcherのトリガ出力を使用することです。トリガーは直接RTboxのパルスポートに接続することができます。第三の解決策はRTboxのサウンドポートにホストコンピュータのオーディオ信号を接続することです。

VideoSwitcherから刺激開始トリガを生成するために、我々は、視覚刺激の最初のフレームの中央部分の画素の緑チャンネル "オン"に。それは、抵抗ネットワークに寄与しないので、緑のチャネルの信号は、件名には見えません。関数呼び出し[T、ボタン] = RTBoxが( 'パルス'、タイムアウト) 'パルス' tを計算するRTboxを指示、応答時間を返します彼は、トリガからの相対時刻を応答。同じ関数呼び出しは、サウンドのトリガに使用されます。光センサのトリガでは、関数呼び出しは、[T、ボタン]は= RTBox(タイムアウト、 "光")。

3。 VideoSwitcherとRTboxを統合

我々は、ディスプレイ、正確な応答時間を収集するRTbox、ERPシステムへのイベントコードと応答を送信するRTboxを制御するためにVideoSwitcherを使用してデモプログラムをプログラムされています。プログラムは、次のサイトからダウンロードすることができますhttp://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m

4。代表的な結果

図1
図1:ビデオスイッチャーの写真。それは、VGA入力ポートと出力ポート(両方メス)、2つの表示モードを切り替えるボタンを押すと、トリガ出力ポートを備えています。

ontent "> 図2
VGA(A)とDVI-I(B)ポートとDVI-I-VGAアダプタ(C)へ。 図2。写真

図3
図3ビデオスイッチャーの模式図。マルチプレクサは、電圧レベルによって制御される2つの入力モードを持っています。それは回路図に示されているモードであるときは、モニタのRGBチャンネルは同一の信号を受信し、表示モードをグレースケールになりそう。スイッチング電圧は、G-チャネルとスイッチボタンの信号によって制御されるCPLDチップによって生成されます。トリガは、またG-チャンネルの入力によって制御されます。

図4
図4。RTboxの写真。それはUSB-Bポート、光入力ポート、パルス/音声入力ポート、外部ボタンの入力ポート、およびTTL出力ポートを備えています。

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Discussion

ビデオスイッチャーは、高輝度解像度は従来のコンピュータ·グラフィックス·カードとアナログ·カラー·モニターを使用して表示されます。生成するために、コンパクトで安価、かつ簡単に使用できるメソッドを提供します。それは、グラフィックカードとモニタのアナログ出力端子間に接続されています。また、追加の利便性を提供し、単色と色収差の表示モードを切り替えることができます。そのトリガー·チャネルは、研究者は、視覚ディスプレイに他の機器を同期させることができます。

RTboxは、コンパクトで安価、かつ簡単に使用できる正確な応答時間の測定のためのハードウェア/ソフトウェアソリューションを提供します。刺激オンセットに同期した外部トリガが使用可能な場合は、RTの測定値は、ホストコンピュータの完全に独立しています。視覚刺激のために、私たちはフォトダイオードで生成されたトリガを受信するための組み込みの光ポートを設計しました。外部トリガは、ユーザプログラムによって返された刺激開始時刻を校正するために使用することができます。ユーザプログラムが提供できる場合ホストコンピュータとRTbox間の正確な刺激開始時刻、正確な同期がRTboxドライバによって達成することができ、RTboxは、任意の外部トリガせずに正確なRTの測定値を取得するために使用できるように。それはまた、MRI互換性のあるボタンボックスからの出力などの外部ボタン信号を受信し、そのようなEEGシステムなど他のデバイスにすべての入力信号とイベントマーカを送信することができます。それは同時MRI /脳波記録システムのためのインタフェースとして機能することができます。

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Disclosures

利害の衝突が宣言されません。

Acknowledgements

この作品は、NEIとNIMHによって資金を供給された。

References

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