Enabling High Graustufen auflösende Displays und präzise Antwort Zeitmessungen auf herkömmlichen Computern

Neuroscience

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Summary

Herkömmliche Computer-Hardware kann keine visuelle Reize mit ausreichend hoher Graustufenauflösung Antwortzeiten zu messen und mit ausreichender Genauigkeit. Wir beschreiben, wie die Videoumschalter, um hochauflösende monochrome Displays zu produzieren, und die Reaktionszeiten zu RTbox mit hoher Genauigkeit zu messen herkömmlichen Computer-Hardware zu verwenden.

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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

Display-Systeme auf konventioneller Basis von Computer-Grafikkarten sind in der Lage die Erzeugung von Bildern mit 8-Bit-Graustufen-Auflösung. Allerdings verlangen die meisten Experimente in der Forschung Vision Displays mit mehr als 12-Bit-Luminanz-Auflösung. Mehrere Lösungen sind verfügbar. Bit + + 1 und DataPixx 2 Verwenden Sie den Digital Visual Interface (DVI)-Ausgang von Grafikkarten und hochauflösende (14 oder 16-Bit) Digital-Analog-Wandler, um analoge Anzeigegeräte zu fahren. Der Videoumschalter drei hier beschriebenen kombiniert analoge Video-Signale von den roten und blauen Kanäle von Grafikkarten mit unterschiedlichen Gewichten mit einem passiven Widerstands-Netzwerk 4 und eine aktive Schaltung, um identische Video-Signale auf die drei Kanäle von Farbmonitoren zu liefern. Das Verfahren stellt eine kostengünstige Möglichkeit, hochauflösende monochrome Displays unter Verwendung herkömmlicher Grafikkarten und analogen Monitoren ermöglichen. Es kann auch Triggersignale das zur Kennzeichnung verwendet werden könnenStimulus Onset, macht es einfach, visuelle Displays mit physiologischer Aufnahmen oder Ansprechzeit Messungen zu synchronisieren.

Obwohl der Computer Tastaturen und Mäuse häufig bei der Messung Reaktionszeiten (RT) verwendet werden, ist die Genauigkeit der Messungen sehr gering. Die RTbox ist eine spezialisierte Hardware-und Softwarelösung für genaue Messungen RT. Verbunden mit dem Host-Computer über eine USB-Verbindung, ist der Fahrer des RTbox kompatibel zu allen gängigen Betriebssystemen. Es verfügt über einen Mikroprozessor und hochauflösende Uhr, um die Identität und den Zeitpunkt der Taste Ereignisse, die zwischengespeichert werden, bis der Host-Computer ruft sie werden, erfassen. Die aufgezeichneten Ereignisse Button sind nicht durch mögliche zeitliche Unsicherheiten oder spannt mit Datenübertragung und-verarbeitung in den Host-Computer verbunden betroffen. Der asynchrone Lagerung vereinfacht das Design von Anwenderprogrammen. Mehrere Methoden stehen zur Verfügung, um die Uhren der RTbox und den Host-Compu synchronisierenER. Die RTbox können sich auch externe Trigger und RT verwendet werden, um in Bezug auf externe Ereignisse zu messen.

Sowohl Videoumschalter und RTbox stehen zur Verfügung für Benutzer zum Kauf. Die relevanten Informationen und viele Demonstration finden Sie unter http://lobes.usc.edu/ .

Protocol

1. Videoumschalter

1.1. Verbinden mit einem Computer Videoumschalter

Die Videoumschalter (1) empfängt analoge Video (VGA) Eingänge und wird verwendet, um Kathodenstrahlröhre (CRT) Farbmonitore fahren. Vor der Verwendung der Videoumschalter, ob der Computer-Grafikkarte verfügt entweder über einen VGA-Anschluss (2A) oder einen Digital Visual Interface (DVI-I)-Anschluss (2B), die sowohl digitale als auch analoge Videosignale überträgt. Ein DVI-zu-VGA-Adapter (Abbildung 2C) ist notwendig, um die DVI-I Anschluss mit dem Videoumschalter anschließen.

Schalten Sie den Computer und Monitor aus und trennen Sie den Monitor vom Computer Grafikkarte.

Schließen Sie das VGA-oder den DVI-I-Anschluss des Computers Grafikkarte mit dem Eingang-Port des Videoumschalter mit dem mitgelieferten VGA-Kabel. Verwenden Sie einen kleinen Schraubendreher, um die Verbindungen zu sichern.

Schließen Sie den Monitor VGA-Kabel an den Ausgang des Videoumschalter einND sichern die Anschlüsse.

Schließen Sie das Videoumschalter an eine Stromquelle mit dem mitgelieferten Netzteil.

Schalten Sie den Computer und den Monitor.

1.2. Zwei Anzeigemodi des Video-Switcher

Der Schalter-Taste auf der Videoumschalter kann der Benutzer hin-und her zu schalten in zwei Modi dargestellt. In der Farben-Modus, wird der Videoumschalter nichts an der Video-Signal vom Computer Grafikkarte. In der Graustufen-Modus, wird die Anzeige monochromatischen, mit Luminanz überwiegend durch das Videosignal von der Blau-Kanal von der Grafikkarte, leicht durch das Signal von dem roten Kanal beeinträchtigt ist, und ohne Beteiligung des grünen Kanals bestimmt. Dies ist, weil die Widerstands-Netzwerk innerhalb der Videoumschalter dämpft das Signal von dem roten Kanal um einen Faktor von ungefähr 128, und das Signal von den grünen Kanal überhaupt nicht wirken. Das Verhältnis der Beiträge von den blauen eind Rotkanäle mit dem Ausgang der Videoumschalter wird als Blau-nach-Rot-Verhältnis (BRratio). Das ist BRratio Eigenschaft eines Video-Umschalter, unabhängig von der Display-Setup. Es kann experimentell für jede Videoumschalter (siehe 1.3) bestimmt werden.

Die Anzeige kann auch durch Senden eines speziellen Signals durch den grünen Kanal der Grafikkarte mit einem Aufruf der Funktion in Matlab geschaltet werden:

PsychVideoSwitcher ('SwitchMode', whichScreen, ToGrayMode);

wo ToGrayMode von 1 oder 0 bedeutet, zu wechseln, Graustufen-oder Farb-Modus.

Abbildung 3 zeigt die schematische Darstellung eines Videoumschalter.

1.3. Messen Sie BRratio

Die BRratio kann für jeden Videoumschalter gemessen werden mit Hilfe eines Rechtecksignals Gitter Erkennung Aufgabe. Die beiden Ebenen der Rechteckwelle RGB-Werte wie (0, 0, 40) zugeordnet ist und (x, 0, 39). Man kann den Wert von x bis zum Rechteck Gitter anpassenverschwindet, an welchem ​​Punkt der x-Wert der BRratio ist --- die Größe des Signals in der R-Kanal, der der Intensität um eine Einheit des Signals in den B-Kanal hergestellt führt. Obwohl man die BRratio elektronisch messen kann, zum Beispiel, um das Verhältnis der Spannungsausgänge eines Videoumschalter bei RGB-Werte (0, 0, 255) und (255, 0, 0) zu messen, ist die psycho hier beschriebenen Verfahren sehr einfach und genau.

1.4. Display-Kalibrierung

Für die meisten Monitoren erzeugt Anzeigeluminanz nicht linear mit der Graustufenwert von der Grafikkarte des Computers festgelegt. Die Beziehung kann wie folgt beschrieben werden:
Gleichung 1
wobei L max, L min und γ mit einer Gamma-Korrektur Verfahren bestimmt, entweder mit Photometer oder durch eine Kombination der psycho Verfahren und photometrische Messungen 7,8. Gamma-Einstellung important eine genaue Kontraste auf einer Anzeige zu erzeugen, es muss für jede Anzeigevorrichtung durchgeführt werden.

Mit einem Photometer, kann man einfach zeigen eine große einheitliche quadratische Pixel bei verschiedenen Graustufen (z. B. von 0 bis 255), messen die Helligkeit der Mitte des Platzes, und passen Sie die Ergebnisse mit Gleichung 1 zu γ erhalten.

Die psychophysische Verfahren umfasst das Erstellen, in einem Bereich der Sichtfläche, die eine möglichst gleichmäßige Mischung (in Raum und Zeit) von gleichen Mengen von Null-und Voll-Pixel-Intensität und Bestimmen der Grauwert von Pixeln in einer benachbarten homogenen Bereich ( bei dem alle Pixel die gleiche Intensität haben), die erzeugt eine psycho Übereinstimmung mit der Helligkeit des gemischten-Pixel-Bereich. Das erste Spiel bestimmt den Grauwert-Wert für 1/2 der maximalen Leuchtdichte. Eine Mischung von Pixeln mit Luminanzintensitäten 1/2 und 1 verwendet, um die 3/4 zu bestimmen, und dieses Verfahren wird wiederholt, bis sieben Werte fROM 1/8 bis 7/8 bestimmt worden sind. Diese Spiele werden wiederholt, und verschiedene Prüfungen auf Konsistenz hergestellt werden, wie zum Beispiel überprüfen, ob eine Mischung aus 3/4 und 1/4 Spiele 1/2. In diesem Verfahren werden sowohl der B und R Ebenen der homogenen Bereich eingestellt, und U = B + R / BRratio. Die Ergebnisse lassen sich mit Gleichung 1 angepasst werden, um γ zu erhalten.

Nachdem wir Werte von L min, L max und γ zu erhalten, können wir den Hintergrund Leuchtdichte L 0 = (L + L max min) / 2, ist die Beziehung zwischen Pixel-Kontrast c (U) und U-Graustufenwert:
Gleichung 2

Wir können die Gleichung umschreiben, um das gewünschte Grauwert für einen bestimmten Gegensatz zu lösen:
Gleichung 3
wobei U ist in der Regel eine nicht-ganze Zahl ist. Der RGB-Wert des entsprechenden Pixels ist: R = BRratio * [U-int (U)], G = 0, B =int (U), wo int () stellt den ganzzahligen Wert ihres Eingangs.

1.5. Demo einer Sinuswelle Gitter

Der Effekt des erhöhten Graustufenauflösung kann durch den Vergleich zweier Sinuswelle Gitter angezeigt werden. Das Gitter auf der linken verwendet die volle Kapazität der Videoumschalter mit jedem Pixel-Intensität mit dem entsprechenden R und B-Werte angegeben. Das Gitter auf der rechten Seite ist die gleiche wie die linke außer dass nur die abgerundeten U als B-Wert jedes Pixels verwendet, imitiert die Ausgabe eines 8-Bit-Anzeigevorrichtung.

2. RTbox

2.1. Schließen Sie das RTbox an einen Computer

Schließen Sie das RTbox (Abbildung 4) an einen USB-Port eines Computers mit dem mitgelieferten Kabel. Bei Bedarf laden Sie den Treiber des Gerätes aus http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm . Installieren Sie den Treiber gemäß den Anweisungen auf der Website.

2.2. Verwenden Sie die RTBox Reaktionszeit messen

Die RTbox kann auf zwei verschiedene Arten verwendet werden.

Wenn der Benutzer des Programms können zuverlässige Reizbeginn mal, wie die Zeit von Screen wieder zurückkehren ('Flip') und PsychPortAudio in Psychtoolbox [8], die RTbox kann wie eine Tastatur verwendet werden. Weil Reizbeginn Zeiten und RTbox Taste mal die Uhren von dem Host-Computer und dem RTbox basieren, bzw. müssen wir synchronisieren die beiden Uhren. Dies wird mit einem Aufruf der Funktion RTBox ('clear') vor jedem Beginn des Stimulus, um unerwünschte Ereignisse im Puffer löschen getan. Die Reaktionszeit kann einfach gemessen werden, wie t bzw. = t - t Beginn, wo Tonset ist die Anregung aus dem Anwenderprogramm zurück, und t ist die Zeit, die der Schaltfläche Funktionsaufruf [t, Taste] = RTBox zurück (Timeout). Dies liegt daran, RTBox Treiber wandelt automatisch die Taste Zeit von der Zeit, RTbox Computer Zeit auszurichten.

Wenn der Benutzer des Programms kann nichtzurück zuverlässige Reizbeginn Zeiten muss Triggersignale anzeigt Stimulus Onset der RTbox Verfügung gestellt werden. Eine Lösung ist, einen Lichtsensor verwendet, um das Einsetzen des Reizes oder ein Lichtfleck, der auf den Reiz synchronisiert wird, zu detektieren. Der Ausgang des Lichtsensors mit der Lichtöffnung des RTbox verbunden. Eine zweite Lösung besteht darin, die Trigger-Ausgang der Videoumschalter verwenden. Der Trigger kann direkt an den Puls-Port des RTbox angeschlossen werden. Eine dritte Lösung ist, um das Audiosignal des Host-Computers auf die Schallöffnung des RTbox verbinden.

Um eine Stimulusbeginn Trigger aus der Videoumschalter zu generieren, den grünen Kanal der Pixel in dem zentralen Abschnitt des ersten Rahmens des visuellen Stimulus "einschalten". Weil es nicht mit dem Widerstand Netzwerks beitragen wird, ist das Signal im grünen Kanal unsichtbar für das Sachgebiet. Ein Aufruf der Funktion [t, Taste] = RTBox ("Puls", Timeout) gibt die Antwort Zeit, wo "Puls" weist den RTbox zu berechnen t er Ansprechzeit Bezug auf den Trigger. Die gleiche Funktion Anruf wird für Sound-Trigger verwendet. Für Lichtsensor Trigger, ist der Aufruf der Funktion [t, Taste] = RTBox ("light", Timeout).

3. Integrieren Videoumschalter und RTbox

Wir haben ein Demo-Programm, das die Videoumschalter verwendet, um das Display, die RTbox, um eine genaue Antwort Zeit zu sammeln, und die RTbox zu Event-Code und die Reaktionen auf ein ERP-System senden Steuerung programmiert. Das Programm kann heruntergeladen werden unter http://lobes.usc.edu/videoswitcher/VideoSwitcherRTBoxERP_demo.m .

4. Repräsentative Ergebnisse

1
Abbildung 1. Bild von einem Video-Switcher. Es verfügt über VGA-Eingang und-Ausgang (beide weiblich), eine Schaltfläche, um zwischen zwei Anzeigemodi umschalten, und einen Trigger-Ausgang.

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Abbildung 2. Bilder von VGA (A) und DVI-I (B)-Ports und ein DVI-I auf VGA-Adapter (C).

Abbildung 3
Abbildung 3. Das Schema eines Video-Switcher. Der Multiplexer weist zwei Eingabemodi, durch eine Spannung gesteuert. Wenn es in dem Modus in der schematischen gezeigt ist, die RGB-Kanäle von einem Monitor das gleiche Signal erhalten, so dass sich das Display im Graustufen-Modus. Die Schaltspannung wird von einem CPLD-Chip, durch Signale in der G-Kanal und dem Schaltknopf gesteuert erzeugt. Der Auslöser wird auch durch den Eingang in der G-Kanal gesteuert werden.

Abbildung 4
Abbildung 4. Bild von einem RTbox. Es verfügt über eine USB-B-Port, ein Licht-Eingang, einen Puls / Ton-Eingang, einen externen Taster-Eingang und einen TTL-Ausgang.

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Discussion

Die Video-Switcher bietet eine kompakte, kostengünstige und einfach zu bedienende Methode zur Erzeugung hoher Leuchtdichte-Auflösung zeigt mit herkömmlichen Computer-Grafikkarten und analogen Farb-Monitore. Es befindet sich zwischen den analogen Ausgängen der Grafikkarte und den Monitor angeschlossen. Es kann auch zwischen monochrome und farbige Display-Modi zu wechseln, eine zusätzliche Erleichterung. Seine Triggerkanal ermöglicht es den Forschern, andere Geräte zu synchronisieren, visuelle Displays.

Die RTbox ist eine kompakte, kostengünstige und einfach zu bedienende Hardware / Software-Lösung für eine genaue Messung der Reaktionszeit. Wenn externe Trigger mit Stimulus Onset synchronisiert zur Verfügung stehen, sind RT-Messungen völlig unabhängig vom Host-Computer. Für visuelle Reize, haben wir eine integrierte Licht-Port zu empfangen Trigger von Photodioden erzeugt. Externe Auslöser kann auch verwendet werden, um die Zeit von Beginn des Stimulus Anwenderprogramm zurück zu kalibrieren. Wenn der Benutzer Programm bieten kann,Stimulusbeginn genaue Zeit genaue Synchronisation zwischen dem Host-Computer und dem RTbox der RTbox Treiber kann erreicht werden, so dass die RTbox verwendet werden, um genaue Messungen ohne RT externen Trigger zu erhalten. Es können auch extern Taste Signale, wie Ausgänge von einem MRI-kompatiblen Taste ein, und überträgt alle Eingänge und Ereignismarkierungen zu anderen Geräten, wie ein EEG-System. Es kann als Schnittstelle für die gleichzeitige EEG / MRI Aufzeichnungssysteme dienen.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde von NEI und NIMH finanziert.

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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