1 Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban Készítette: Szakmány Tibor PhD hallgató SZTE-TTIK Kísérleti Fizikai Tanszék.

Az előadások a következő témára: "1 Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban Készítette: Szakmány Tibor PhD hallgató SZTE-TTIK Kísérleti Fizikai Tanszék."— Előadás másolata:

1 1 Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban Készítette: Szakmány Tibor PhD hallgató SZTE-TTIK Kísérleti Fizikai Tanszék

2 2 Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban  Bevezetés  Digitális fényképezőgép működése  Felhasználás a fizikaoktatásban  Összegzés

3 3 Digitális eszközök az oktatásban A széles körben elterjedő modern digitális eszközök új lehetőségeket kínálnak az órai szemléltetésben, kísérletezésben, és mérési gyakorlatokban.

4 4 Digitális fényképezőgép működése: CCD, MOS, pixel  A digitális fényképezőgép lelke a CCD chip, fényérzékeny cellák kétdimenziós mátrixa  Fém-oxid félvezető kondenzátor (MOS)  Pixel (pixture element)

5 5 Ön-diffrakció Leggyakoribb felbontások: Leggyakoribb CCD méretek: 640 x 480 pixel0,3 Mpixel 1024 x 768 pixel0,9 Mpixel 1280 x 960 pixel1,3 Mpixel 1600 x 1200 pixel1,9 Mpixel 2048 x 1536 pixel3,1 Mpixel 2288 x 1712 pixel4 Mpixel 2560 x 1920 pixel5 Mpixel 2816 x 2112 pixel6 Mpixel

6 6 Digitális fényképezőgép működése: Kiolvasás, töltések léptetése  A kiolvasás menete  A töltések léptetése, háromfázisú órajel

7 7 Digitális fényképezőgép működése: A/D konverzió  Analóg jel erősítése  A/D konverzió  Digitális jelek – kvantálás finomsága 8 bit

8 8 Digitális fényképezőgép működése: Színeskép  Bayer színszűrő  Színkeverés a 3 alapszínből  3 x 256 = 16,7 millió szín

9 9 Elsődleges felhasználás  Fénykép, sorozatkép, videofelvétel készítése szinte bárhol, bármikor  Képek számítógépre mentése  Számítógépről vezérelt fényképezés

10 10 Felhasználás a fizikaoktatásban  Fényképek rövid és hosszú záridővel

11 11 Színkeverés  Színkeverés a 3 alapszínből  Monitorok képe „makro” módban  3 x 256 = 16,7 millió szín CRT TFT

12 12 Felhasználás a fizikaoktatásban Leggyakoribb felbontások:  Leggyakoribb CCD méretek: 640 x 480 pixel0,3 Mpixel 1024 x 768 pixel0,9 Mpixel 1280 x 960 pixel1,3 Mpixel 1600 x 1200 pixel1,9 Mpixel 2048 x 1536 pixel3,1 Mpixel 2288 x 1712 pixel4 Mpixel 2560 x 1920 pixel5 Mpixel 2816 x 2112 pixel6 Mpixel A pixelek mérete 2-5µm!

13 13 Ön-diffrakció  CCD, mint kétdimenziós rács  Fényelhajlás, és reflexió  Objektív összetett lencserendszer

14 14 Felhasználás a fizikaoktatásban Videófelvétel készítése:  Szabadesés  Vízszintes hajítás  Súlytalanság Videó: Canon S5IS Projekt: - lift

15 15 Felhasználás a fizikaoktatásban  Videofelvétel képkockánkénti vetítése, elmentése Windows Movie Maker-rel

16 16 Felhasználás a fizikaoktatásban  Vidofelvétel képkockáinak lementése BS Player-rel

17 17 Felhasználás a fizikaoktatásban  Sorozatképek, videofelvételek képkockáinak illesztése Paint-tel

18 18 Felhasználás a fizikaoktatásban  Rajzolás és koordináták meghatározása Paint-ben

19 19 Felhasználás a fizikaoktatásban  Adatfeldolgozás Excel-lel t AVI [s]t [s]h paint [px]h [px]h [m] 5,26041400,000 5,340,082531610,288 5,420,161252890,516 5,50,24353790,677 5,580,32193950,705 5,660,4483660,654 5,740,481422720,486 5,820,562661480,264 5,90,64397170,000 ∆h/∆tEkinEpot 3,593750,0361620 2,8571430,0228570,015794 2,0089290,01130,028351 0,3571430,0003570,03718 -0,647320,0011730,03875 -2,098210,0123270,035905 -2,767860,0214510,026683 -3,303570,0305580,014519

20 20 Felhasználás a fizikaoktatásban  Sebesség és gyorsulás kvantitatív mérése

21 21 Felhasználás a fizikaoktatásban  Rezgőmozgás és körmozgás kapcsolata

22 22 Felhasználás a fizikaoktatásban  Csillapodó rezgések burkoló görbéi

23 23 Felhasználás a fizikaoktatásban  Mérések összevetése a Leybold taneszközgyártó CASSY rendszerével

24 24 Felhasználás a fizikaoktatásban  Kezdés t=0, s=0, 4 képkockánként

25 25 Felhasználás a fizikaoktatásban  Kezdés t=0, s=0, 5cm-ként

26 26 Felhasználás a fizikaoktatásban  Kezdés t=0, s≠0, 5cm-ként

27 27 Felhasználás a fizikaoktatásban  Kezdés t≠0, s≠0, 5cm-ként

28 28 Felhasználás a fizikaoktatásban  Újszerű mérési gyakorlatok pl: autók sebességének mérése

29 29 IR-fényképezés szűrő nélkül  A digitális fényképezőgép, mobiltelefon érzékeny a közeli infravörös tartományra

30 30 IR-fényképezés szűrő nélkül  Mi átlátszó és mi nem infravörösben?

31 31 IR érzékenység - szűrővel  IR-szűrővel készült képek

32 32 IR érzékenység - szűrővel  IR-szűrővel készült képek

33 33  Nap  Gyertya  Hélium  Neon  Fénycső  Kvarclámpa  Higany  Takarékos izzó  LED – piros  LED – kék Doboz-spektroszkóp

34 34 „Digitális fényképezőgép fizikája”  Camera obscura  Kondenzátor, elektromos potenciál, potenciál gát  Félvezetők, vezetők tulajdonságai, töltések mozgása  Fényelektromos hatás, kilépési munka  Hőmozgás, sötétáram, elektromos zajok  Elektromágneses spektrum, UV-fény, IR-fény  Színek, színek keverése alapszínekből  Érzékszervek érzékenysége, logaritmikus érzékenység, linearitás  Kvantált mennyiség, diszkrét érték  Analóg áramkör, digitális áramkör

35 35 Összegzés  Korlátai: - mozgások esetén leolvasásból és torzításból eredő 3-7%-os mérési hibák - túl lassú, túl gyors mozgások - időigény sok mérési pont esetén - típusfüggő beállítási lehetőségek  Előnyei: - széleskörű alkalmazhatóság - nem igényel pénzráfordítást - újszerű gyakorlatok - számítógépen elmenthető, bármikor könnyedén újra felhasználható adatok - motiváló hatás