Qu'est-ce qu'une caméra CCD?
Une caméra CCD est tout type d'appareil photo numérique doté d'un capteur d'image à dispositif à couplage de charge (CCD). Cela comprend la grande majorité des appareils photo grand public et professionnels, des caméras vidéo, des caméras de sécurité, des caméras pour téléphones portables et des caméras médicales. Les CCD sont très efficaces, capturant généralement environ 70% de la lumière incidente, contrairement aux pellicules photographiques qui ne répondent qu’à environ 2% de la lumière incidente. Les capteurs CCD sont également sensibles à la lumière infrarouge, ce qui les rend idéaux pour les caméras de surveillance de vision nocturne et les applications d’astronomie. Bien que certaines caméras utilisent un capteur d'image CMOS (Metal-Oxide Semiconductor) complémentaire, le type le plus commun est le CCD.
La plupart des caméras CCD utilisent un seul dispositif à couplage de charge pour collecter des données d'image, que la caméra soit conçue pour un fonctionnement monochromatique, couleur ou infrarouge. Dans ce cas, la lumière pénètre à travers la lentille, est filtrée et ensuite focalisée sur la surface d’un seul réseau de capteurs d’image photoélectriques. De nombreuses caméras vidéo professionnelles, appelées "caméras à trois CCD" ou "à trois puces", contiennent trois tableaux CCD. Avec ceux-ci, la lumière entrante est divisée par un prisme en ses composants rouge, vert et bleu, chacun focalisé sur son propre capteur CCD. Cela améliore la séparation des couleurs et augmente la sensibilité à la lumière, ce qui permet d'obtenir une nuance de couleur plus précise en général et plus de détail dans les situations faiblement éclairées.
Les télécopieurs, scanneurs et autres types de caméras à balayage linéaire utilisent un capteur d'image CCD unidimensionnel pour collecter des données, en déplaçant le capteur ou l'objet en cours de numérisation afin de capturer l'image entière. Tous les autres types de caméras CCD utilisent une matrice de surface bidimensionnelle fixe. Le capteur CCD est un ensemble de condensateurs photoactifs couplés qui accumulent des charges en fonction de l'intensité, de la durée et de la longueur d'onde de la lumière focalisée sur eux. Une fois exposé à une image, le contrôleur du capteur décale la charge de chaque condensateur vers son voisin dans la matrice. Cela crée un effet d'entraînement sur toute la matrice, déplaçant le dernier ensemble de charges hors puce vers un numériseur séparé; Ce numériseur les convertit en valeurs numériques à stocker dans la mémoire de l'appareil photo.
La manière dont la caméra CCD stocke et récupère les données d'image a généralement une incidence sur la conception du système. La méthode plein cadre utilise l'intégralité du CCD pour la collecte de lumière et nécessite un obturateur mécanique pour éviter les traînées lorsque les données d'image sont transférées hors puce. Cette conception est idéale pour collecter le plus de lumière et la meilleure image est plus importante que le coût, le temps et la consommation électrique. La méthode interligne utilise une colonne sur deux du CCD pour stocker rapidement les données de charge d'image avec un décalage d'un pixel, évitant ainsi les traînées et éliminant la nécessité d'un obturateur mécanique au détriment de l'efficacité. Alternativement, le procédé de transfert de trame peut être mis en œuvre avec une quantité acceptable de maculage et aucun obturateur mécanique. Le transfert de trame utilise la moitié du CCD pour le stockage et la récupération de charge, tandis que l'autre moitié accumule une nouvelle image. Il nécessite donc deux fois la quantité de silicium nécessaire pour traiter une image de même taille.
Les caméras CCD spécialisées sont utilisées en astronomie car elles sont sensibles aux longueurs d'onde de la lumière, de l'ultraviolet à l'infrarouge. En fait, ils sont si sensibles que de nombreuses mesures supplémentaires doivent être prises pour réduire la quantité de "bruit" distordant de l'image, notamment le refroidissement du CCD aux températures de l'azote liquide. Avec une compensation et un traitement des images adéquats, une astrophotographie de qualité comparable à un observatoire est désormais accessible aux amateurs sérieux et dévoués munis d’un matériel de prise de vues CCD.