135

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ

 

СТРОБОСКОПИЧЕСКАЯ ЭКСПОЗИЦИЯ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РЕШЕТОК

 

А. И. НАЗАРОВ

 Факультет психологии МГУ им. М. В. Ломоносова

 

Явления стробоскопического восприятия движения — один из классических объектов изучения в экспериментальной психологии. Новые возможности современной электроники и вычислительной техники значительно расширяют диапазон варьируемых параметров предъявляемого объекта и позволяют управлять не только яркостью, величиной, асинхронией и расстоянием между стимулами, но и их контрастом, формой и текстурностью. В данной статье описывается устройство, в котором впервые реализована возможность стробоскопической экспозиции пространственных решеток на экране ЭЛТ.

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 1. Формирование пространственных решеток осуществляется обычным способом: на входы горизонтального и вертикального усилителей дисплея (например, типа HPI300) подаются соответственно пилообразный (низкочастотный) и треугольный (высокочастотный) сигналы, а на один из входов Z (на рис. 1 — Z₂) — сигнал яркостной модуляции. Частота генератора горизонтальной развертки Г_х равна 1 кгц, а генератора вертикальной развертки Г_у — не менее 1 мгц. В этом случае на экране обеспечивается высококачественный растр размером ЗО×30 см.

 

 

Рис. 1. Блок-схема устройства для стробоскопической экспозиции пространственных решеток.

ГФ₁ ÷ ГФ₃ — генераторы функций; K₁ ÷ К₃ — электронные ключи;

ОУ— суммирующий операционный усилитель;

Гх, Г_у — генераторы горизонтальной и вертикальной разверток соответственно;

X, У – входы горизонтального и вертикального усилителей дисплея; Z₁ Z₂ — модулирующие входы дисплея (вход используется для гашения обратного хода луча при горизонтальной развертке); Есм — напряженве смещения (±10 в) для установки нуля на выходе ОУ. Остальные объяснения — в тексте

 

Характер текстуры, создаваемой на экране дисплея, зависит от вида, частоты и амплитуды модулирующего сигнала, подаваемого на вход Z₂. Например, при использовании генераторов Функций ГФ₁ ÷ ГФ₃ типа НР3310В (США) можно получать синусоидальные, прямоугольные, треугольные и пилообразные решетки с различными контрастами и пространственными частотами.

Сигналы, снимаемые с выходов ГФ₁ ÷ ГФ₃, поступают на вход дисплея через ряд промежуточных элементов — электронные ключи K₁ ÷ К₃, выполненные на микросхемах K143KTI, прецизионные делители R₁ ÷ R₃ (10-оборотные потенциометры типа

 

136

 

ППМЛ-Ж, 1 ком), сумматор, выполненный на операционном усилителе (ОУ) типа К140УД5, и прецизионный делитель R₄ (аналогичен R₁— R₃). Если все ключи Кд ÷ Кз замкнуты (на управляющих входах А, В, С устанавливается сигнал логической «I», т. е. +5 в), то на вход Z₂ подается алгебраическая сумма модулирующих сигналов с весовыми коэффициентами от 0 до 1 (в зависимости от положения движков R₁ ÷ R₃)

 

 

Рис. 2. Схема стробирования.

 

MC₁ ÷ MC₃ — одновибраторы К2ГФ181; MC₄ ÷ MC₁₇ — логические элементы НЕ-И К1ЛБ553; нумерация выводов для счетчиков: 1 — вход «Старт», 2— выход «min». 3 — выход «max», 4 — вход «Стоп». 5 —вход «Запись», 6 — вход тактового сигнала; R₁ ÷ R₃  ≤ 10 ком; Синхр. — вход синхронизации схемы стробирования; А, В, С— выходы схемы стробирования.

 

и суммарным коэффициентом от 0 до 1 (в зависимости от положения движка R₄). Устанавливая частоту, фазу и весовые коэффициенты модулирующих сигналов, можно получать на экране синтезированные по методу Фурье сложные изображения с переменным контрастом.

Стробоскопическая экспозиция обеспечивается путем задания длительности и очередности управляющих сигналов А, В, С, вырабатываемых схемой стробирования. Эта схема состоит из двух частей (рис. 2): делителя кадра и формирователя длительности экспозиции. С помощью делителя кадра весь экран дисплея разбивается (по горизонтали) на три участка — правый (П), центральный (Ц) и левый (Л). Ширина участка Л определяется длительностью импульса (в точке 10) одновибратора MC₁, запускаемого отрицательным перепадом напряжения на выходе Г_х (см. (рис. 1) во время обратного хода горизонтальной развертки. Например, если продолжительность прямого хода горизонтальной развертки равна 900 мкс, длительность импульса на выходе MC₁ — 300 мкс, а размер растра по горизонтали — 30 см, тo ширина участка Л будет равна. 30 см (300 мкс: 900 мкс) = 10 см.

По окончании импульса на выходе MC₁ запускается одновибратор МС₂, который определяет ширину участка Ц. Плавная регулировка величин участков Л и Ц осуществляется с помощью переменных сопротивлений R₁ и R₂. Наконец, ширина последнего участка П должна быть равна разнице между величиной растра по горизонтали и суммарной шириной участков Л и Ц. Такое вычитание производится с помощью МС₄, представляющей собой RS — триггер, выполненный путем стандартного соединения двух вентилей НЕ — И. На вход S триггера подается короткий отрицательный импульс, формируемый одновибратором МС₃, который, в свою очередь, запускается задним фронтом импульса на выходе МС₂. В этот момент на выходе МС₄ возникает положительный перепад напряжения, который заканчивается с приходом синхроимпульса, подаваемого на вход R триггера, т. е. во время обратного хода горизонтальной развертки. В дальнейшем последовательность положительных импульсов на выходах MC₁, МС₂ и МС₄ повторяется.

Получающиеся в результате сигналы в точках А, В и С используются для управления состояниями электронных ключей K₁ ÷ К₃ (см. рис. 1), которые и определяют конкретный вид изображения на каждом участке экрана Э ЛТ. На рис. 3 приведен

 

137

 

пример экспозиции трех различных решеток во время одного цикла горизонтальной развертки. Поскольку период этой развертки достаточно мал (1 мс) по сравнению с временем полной суммации в зрительной системе, для достижения максимального видимого контраста изображения требуется около 20 циклов развертки, т. е. 20 мсек.

Другая часть схемы стробирования позволяет осуществлять последовательную экспозицию изображений на двух участках экрана (например, правом и левом), что и необходимо для получения эффекта стробоскопического движения. Основным узлом формирователя длительности экспозиций являются два последовательно соединенных счетчика импульсов с предустановкой типа Ф-5007. Для обеспечения устойчивой синхронизации на входы этих счетчиков (6) подается сигнал обратного хода горизонтальной развертки.» На счетчиках заранее устанавливается число подсчитываемых входных импульсов по минимуму (n_min) и максимуму (n_mах), а также число (N), от которого будет начинаться отсчет. После команды «старт» (1) с приходом каждого синхроимпульса число N уменьшается на единицу, и когда оно станет равным n_min , на выходе 2 счетчика появится короткий стандартный импульс; такой же импульс появится на выходе 3, когда оно станет равным n_mах. После инвертирования (MC₁₂ и МС₁₄) эти импульсы поступают на RS — триггер (MC₁₃), который, таким образом, формирует сигнал с длительностью, пропорциональной разнице n_min—n_max, и задержанный относительно команды «старт» на время, пропорциональное N—n_min. Триггерный сигнал с выхода MC₁₃ подается на один из входов МС₇ (логический элемент НЕ—И); на другой ее вход поступает сигнал с выхода МС₁ который, как уже говорилось, определяет ширину участка Л на экране. Длительность суммарной экспозиции изображения на этом участке пропорциональна длительности импульса на выходе МС₁₃.

 

 

Рис. 3. Временные диаграммы работы делителя кадра и соответствующее им изображения на экране дисплея.

1 — сигнал горизонтальной развертки;

2— сигнал обратного хода; 3, 4, 5 — модулирующие сигналы при замыкании ключей К₃, K₁ и К₂ соответственно; А, Б, С — выходы схемы стробирования.

 

Стандартный импульс на выходе 3 первого счетчика используется для его остановки (4) и перезаписи (5) программы, а также для запуска второго счетчика (1), который работает аналогично первому. Выходы 2 и 3 второго счетчика после инвертирования (МС₁₅ и MС₁₆) поступают на входы RS — триггера MC₁₇, функция которого аналогична MC₁₃. Выход МС₁₇ соединен с одним из входов МС₅. Рассуждая по аналогии, заключаем, что длительность суммарной экспозиции изображения на участке П пропорциональна длительности импульса на выходе MC₁₇. При этом начало экспозиции П (т. е. сигнала в точке В) задержано относительно окончания экспозиции Л (т. е. сигнала в точке С) на время, пропорциональное разнице n_min—n_max , устанавливаемой на втором счетчике.

 

Стандартный импульс на выходе 3 второго счетчика используется для его остановки (4) и перезаписи (5) программы, а также для повторного запуска первого счетчика при замкнутом ключе К. В последнем случае стробоскопическая экспозиция будет продолжаться до тех пор, пока экспериментатор не нажмет кнопку «Стоп» (К_Н2). Возобновление серии экспозиций осуществляется нажатием кнопки «Старт» (К_Н1). При разомкнутом ключе нажатие этой кнопки дает лишь однократную экспозицию участков Л и П.

При подключении схемы стробирования к управляющим входам аналоговых ключей K₁ ÷ К₃, как это показано на рис. 1, правая и левая решетки экспонируются в стробоскопическом режиме: вначале замыкается ключ К₃ на время, пропорциональное n_min—n_max и устанавливаемое на первом счетчике; затем следует задержка, пропорциональная N — n_min, на втором счетчике; после задержки замыкается ключ К₂ на

 

138

 

время, пропорциональное n_min—n_max на втором счетчике; затем (при замкнутом ключе К₁, на рис. 2) вновь следует задержка, пропорциональная N—n_min на первом счетчике, а дальше вся последовательность повторяется до нажатия экспериментатором кнопки «Стоп» (К_Н2 на рис. 2).

При этом в центре экрана будет постоянно экспонироваться третья решетка, поскольку ключ K₁ замыкается на время, равное длительности сигнала на выходе МС₂, и с периодом I мс. Комбинируя коммутацию выходов А, В и С схемы стробирования с управляющими входами ключей K₁ ÷ K₃, можно получать другие варианты стробоскопической экспозиции.

Каждая часть схемы стробирования может использоваться независимо от другой. Так, чтобы получить на экране постоянное изображение трех решеток, достаточно разъединить связи MC₁₃ — МС₇ и MC₁₇ — МС₅ (рис. 2); если же для управления ключами, например К₂ и К₃ (рис. 1), использовать сигналы на выходах MC₁₃ и МС₁₇ (см. рис. 2), то можно получить последовательную экспозицию двух решеток на всем растре, что необходимо в экспериментах по зрительной маскировке.

Учитывая особенности формирования растровых изображений, длительности экспозиций и интервалов между ними, целесообразно измерять в единицах периодов горизонтальной развертки. Если период равен 1 мс, то количество периодов, задаваемое на счетчиках путем установки N, n_min и n_max, дает прямой отсчет времени в миллисекундах. При использовании счетчиков Ф-5007 минимальная длительность стробирующих сигналов на выходах MC₁₃ и МС₁₇ и интервалов между ними составляет 3 мс. Верхний предел ограничен емкостью счетчика и. исчисляется десятками минут.