专利名称：多功能运动图像发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种眼刺激图象发生装置。
在视觉系统功能的研究和临床诊断上广泛使用眼图象刺激装置，例如，在测量视觉空间分辨率、图象视皮层诱发电位和图象视网膜电图时，需要用不同空间频率并能以不同时间频率反相交变的方格图象进行视觉刺激；又如，在临床诊断中的视动振颤检查，需要应用运动光栅对眼睛进行跟踪刺激。传统的眼图象刺激采用机械方式，即所谓的转筒法或转椅法，在圆筒内壁上画有刺激图象－黑白相间条纹，采用以不同速度向左或向右转动圆筒或圆筒中受试者坐椅的办法，对受试者施以视觉刺激。显而易见，其优点是可以实施全视场的运动刺激，而且是一种真实的的运动刺激。其缺点是刺激图象比较单一，运动速度不够稳定和难以获得较大的加速度，当然，也不可能提供阶跃速度变化。目前，已有的电视眼图象刺激装置，在电视屏上显示固定的黑白相间竖条纹或棋盘格。其优点是简易方便，也没有机械运动噪声，不足之处是图象种类较为单一，功能偏少，难以满足科研及临床诊断上多方面的要求。
本实用新型的目的是提供一种微机化的多功能电视运动图形发生装置，与电视显示器相配合，提供多功能眼刺激图象。
本实用新型的技术解决方案是以微机－单板机或单片机为核心，配以供微机与电视显示器相联结的接口部件。即本实用新型由微机和接口部件构成，产生眼刺激图象的全电视信号，用以馈入电视显示器。接口部件有节拍信号部件、窗口部件、图象数据储运部件、垂直反相控制部件、图形参数输入部件和图形全电视信号合成部件。微机对图形的发生实施控制，在一场期间，CPU计算图形数据并存入存储器中，在场中断时再将这些数据读出并写入图象数据储运部件。节拍信号部件提供基准时钟和向图象数据储运部件提供数据移位钟频与图象数据输出地址，还提供行脉冲和场脉冲。窗口部件的功能是提供窗口控制信号，以控制图形全电视信号合成部件的窗内外信号的选通，供显示屏上建立窗框，形成窗内和窗外眼刺激图象，它接收来自节拍信号部件的行脉冲和场脉冲，分别产生水平和垂直的窗口边框信号，也可接收外来信号，如眼动信号，控制窗口的水平前沿位置。图象数据储运部件起着图象数据传输缓冲的作用，它在场中断时读入微机送来的窗内外图象数据，在场显示期间则将已读入的窗内外图象数据进行串行移位，形成原始图象信号，再分别输运至垂直反相控制部件，经由反相控制信号选通后馈入图形全电视信号合成部件。垂直反相控制部件的反相控制信号采用由场脉冲同步控制，对行脉冲分频以获得周期反相控制信号或由随机信号发生器产生随机反相控制信号。图形全电视信号合成部件除接收垂直反相控制部件馈入的窗内外图象数据并进行低通滤波光滑外，还与节拍信号部件联结，由行脉冲与场脉冲产生复合同步信号和复合消隐信号，并将它们分别与图象信号混合，合成全电视信号。图形参数输入部件是将由面板设置的窗内外图象的参数送入微机。
本实用新型的优点是功能多，灵活可变，能满足科研和临床应用多方面的要求。①图形种类；a.黑白相间竖条纹，黑、白宽度分别可调；黑白随机竖条纹，随机基频可调；b.棋盘格条纹，垂直方向上等间隔反相，宽度可调；随机反相，随机基频可调；c.全黑、全白图形；d.图形模糊，连续可调；②图形的运动控制a.左移或右移，速度大小可调；b.图象变换频率(图象更新速率)可调；c.速度可由外加信号控制；d.反相交变，频率可调；③窗口设置a.窗、内外图形独立控制；b.窗口的水平、垂直方向上的位置和宽度分别可调；c.窗口水平位置可由外加信号(例如眼动信号)控制；d.窗口左、右两边框处图象模糊，连续可调。
本实用新型由以下附图加以实施。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型节拍信号部件的电原理图。
图3是本实用新型窗口部件的电原理图。
图4是本实用新型图象数据储运部件的电原理图。
图5是本实用新型垂直反相控制部件的电原理图。
图6是本实用新型图形参数输入部件的电原理图。
图7是本实用新型图形全电视信号合成部件的电原理图。
图8是本实用新型的微机存储器地址分配示意图。
图9是本实用新型的图象监控程序框图。
图10是本实用新型的程控显示程序框图。
图11是本实用新型的连续显示程序框图。
下面根据
图1～
图11给出本实用新型的一个实施例，并通过对该实例的阐述，进一步给出本实用新型的技术细节。
从
图1可见，本实用新型包括微机1、节拍信号部件2、窗口部件3、图象数据储运部件4、垂直反相控制部件5、图形参数输入部件6、图形全电视信号合成部件7和电源8。其中，微机1、图象数据储运部件4、垂直反相控制部件5和全电视信号合成部件7依次以电路相联结；节拍信号部件2分别与窗口部件3、图象数据储运部件4、垂直反相控制部件5和全电视信号合成部件7以电路相联结；窗口部件3与全电视信号合成部件7以电路联结；微机1还与图形参数输入部件6成电路联结。电源8分别与上述各部件以电路联结。本实用新型由全电视信号合成部件7将全电视信号馈入外接的电视显示器。
图2中，节拍信号部件2包括了由晶体T20、与门IC21、IC22、电阻R21、R22和电容C21～C24组成的晶振单元21、由分频器IC23～IC26组成的分频单元22和由单稳态振荡器IC27、IC28组成的单稳态振荡单元23。其中R21、R22和C24组成与非门IC21的偏置，IC21提供增益及180°相移，C21、C23和晶体T20组成∏型网络，产生180°的附加相移，以满足360°相移的振荡条件，以产生20MHZ晶振脉冲信号，经IC22由端口21输出，作为本实用新型的基准时钟信号脉冲，也是作为图象数据储运部件4中输出移位寄存器的移位脉冲。在分频单元22中，20MHZ时钟信号经8分频器IC23和80分频器IC24形成周期为32微秒的半行脉冲，再分别由2分频器IC25和625分频器IC26产生周期为64微秒的行信号和周期为20毫秒的场信号，并分别由单稳态振荡单元23的IC27、IC28进行整形，由端口(25)输出行脉冲，由端口(26)输出场脉冲。由于存储器是以字节为单位置数，所以设置了8分频器IC23。80分频器由两块4位二进制计数器组成，其输出状态线Q0～Q7和2分频器IC25的状态线Q8为视频存储器提供读出地址，由端口(24)输出，其状态范围为031H～080H和131H～180H；同时，其中的低位状态线Q0(频率为1.25MHZ)由端口(22)输出，作为图象数据储运部件4中视频存储器的最小地址单位，以便8比特一次写入和8比特一次读出；次低位状态线Q1(频率为625KHZ)由端口(23)输出，作为图象参数输入部件6中A／D转换器的工作时钟。
图3示出了窗口部件3的构成。水平窗口单元31由对来自端口(25)的行脉冲进行顺次延时的单稳态振荡器IC301～IC304组成，IC301提供窗口的水平前沿，IC302和IC304分别提供窗口的水平左边沿和右边沿，IC303提供窗口的水平宽度，调节IC301～IC304的延时，即可改变窗口的水平位置、宽度和左、右边沿的宽度。在垂直窗口单元32中，单稳态振荡器IC305和IC306对来自端口(26)的场脉冲进行顺次延时，分别提供窗口的垂直前沿和垂直宽度；垂直窗口信号再送入D触发器IC307，IC307的D端与端口(25)的行脉冲相联结，目的是使垂直窗口信号与行脉冲同步，以保持窗口的两条水平边界的平直。调节IC305和IC306的延时，即可改变窗口的垂直位置和宽度。在窗口合成输出部件33中，或门IC308接收IC303、IC304的水平窗口信号后，再与IC307的垂直窗口信号相与，经与非门IC310合成窗口控制信号，由端口(32)输出；或门IC309分别与IC302和IC304联结，接收窗口左右边沿信号后，再与IC307的垂直窗口信号相与，经与非门IC311合成窗边沿控制信号，由端口(33)输出。为了使窗口图象能跟踪刺激视场中某一区域，要求窗口的位置与眼球位置之间保持相对静止，因此，窗口部件3还包括了由锯齿波发生器IC312、放大器IC313、采样保持电路IC314和电压比较器IC315构成的外部信号控制窗口水平前沿位置单元34，其中，锯齿波发生器IC312受行脉冲控制，且与行频频率相同，以保证产生的锯齿波与行脉冲同频同相；外部窗口位置控制信号，例如眼动信号，由端口(31)输入，经放大器IC313进行幅度和电平调整，送IC314进行采样保持，IC314受场脉冲控制，以保持窗口的两条垂直边界的平直，其输出与锯齿波信号一起送入电压比较器IC315，比较器的输出即为眼动控制的窗口前沿。单刀两掷开关K30与单稳态振荡器IC309相联结，用以选择水平窗口位置的控制方式。窗口水平前沿在K30扳向K301时由单稳态振荡器IC301提供，在K30扳向K302时则由电压比较器IC315提供。
图4示出了本实施例的图象数据储运部件4的构成。视频存储单元41由窗内数据存储器IC401和窗外数据存储器IC402组成，分别存放窗内外图象数据。数字开关IC403、IC404和三态门IC405、IC406组成视频存储选通单元42，P10A口的PA5控制IC403对IC401、IC402地址线的切换和IC404对IC401、IC402读写状态的切换。或门IC407～IC411组成条件逻辑控制单元43，控制IC401、IC402数据和读写状态的选通。移位寄存器IC412～IC415、三态门IC416～IC419和非门IC420组成移位输出单元44。
当PA5＝0，即场中断时，视频存储单元41的地址线由微机CPU的A0～A8提供，存储器写信号MEMW经IC404直接与存储器的读／写控制端WR相联；CPU地址线A9参加片选。A9＝0时，微机以CS3可选中窗内存储器IC401进行置数，或门IC410输出低电平，图象数据经开通的三态门IC405馈入IC401的数据线；同时，或门IC407输出高电平，经或门IC408阻止窗外存储器IC402的选通。A9＝1时，或门IC409输出高电平，窗内存储器IC401不被选通，而或门IC407输出低电平，微机以CS3可选中窗外视频存储器IC402进行置数，或门IC411输出低电平，图象数据经三态门IC406馈入IC402的数据线。
在PA5＝1，即显示期间，窗内外视频存储器与微机的地址、数据和控制总线隔离，并同时处于选中读出状态，其地址线与节拍信号部件2的端口(24)相联结，地址范围为031H～080H和131H～180H，分别将窗内外图象数据送移位寄存器IC412～IC415进行移位输出。为了与节拍信号部件2提供的端口(24)的状态范围一致，对单板机来讲，窗内数据地址为X00，0011，0001～X00，1000，0000X01，0011，0001～X01，1000，0000窗外数据地址为X10，0011，0001～X10，1000，0000X11，0011，0001～X11，1000，0000
众所周知，移位寄存器有两种工作状态一是移位输出，二是置数。为了保证对应于置数周期的图象信息不致被丢失，故对窗内外的数据输出都分别设置两块移位寄存器(即IC412、IC413和IC414、IC415)，交替进行移位和置数，其移位由端口(21)的2CMHZ脉冲进行时钟控制，而输出端分别与三态门IC416～IC419联结，形成窗内外的原始图象信号，分别由端口(41)和(42)输出。端口(22)提供最小存储地址单位信号，与三态门IC416～IC419的选通端相联结，使它们的开通状态与移位寄存器的输出相对应。此外，端口(22)还和非门IC420的输出一起，控制移位寄存器移位／置数状态的切换。
图5给出垂直反相控制部件5的电路结构，以窗内垂直反相控制为例，它包括由非门IC501、数字开关IC502和反相选择开关K51构成图象正反相信号切换单元51、由十进制二位数组合拨盘K52与计数器IC503构成的行脉冲分频单元52、由D触发器IC504构成的周期反相控制单元53以及由D触发器IC505～IC513和异或门IC514构成的随机反相控制单元54。来自图象数据储运部件4中的窗内原始图象信号由端口(41)提供，一方面直接接入IC502的一个输入端，一方面经IC501反相后接入IC502的另一个输入端，其输出为窗内图象信号，由端口(51)输送至图形全电视信号合成部件7。IC502的控制方式由单刀三掷开关K51选择，K511接地，K512和K513分别与周期反相单元53的输出端(即IC504的Q端)和随机反相单元54的输出端(即IC514的输出端)相接。当K51拨向K511时为不反相；拨向K512时为周期反相；拨向K513时为随机反相。这样，在一场的不同行处可输出图象的正、反相信号，实现图象在垂直方向上周期或随机的交替倒相。从图5可见，行脉冲由端口(25)输入，端口(26)的场脉冲分别对行脉冲分频单元52、周期反相控制单元53和随机反相控制单元54置初态，使得图象不会发生垂直方向上的抖动。计数器IC503输出接T触发器IC504，产生占空比为11的周期反相控制脉冲，通过拨盘K52改变计数器IC503的初值，便可改变图象的周期反相间隔。随机反相单元54提供的是伪随机二进制信号，本实施例采用由9个D触发器IC505～IC513组成循环移位和由异或门IC514实现模2加的功能，即IC514的两个输入端分别与IC509和IC513的输出端联结，其输出端与IC505的数据端D联结。同时，由于计数器IC503与D触发器IC505的CP端联结，故改变拨盘K52的置数，即可改变垂直随机反相的的基频。窗外图象的垂直反相控制原理与窗内的完全相同，窗外原始图象信号由端口(42)输入，经反相控制的窗外信号由端口(52)输出。
图6示出了图形参数输入部件6的构成。该部件的设置主要是为了提供实时更换显示图象参数的功能，由10只组合拨盘K601～K610和8只单刀两掷开关K611～K618组成参数预置单元61，数字开关IC601～IC618和三态门IC619、IC620组成参数选通单元62。本实施例中，K601～K608均为十进制三位数组合拨盘，K609～K610为十进制二位数组合拨盘。K601和K605分别设置窗内外黑条纹宽度，K602和K606分别设置窗内外白条纹宽度，K603和K607分别设置窗内外刷新图象移动速度，K604和K608分别设置窗内外刷新时间间隔，即速度因子，K609和K610分别设置窗内外条纹水平随机密度，K611和K615分别设置窗内外条纹的初相，K612和K616分别设置窗内外图象的移动方向，K613和K617分别设置窗内外图象速度的控制方式(即速度由设定控制或由外信号控制)，K614和K618分别设置窗内外的水平图象方式(即周期条纹或随机条纹)。由P10A口的PA0～PA2控制8选1数字开关IC601～IC610选择三位数组合拨盘K601～K608，其低8位数经三态门IC619送入单板机的数据总线DB，单板机以I／O方式读取上述参数；由P10A口的PA3、PA4控制4选1数字开关IC611～IC618选择二位数组合拨盘K609和K610或单刀两掷开关K611～K618或三位数组合拨盘K601～K608的高2位数，数据经三态门IC620，送入单板机数据总线DB，同样，单板机以I／O方式读取送来的数据。另外，由IC621～IC624组成图象外控速度输入单元63，使窗内外图象的速度可分别由外加电信号控制，窗内、外的速度控制信号分别由端口(61)和(62)输入，由放大器IC621和IC622进行电平和幅度调整后馈送至A／D转换器IC624。A／D转换以自动启动方式进行，工作时钟频率为625KHZ，由部件2的端口(23)提供，P10A口的PA3控制输入通道选择，转换结果经P10B口读入计算机。IC623则提供A／D转换所需的参考电压。
图7是图形全电视信号合成部件7的构成。低通滤波单元71由低通滤波器IC71和IC72组成，亮度调节单元72由放大器IC73和IC74组成。部件5送来的窗内信号(51)和窗外信号(52)分别经IC71、IC72低通滤波，可产生模糊图象，由IC73、IC74分别进行亮度控制后送图象窗口控制单元73。其中，模拟开关IC75完成对窗内外图象的切换，其控制端受来自部件3的窗口信号(31)控制，处理后的窗内外合成信号馈送至阻抗控制器IC76，IC76的控制端受来自部件3的窗边沿信号(32)的控制，使垂直窗框附近图象的亮度不会产生突变，使窗内外交接处图象模糊。行、场脉冲分别由部件2的端口(25)、(26)提供，送至单稳态振荡单元74形成复合同步和复合消隐信号。信号混入器IC77、IC78组成复合同步、消隐混入单元75，经边框模糊控制处理后的窗内外混合信号由IC76馈入复合消隐混入器IC77，IC77的控制端受IC79提供的复合消隐信号的控制，在行、场消隐期间，IC77将接受的复合图象信号拉低到接近负电源电平，产生消隐，并可由电平切割电路调节消隐电平的大小。混入了复合消隐后的复合图象信号再经复合同步混入器IC78后得到全电视信号，由端口(71)输出。IC78的工作原理与IC77相同，其控制端受单稳态振荡单元IC79所提供的复合同步信号的控制。
本实施例中微机1采用单板机TP801，其CPU工作频率为4MHZ，PIOA口用于状态控制，采用位控方式，其中bit0～4分别用于参数输入选通，bit5用于窗内外图象数据传送选通，bit6用于场中断输入控制，bit7用于程序控制输出。内存地址分配如图8所示，地址0000H～07FFH和0800H～0FFFH分别放置监控程序和图象显示运算程序。监控程序的流程如图9所示。图象显示分为程控显示方式和连续显示方式，与之相对应的程序流程分别示于
图10和
图11。连续显示方式的图形参数全部由面板开关设置，即由部件6中的组合开关K601～K618置数，且可实时调整参数值。工作时，程序每隔20毫秒检测一遍所有图形参数的设置，并作出相应调整。在程控显示工作方式时，所有窗内外的图象参数及显示时间等均由程序参数预先设定。程控显示是按段进行，每段的参数由6个字节组成，按显示先后顺序放入存储器中。程序每隔20毫秒对速度因子作减1计数，其计数到零后对时间参数作减1计数，时间参数计数到零后读入下一段显示参数，接着计算一次新的图象数据，直至遇到结束标志为止。
权利要求1.一种多功能运动图象发生器，与电视显示器配合，提供眼刺激图象，它以微机1为核心，配以电源8和接口部件构成，其接口部件包括向电视显示器馈送眼刺激图象的图形全电视信号合成部件7、向微机1输入图象参数的图形数输入部件6和提供基准时钟信号与行、场脉冲的节拍信号部件2，其特征在于还有在场中断时写入由微机1读出的图形数据而在场显示期间送出图形数据的图象数据储运部件4、联结节拍信号部件2将其行、场脉冲顺次延迟分别形成窗口的水平和垂直边框并把边框信号馈入图形全电视合成部件7的窗口部件3和分别跟节拍信号部件2与图象数据储运部件4以电路联结、并将馈入的图象数据进行垂直反相控制后送入图形全电视信号合成部件7的垂直反相控制部件5。
2.根据权利要求1所述运动图象发生器，其特征在于图象数据储运部件4包括缓冲存放窗内外图象数据的视频存储单元41，该存储单元41的地址线经由视频存储选通单元42对微机1的地址总线和节拍信号部件2的输出端口(24)以选通联结，其读写端和片选端受条件逻辑控制单元43控制，其数据线与移位输出单元44的数据输入端相联结，并经由视频存储单元42与微机1的数据总线相连接，微机1的读写信号，片选信号和输出位控制信号经视频存储选通单元42选通后馈入条件逻辑单元43，对视频存储单元41进行读写操作。移位输出单元42的移位控制和窗内外输出选择端口分别与节拍信号部件2的输出端口(21)和(22)相连接，其输出端(41)和(42)与垂直反相控制部件5的输入端连接。
3.根据权利要求1所述运动图象发生器，其特征在于垂直反相部件5包括图象正反相信号切换单元51、与该切换单元51的切换方式选择开关K51分别成电路联结并受来自节拍信号部件2的场信号同步的随机反相单元54和周期反相单元53及将来自节拍信号部件2的行信号分频并馈入周期反相单元53的行分频单元52。
4.根据权利要求1所述运动图象发生器，其特征在于窗口部件3包括对来自节拍信号部件2的端口25的行脉冲进行顺次延迟的单稳态振荡器IC301～IC304所构成的水平窗口单元31、对来自节拍信号部件2的端口26的场脉冲进行顺次延迟的单稳态振荡器IC305～IC306所构成的垂直窗口单元32、对外部信号加以放大并与行脉冲同频同相的锯齿波信号经电压比较器IC315构成的外部信号控制窗口水平前沿位置单元34、和对水平、垂直窗口单元31、32的行、场延迟信号进行逻辑合成窗口控制信号和窗口边沿控制信号的窗口合成输出单元33。
专利摘要一种多功能运动图像发生器，与电视显示器配合提供眼刺激图像，它系以微机1为核心，配以节拍信号部件2、窗口部件3、图像数据储运部件4、垂直反相控制部件5、图形参数输入部件6和图形全电视信号合成部件7。本实用新型提供宽度可调黑白相间竖条纹、基频可调黑白随机竖条纹、宽度可调棋盘格条纹、基频可调随机反相棋盘格条纹、全黑、全白图形，且有窗内、外图像、边框模糊度、以及图形运动可调节等特点。
文档编号A61B3/00GK2089788SQ9121528
公开日1991年12月4日 申请日期1991年4月2日 优先权日1991年4月2日
发明者孙复川, 朱惠敏 申请人:中国科学院上海生理研究所