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

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

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

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

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

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

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

10 Felhasználás a fizikaoktatásban  Fényképek rövid és hosszú záridővel

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

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

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

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

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

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

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

19 Felhasználás a fizikaoktatásban  Adatfeldolgozás Excel-lel t AVI [s]t [s]h paint [px]h [px]h [m] 5, ,000 5,340, ,288 5,420, ,516 5,50, ,677 5,580, ,705 5,660, ,654 5,740, ,486 5,820, ,264 5,90, ,000 ∆h/∆tEkinEpot 3,593750, , , , , ,01130, , , , ,647320, , ,098210, , ,767860, , ,303570, ,014519

20 Felhasználás a fizikaoktatásban  Sebesség és gyorsulás kvantitatív mérése

21 Felhasználás a fizikaoktatásban  Rezgőmozgás és körmozgás kapcsolata

22 Felhasználás a fizikaoktatásban  Csillapodó rezgések burkoló görbéi

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

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

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

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

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

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

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

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

31 IR érzékenység - szűrővel  IR-szűrővel készült képek

32 IR érzékenység - szűrővel  IR-szűrővel készült képek

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

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 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