视觉心理物理学（2）matlab与ptb3

典型的心理物理实验通常通过各种显示设备向观察者显示刺激（常将处理过的特殊数字图像作为刺激），通过交互设备（键盘、鼠标、按键盒等）接收被试者反应。

通过matlab及psychtoolbox3工具包完成实现所需的刺激呈现、应答接收、以及数据拟合处理......

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Psychtoolbox网站上概述和介绍，以及各种教程http://psychtoolbox.org/PsychtoolboxTutorial 读者还可以使用MATLAB中的帮助功能访问与工具箱函数的文档介绍页面。

图像（正弦光栅、外部噪声图像和纹理等）通常在文件或计算机内存中以数字形式保存为位图或像素图——位或像素（图像元素）的空间映射表示图像在x，y处每一点的颜色。

图像的位图是具有相应行数和列数的二维像素阵列。每个像素元素给出图像中对应行和列位置中的像素强度值。图像像素通常被存储为1,4,8,16,24,32,48或64位/像素。位/像素的数值被称为颜色深度。

（1）正弦波是视觉心理物理学中的基本图形。Gabor是一个由二维高斯（正常或钟形）函数窗口化的正弦波，具有明确的空间频率范围，并包含在窗口化的空间中，它是视觉研究中最常用的刺激之一。

l(x,y)=l0 (1.0±csin{2 π f [ysin(θ)+xcos(θ)]}) 正弦波方程

l(x,y)=l0 (1.0±csin{2 π f [ysin(θ)+xcos(θ)]}×exp[ ]) Gabor的方程 l（x，y）是图像中位置（x，y）处像素的灰度级，l0是平均灰度级，f是正弦波的频率（1 /像素），θ是正弦波的倾斜角

效果图（中）生成matlab代码（右） meshgrid 函数用来生成网格矩阵，可以是二维网格矩阵

（2）白噪声图像

噪声图像通常用于改变图像质量或终止视觉处理。常用高斯白噪声（即是每个像素的值均从均值等于中值或中性灰度、标准差为可实现强度值范围中一部分的正态分布中随机抽取）

（3）滤波图像

我们常需要不同空间频率的图像刺激，通过matlab设计不通滤波器可实现不同图像的处理。

1. imread 读取图像，得到矩阵map和相应的颜色映射M 如 [M,map] = imread ( 'Church.jpg','jpeg' ) ;% M is a true color image in a 1944x2896x3 matrix showImage (M,' ' ) ;%显示图片

2. rgb2gray 灰度变换（将真实的RGB图像转换为灰度图像）、函数可以保留亮度信息的同时，消除有关色彩的色调和饱和度的信息

[M,map] = imread ( 'Church.jpg','jpeg') ; M2 = rgb2gray(M) ; showImage (M2,'grayscale' ) ;

3. im2bw 读取并将图像转换为二进制黑白图（无灰度）

4. 几何变换 调整大小、旋转和裁剪

5. 滤波滤波用于删除或减少图像的某些特性或成分，空间频率滤波器被用于创建特殊的实验刺激。

通过快速傅立叶变换（fft2）来完成的，fft2对图像中每个空间频率的数量进行编码

傅里叶分析用空间频率内容来描述一幅图像。低空间频率对应于空间中强度的缓慢起伏，而高空间频率对应于空间中强度的快速变化。

（1）低通滤波器 衰减高空间频率，同时“通过”（保持）低空间频率，这会模糊原始图像

（2）高通滤波器 保持高空间频率的同时衰减低空间频率，保留图像中更锐利的边缘

（3）带通滤波器 衰减非常低和非常高的空间频率

· 原始教堂图片及其傅里叶频谱（第一行）

· 低通滤过的教堂图片及其傅里叶频谱（第二行）

· 高通滤过的教堂图片及其傅里叶频谱，以及高通滤波器（第三行）

· 带通滤过的教堂图片及其傅里叶频谱，以及带通滤波器（第四行）

图像的傅立叶描述包括幅度谱和相位谱。幅度谱表示每个空间频率分量的幅度（数量），而相位谱描述了正弦波频率分量的位置。

一、matlab基础

常见函数和知识点：https://blog.csdn.net/nonmarking/article/details/20424997

简要列举经常用到的：

1. 连接数组 C=cat(dim, A,B)--cat(2,A,B)与[A,B]相同，cat(1,A,B)与[A;B]相同

数组初始化：zeros(m,n)返回用0初始化的m行n列的矩阵，ones返回1初始化的m行n列矩阵

2. 类型转换 num2str :把数字转换为字符串

str2double :把字符串转换为双精度浮点数

str2num :把字符串转换为数字

3. 元胞数组 cell ：创建元胞数组 c=cell(n)c=cell(m,n)

celldisp ：显示元胞数组的内容

cellfun ：把函数应用于元胞数组中的每个元素 A=cellfun(fun, C, D,...)

cellplot ：以图形形式显示元胞数组的结构

cellstr ：根据字符串数组创建字符串元胞数组

mat2cell ：把矩阵分割为元胞数组 c=mat2cell(x,m, n)

num2cell ：把数值数组转变为元胞数组 C=num2cell(A)

4. 字符串 strcmp , strcmpi（不区分大小写）：比较字符串---strcmp('str1','str2')相同返回1，不同返回0

5. 基本运算 + ：加法运算符

- ：减法运算符

* ：矩阵乘法

.*：数组乘法

/：斜杠或者矩阵右除 B/A等于公式B*inv(A)

./：数组右除 A./B等于A(i,j)/B(i,j)

\：反斜杠或者矩阵左除 A\B等于inv(A)*B

.\：数组左除 A.\B等于B(i,j)/A(i,j)

^：矩阵幂计算

.^：数组幂计算 A.^B等于A(i,j)的B(i,j)次幂

’：矩阵转置

[]：表示空矩阵，A(m,:)删除A中的一行，A(:,n)删除A中的一列

{}：元胞组赋值

关系操作符：< <= > >= == ~ =

逻辑操作符 : 逻辑：&& || 、数组：& | ~

6. 矩阵

取值：e(2 , :)%取第2行所有元素
e(: , 3)%取第三列所有元素
e([1 3] , :)%取第1和第3行所有元素
e([1 3] , [2 4]) %分别取e(1,2);e(1,4);e(3,2);e(3,4)的元素

翻转：flipud(e)%矩阵上下翻转
fliplr(e)%矩阵左右翻转
rot90(e)%矩阵旋转90度

7. 绘图 v1=0:10:100
v2=9/5*v1+32

figure(n)% 新建第n个图形figure
plot(v1 , v2, 'ro-') %以v1为横坐标 v2为纵坐标进行描点画图用-连接起来

hold on；保持原图叠加绘图 subplot % 将多个图画到一个平面上

二、ptb3 基础知识 核心函数 Screen 窗口函数、所有屏幕：Screen("Screens")、获取帮助：Screen("Openwindow?")

ptb3通过Screen窗口函数向受试者呈现各种满足实验需求的刺激，常用函数整理：

（1）. 打开一个窗口 Screen('Openwindow',0) 关闭窗口 Screen('Close',w)

（2）. try-catch-end ，try下面的语句出现问题的时候，会自动执行catch后面的语句，跳出程序，不会出现程序卡死等问题

（3）. Screen的画图子函数 FillRect FrameRect FillOval FrameOval FillArc FrameArc DrawLine

% 1.直线 Screen('DrawLine', windowPtr [,color], fromH, fromV, toH, toV [,penWidth]);
% 2.曲线Screen('DrawArc',windowPtr,[color],[rect],startAngle,arcAngle)
% 3.曲线Screen('FrameArc',windowPtr,[color],[rect],startAngle,arcAngle[,penWidth] [,penHeight] [,penMode])
% 4.填充多边形Screen('FillArc',windowPtr,[color],[rect],startAngle,arcAngle)
% 5.更换背景色Screen('FillRect', windowPtr [,color] [,rect] );
% 6.多边形边框填充Screen('FrameRect', windowPtr [,color] [,rect] [,penWidth]);
% 7.绘制圆形Screen('FillOval', windowPtr [,color] [,rect] [,perfectUpToMaxDiameter]);
% 8.Screen('FrameOval', windowPtr [,color] [,rect] [,penWidth] [,penHeight] [,penMode]);
% 9.矩阵绘制Screen('FramePoly', windowPtr [,color], pointList [,penWidth]);
% 10.填充多边形Screen('FillPoly', windowPtr [,color], pointList [, isConvex]);

（4）. 刺激应答

fprintf('Please click the mouse now.\n');%鼠标应答，获取按下的坐标
[x,y,buttons] = GetMouse;
while any(buttons) % if already down, wait for release
[x,y,buttons] = GetMouse;
end

KbName('UnifyKeyNames'); % 键盘应答、定义键盘按键
larrow = KbName('LeftArrow'); % 定义左右键
rarrow = KbName('RightArrow');

（5）. 其他

Screen('Flip',w); %屏幕刷新
HideCursor; %隐藏鼠标的光标，以免实验过程中受到打扰

ShowCursor; %显示光标

KbWait; %等待按键的命令、按任意键继续

Waitsecs(2); %保持图形可见2秒

% 程序示例1   以下是新建一个窗口helloworld实例
try     Screens=Screen('Screens');      ScreenNum=max(Screens);      % 打开一个新的屏幕  [w, wRect] = Screen('OpenWindow', ScreenNum);   % w指代当前的屏幕的位置大小信息，当前屏幕的分辨率是1680×1050, wRect就是[ 0 0 1680 1050]      black=BlackIndex(w);     white=WhiteIndex(w);     gray=(white+black)/2;     % 当前屏幕的最大、最小灰度值，一般white=255, black=0; 两者均值设为gray          Screen('FillRect',w,gray); %把屏幕w涂成gray颜色     Screen('Flip',w); %需要flip上面对屏幕的操作才会显现出来          HideCursor; %隐藏鼠标的光标，以免实验过程中受到打扰       Text='Hello World!';  %需要呈现的文字     %oldTextSize=Screen('TextSize',w,36); %调整文字的大小为36号     Screen('DrawText', w, Text, 420, 340,[0,0,255]); %呈现文字在屏幕上的函数，颜色为蓝色        Screen('Flip',w); %同上面。需要flip对屏幕的操作才会显现出来     KbWait;     %按任意键继续              Waitsecs(2); %屏幕2秒      Screen('CloseAll');  %结束，关闭屏幕     ShowCursor;   %显示光标（前面把光标隐藏了），否则程序结束后屏幕上也没有光标
catch     ShowCursor;     Screen('CloseAll');     Priority(0);     psychrethrow(psychlasterror);
end

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