Analoge und digitale Bilderfassung

11. Stunde

Die Schülerinnen und Schüler stellen ein analoges Bild her. Dazu können sie Gegenstände oder eine Schablone auf ein Solar-Fotopapier legen. Dies kann bei gedämpftem Tageslicht geschehen, da dieses Papier nur für blaues und ultraviolettes Licht empfindlich ist. Vorsicht ist bei Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen geboten! Dann belichten sie das Fotopapier in der Sonne. Anschließend wird das Papier mit Wasser (zwei Minuten wässern) entwickelt.

Abb. 14: Solar-Fotopapier, v. Harten, 04.2018

Mit Hell-Hell-Schaltungen können die Schülerinnen und Schüler modellhaft die Funktionsweise eines Bildsensors kennenlernen. Die Hell-Hell-Schaltung wird als Blackbox eingesetzt. Fällt Licht auf den Fotowiderstand, so wird eine Spannung erzeugt, die eine LED zum Leuchten bringt.

Abb. 15: Hell-Hell-Schaltung, v. Harten 04.2018

Mit drei Hell-Hell-Schaltungen kann ein einfacher Modellbildsensor gebaut werden. Das 3 Pixel-“Bild“ kann mit einer dreistelligen Binärzahl codiert werden. Schwarz (Dunkel) oder Weiß (Hell) muss als 1 festgelegt werden.

Abb. 16: Modell Bildsensor, v. Harten, 04.2018

Der Modellbildsensor unterscheidet nur zwischen Hell und Dunkel. Grautöne und Farben kann er nicht abbilden.

Der Bildsensor (CCD) eines alten Handys kann ausgebaut und den Schülerinnen und Schülern gezeigt werden. Sie erkennen dann die Miniaturisierung.

Jetzt können die Begriffe analog (altgriechisch für „verhältnismäßig“) und digital (lateinisch digitus „Finger“) eingeführt bzw. wiederholt werden. Als Beispiele können analoge (stufenlose) und digitale (mit Zahlen) Anzeigen bei Messgeräten (u.a. Uhren) gewählt werden.

Ein Fotoapparat mit chemischen Film und einer mit Bildsensor werden verglichen. Die Linse (Objektiv) wird als Gemeinsamkeit zur Bildent­stehung genannt. Weitere Gesichtspunkte sind z.B. die Speicherung und Bildverarbeitung.

Zusatz:

Ein 3x3 Bildsensor ist noch anschaulicher. Eine weitere Festlegung (Spalten-Zeilen) ist jetzt für die Codierung nötig.

Abb. 17: Modell Bildsensor 3x3, v. Harten, 04/20188

Abbildung 18: Farbsensormodell, v. Harten, 04.2018

Mit Farbfilterfolien können die Fotowiderstände überklebt werden. Mit den Folien Rot, Grün und Blau (RGB) und die entsprechenden Farb-LEDs erhält man ein Modell eines Farbbildsensors (genauer Pixel).

Z.B. leuchtet die blaue LED nur bei blauem Licht. Bei weißem Licht leuchten alle drei LEDs. Aus der Entfernung sieht dies wie weißes Licht aus.

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