Hvad er et CCD-kamera?
Et CCD-kamera er en hvilken som helst type digitalkamera med en opladningskoblet enhed (CCD) billedsensor. Dette inkluderer langt de fleste forbrugere og professionelle stillkameraer, videokameraer, sikkerhedskameraer, mobiltelefonkameraer og medicinske kameraer. CCD'er er meget effektive og fanger generelt ca. 70 procent af indfaldende lys i modsætning til fotografiske film, der kun svarer til cirka to procent af indfaldende lys. CCD'er er også følsomme over for infrarødt lys, hvilket gør dem ideelle til nattesynsovervågningskameraer og astronomi-applikationer. Mens nogle kameraer bruger en komplementær billedføler til metaloxid-halvleder (CMOS), er CCD den mest almindelige type.
De fleste CCD-kameraer bruger en enkelt ladningskoblet enhed til at indsamle billeddata, uanset om kameraet er designet til monokromatisk, farve eller infrarød betjening. I dette tilfælde kommer lys ind gennem linsen, filtreres og fokuseres derefter på overfladen af et enkelt fotoelektrisk billedsensorarray. Mange professionelle videokameraer, kendt som "tre-CCD" eller "tre-chip" kameraer, indeholder tre CCD-arrays. Med disse er det indkommende lys opdelt af et prisme i dets røde, grønne og blå komponenter, der hver især er fokuseret på sin egen CCD-sensor. Dette forbedrer farveseparering og øger lysfølsomheden, hvilket resulterer i mere nøjagtig farveskyggning generelt og mere detaljeret i situationer med lavere lys.
Faxmaskiner, scannere og andre typer lineære-scanning-kameraer bruger en en-dimensionel CCD-billedsensor til at indsamle data ved at flytte enten sensoren eller det objekt, der scannes for at fange hele billedet. Hver anden type CCD-kamera bruger en fast todimensional matrix. CCD-sensoren er en række koblede, fotoaktive kondensatorer, der bygger opladninger baseret på intensiteten, varigheden og bølgelængden af det lys, der fokuseres på dem. Når sensorens controller er udsat for et billede, flytter ladningen af hver kondensator til sin nabo i matrixen. Dette skaber en ringvirkning på tværs af hele matrixen og flytter det sidste sæt af ladninger off-chip til en separat digitaliserer; denne digitaliserer konverterer dem til numeriske værdier, der skal gemmes i kameraets hukommelse.
Hvordan CCD-kameraet lagrer og henter billeddata påvirker typisk systemdesignet. Full-frame-metoden bruger hele CCD til lysopsamling og kræver en mekanisk lukker for at forhindre udtværing, når billeddata overføres off-chip. Dette design er ideelt, når der samles mest lys, og det bedste billede er vigtigere end omkostninger, tid og strømforbrug. Interline-metoden bruger hver anden søjle i CCD til hurtigt at gemme billedladningsdata med et skifte på en pixel, hvilket forhindrer udtværing og fjerner behovet for en mekanisk lukker til effektivitetsomkostningerne. Alternativt kan rammeoverførselsmetoden implementeres med en acceptabel mængde udtværing og ingen mekanisk lukker. Rammeoverførsel bruger halvdelen af CCD til opbevaring og genfinding af ladningen, mens den anden halvdel akkumulerer et nyt billede, og det kræver derfor dobbelt så meget silicium for at håndtere billedet i samme størrelse.
Specialiserede CCD-kameraer bruges i astronomi, fordi de er følsomme over for lysbølgelængder, fra ultraviolet til infrarød. De er faktisk så følsomme, at mange ekstra skridt skal tages for at reducere mængden af billedforvrængende "støj", herunder afkøling af CCD til flydende nitrogentemperaturer. Med den rette mængde kompensation og billedbehandling er astrofotografering af observatorisk kvalitet blevet tilgængelig for seriøse, dedikerede amatører bevæbnet med CCD-kameraudstyr.