全國中小學科展

臺灣

以長距離立體影像模型為基礎之汽車防撞警示雷達系統的設計與研究

本研究基於雙鏡頭立體成像原理,提出適用於長距離的相機光軸校正演算法則。此演算法則可快速地將失真的影像修復,以提供正確物體影像的視差資訊來得到其3D立體影像的資訊。由於物體影像於長距離時會太小而變得難以辨識,因此加大影像解析度能有效提升物體影像的辨識度進而獲得長距離的立體影像,但電腦執行影像處理的運算時間也隨之變長而失去即時性。因此本研究採用圖形處理器及多重執行緒的技術,可將解析度1280*720的影像擷取和處理的運算時間縮短至每幅影像100毫秒以下,而達到影像處理的即時性。本研究最後將此研究成果用於汽車防撞警示雷達系統設計,此系統運用兩個網路攝影機來擷取影像,並利用OpenCV所提供之開放原始碼實現本研究所有使用之影像處理程序,以快速達到汽車防撞警示雷達系統的實現。

名偵探「蚵」南 ~以牡蠣殼作為環保材料之研究

本實驗將台灣的海產廢棄物「牡蠣殼」磨成粉末後,進行鍛燒前後之比較,研 究其是否可作為環保材料之可行性,實驗結果如下: 1. 將牡蠣殼粉製成吸油再生紙:我們自製工具控制厚度,做出厚薄一致的再生紙,並測試其吸油量、耐熱與保溫程度,研究顯示其具有極佳效果。 2. 重金屬吸附:我們嘗試自製油甘子萃取液的沒食子酸作為綠色試劑,並發現其可有效檢驗出鉛離子與鐵離子,而牡蠣殼粉可成功吸附重金屬。 我們希望能夠從創新出發,用愛心做環保,讓廢物變黃金,永續我們的美麗家園。

電位式茶品發酵度探針

茶品的發酵程度對其香氣與口感有決定性的影響,然而業界卻缺乏相關的客觀指標與其有效的量測方法。茶品發酵的主要化學過程是其兒茶素的氧化與聚合,這些茶單寧將隨著發酵過程逐漸由還原態轉變成氧化態。所以,不同發酵程度的茶,其氧化態單寧與還原態單寧的比將有所不同。這個比值預料可由氧化還原電位間接地量測得知。本研究使用白金絲與銀/氯化銀參考電極為電極對來量測此氧化還原電位。量具則使用具高輸入阻抗(大於十億歐姆)的pH 電極用電位計以取得茶汁中微弱的氧化還原電位訊號,可於十秒內取得高再現性(相對標準差小於3%)的電位訊號所得到的電位訊號與發酵程度呈高度的線性相關(相關係數大於0.9)。Degree of fermentation is pivotal for the aroma and the aftertaste of tea, but an objective scale and efficient evaluating methods are demanded for the important quality factor. Oxidation along with the polymerization of catechins is known to be the major chemical process during tea fermentation; the tea tannins will gradually change from their reduced forms to their oxidized formats. As the consequence, the ratio of oxidized tannins to reduced tannins will differ with the extent of fermentation. The ratio can be measured simply by the redox potential. In the present study, we used a platinum wire and an Ag/AgCl reference electrode as the electrode pair to measure the redox potential. A pH meter with high input impedance (over Giga ohm) served as our voltmeter for the weak voltage signals retrieved from tea infusions. The measurement was quick (less than 10 second) and with good reproducibility (CV0.9).

平流層瞬時暖化與北極震盪之長期關係

近年來氣候變遷的加劇使生活於地球的人類面臨了空前的挑戰,此次研究將以長期觀測數據深入探討近年受到科學家重視的「平流層瞬時暖化(SSW)」對於大氣的影響性,及與「北極震盪(AO)」的相關性。在此次研究利用NCEP/NCAR Reanalysis資料,分析了1991~2012年間發生SSW期間的大氣參數。我們從資料中發現自2000年起至2010年,緯向平均風場於SSW期間皆發生代表主要暖化的方向反轉,打破以往每2~3年發生一次主要暖化的頻率,顯示近年來主要暖化發生的頻率增加。另外,我們發現SSW對於對流層及地面皆有一定影響程度,從垂直風場的分析中發現SSW高峰日後,北美地區東岸垂直氣流連續一週皆呈現向下,導致溫度因為絕熱壓縮而增加,而地面的緯流指數(Zonal Index)也在此時呈現下降趨勢,表示此時緯向環流的強度正在減弱(即為北極震盪負相位),最後將出現極區氣溫上升、中低緯度氣溫下降的現象。

安培植物假說

在「植物的秘密生命」這本書中提到植物在電場或磁場中會生長的更好,我最近正好學到了電磁場如何產生,以及一些產生電磁場的方法,所以想利用螺形管線圈來產生均勻的電磁場並用安培右手定則來控制磁場產生的方向來了解電磁場在高低室溫下對綠豆生長的影響. 在本實驗中我利用鐵碗纏繞線圈的方式並通入不同的電流大小來改變磁場的強度,所進行研究所得到的結果顯示(1)綠豆只有在適當的電流大小下所產生的電磁場才可以幫助加速綠豆的生長(2)栽培綠豆的環境所架設的電磁場越高,越能持續讓綠豆的生長加速(3)綠豆的加速生長並不需要整天都通電(4)綠豆在N極朝上的磁場中生長的速率較S極朝上的磁場中要快(5)在較低的室溫下,電磁場加速綠豆生長的效應較能顯現 It has been mentioned that the plants will grow faster in the electronic or magnetic field in the book of “the secret life of plants”, I learned about the knowledge and methods of how to produce the electromagnetic field just now, I use the screw wire to produce electromagnetic field and control the direction by the Amplifier’s rule to investigate the growing speed of green beans under electromagnetic field in those different temperature. In this experiment, I use the wire to screwed around the ironed bowl, and make different electric current to generate different strength of electromagnetic field, the results indicate that (1) The faster growing speed will only exist in some strength of electromagnetic field (2) The higher ironed bowls that full of screwed wire will result in the faster growing speed (3) It will not need electromagnetic field all days (4) The green beans will grow fast in those north magnetic pole than those in south magnetic pole (5)The effect of electromagnetic field to increase growing speed will be significant in higher room temperature

會呼吸的複合式環保蛋殼植栽容器

為了環境保護,政府推行減少使用塑膠用品,我們看到裝著植物的塑膠軟盆,在植物移植至花圃後就被丟棄,因此,我們選擇蛋殼和天然物質聚乳酸,製造出可自行在土壤中分解的植栽容器。 在蛋殼植栽容器中加入菜肥,肥料會緩慢釋放到土壤中並減少流失,還能優化土壤,緩衝土壤的酸鹼性,具有複合性效果,有助於植物生長。透過模擬運送震動,找出了適合蛋殼植栽容器的包裝和運送方式,利於產銷運送。蛋殼植栽容器會在土壤中自行崩裂,尚未完全分解的碎屑,繼續施放養分,有助於植物生長,同時,植物也無須取出再移植,可以取代塑膠軟盆,是一種創新的作法。

就是那道光-色素增感型太陽能電池改良之探討

在這能源短缺的時代,開發替代能源已經成為主要課題。利用光觸媒特性所製成的色素增感型太陽能電池,因二氧化鈦光觸媒受到紫外光照射才產生電子躍遷,吸收光的頻率區域狹小,實用性不高。因此研究氧化鋅、二氧化錫與二氧化鈦混合,是否能提升該電池的轉換效率。藉由各種變因的探討,從中選取最有利的方式,使太陽能電池發揮更大的效益。除了以溫度、電解質、混合比例等因素外,增加電極面積以及串聯均可提高電壓與電流,以增加日常生活的實用性。如不斷的改進發展,諸如電解水、使小燈泡發光,甚至各種小家電用品的使用,都可應用於其中。In times of energy shortage, exploring the alternative energy has already become a main issue. The dye solar photocell is using photocatalyst characteristic. Because the electron transition is caused by lighting up the titanium dioxide photocatalyst by the ultraviolet, the frequency of spectrum is narrow and small. It is thus impractical. Therefore, we research whether or not the mixtures of zinc oxidize and tin oxide with titanium dioxide can improve the conversion efficiency of the dye solar photocell. Through discussion on various kinds of factors, we can choose the best way to make the dye solar cell yield more efficiency. In addition to the factors such as temperature, electrolyte, mixed proportion, etc., increasing the area of electrodes and contact can improve the voltage and electric current. That way we can increase the practicability for daily use. With constant improvement, it can be applied to many kinds of things, such as electrolyzing water, small bulb lights, even small household appliances.

由心血管超音波影像之動態分析研究主動脈硬化

我們的研究工作有兩項重要成果:首先,根據物理學的彈性體振動模型發現:主動脈硬化的定量分析訊息可由測量主動脈相對於心臟運動的延遲時間明確得知,而且可用目前臨床使用中的心臟超音波儀器直接進行此一測量。在對23 個樣品、每個樣品分析大約50至100 次心跳的初步研究中發現,此一延遲時間是確實存在的,而且延遲時間超過大約0.17秒時,樣品就可能具有動脈硬化的現象。其次,在比照過10 組樣品的數據後發現,上述之延遲時間確定可由體外的胸前超音波掃描(TTE)準確測得,而不需要採用侵入式的經食道超音波掃描(TEE),以免除受測者的不適,及避免副作用的風險,使得此一新方法更具有方便、普遍的優點。而且此一方法也可能由數據的分佈發覺心血管之其他病徵。未來仍需應用此一方法對較多樣品進行研究以進一步確定此診斷方法之可靠性。 Two important results were achieved in this research. Firstly, according to the physical model of elastic oscillation, we found that the qualitative analysis of aorta stiffness could be obtained by a measurement of the delay time of the aorta motion relative to the cardiac motion. This measurement could be carried out with the conventional echocardiography. A preliminary analysis based on 23 samples, with 50 to 100 heartbeats per sample, confirmed the existence of this delay time. Also, a delay time of greater than 0.17 sec might imply the symptom of aorta stiffness. Secondary, after a comparison of 10 samples, the aforementioned delay time could be measured with TaransThoracic Echo (TTE) instead of TransEsophadeal Echo (TEE), in which the later is invasive while the former is not. Therefore, the discomfort of the patient and the risk of invasive operation can be avoided, making this new method more convenient and more common to accomplish. This method could also clearly discern some abnormal cardiac performance. A large-scale study with this method should be conducted in the future.

蚤尋活水

雙孔渦流的奧秘

從直徑數公分的小漩渦,到直徑可達10公尺的巨型海漩;由F1~F5級的龍捲風到輕重度颱風,大自然中有各種渦流。不久之前還有雙眼颱風(杜鵑颱風)經過台灣,颱風出現雙眼時其行進路徑常有不尋常的擺動,行進方向忽而偏北,忽而偏南,擺動的頻率比一般颱風來得頻繁,又其結構紮實,對流旺盛,常造成莫大的災害。研究這個主題主要的目的是嘗試探討此雙渦流運動的起因、其運動方式和可能的控制方法。