Cos'è una fotocamera CCD?
Una fotocamera CCD è qualsiasi tipo di fotocamera digitale con un sensore di immagine del dispositivo accoppiato (CCD). Ciò include la stragrande maggioranza delle fotocamere di consumo e professionali, videocamere, telecamere di sicurezza, telecamere per cellulari e telecamere mediche. I CCD sono molto efficienti, generalmente catturano circa il 70 percento della luce incidente, a differenza del film fotografico che risponde solo a circa il due percento della luce incidente. I CCD sono anche sensibili alla luce a infrarossi, il che li rende ideali per le telecamere di sorveglianza della visione notturna e le applicazioni di astronomia. Mentre alcune telecamere utilizzano un sensore di immagine complementare a semiconduttore di ossido di metallo (CMOS), il CCD è il tipo più comune.
La maggior parte delle fotocamere CCD utilizza un singolo dispositivo accoppiato per raccogliere i dati dell'immagine, se la fotocamera è progettata per il funzionamento monocromatico, di colore o a infrarossi. In questo caso, la luce entra attraverso l'obiettivo, viene filtrata e quindi focalizzata sulla superficie di un singolo array di sensori di immagine fotoelettrica. Molte videocamere professionali, KNPossiedi come telecamere "tre-CCD" o "tre chip", contengono tre array CCD. Con questi, la luce in arrivo è divisa da un prisma nei suoi componenti rossi, verdi e blu, ognuno focalizzato sul proprio sensore CCD. Ciò migliora la separazione dei colori e aumenta la sensibilità alla luce, con conseguente ombreggiatura del colore più accurata in generale e maggiori dettagli in situazioni di luce inferiore.
Macchine per fax, scanner e altri tipi di telecamere a scansione lineare utilizzano un sensore di immagine CCD unidimensionale per raccogliere dati, spostando il sensore o l'oggetto che viene scansionato per catturare l'intera immagine. Ogni altro tipo di telecamera CCD utilizza una matrice area bidimensionale fissa. Il sensore CCD è una matrice di condensatori accoppiati e fotoattivi che costruiscono cariche in base all'intensità, alla durata e alla lunghezza d'onda della luce focalizzata su di essi. Una volta esposto a un'immagine, il controller del sensore sposta la carica di ciascun condensatore a ITS vicino nell'array. Ciò crea un effetto a catena su tutta la matrice, spostando l'ultima serie di cariche fuori-gocce a un digitalizzatore separato; Questo digitalizzatore li converte in valori numerici da memorizzare nella memoria della fotocamera.
Il modo in cui la fotocamera CCD memorizza e recupera i dati dell'immagine in genere influisce sulla progettazione del sistema. Il metodo full-frame utilizza l'intero CCD per la raccolta di luci e richiede un'otturatore meccanico per evitare che i dati di immagine vengono trasferiti fuori chip. Questo design è ideale quando si raccolgono la maggior parte della luce e l'immagine migliore è più importante del costo, del tempo e del consumo di energia. Il metodo Interline utilizza ogni altra colonna del CCD per archiviare rapidamente i dati di carica dell'immagine con uno spostamento di un pixel, impedendo lo striscio e rimuovendo la necessità di un'otturatore meccanico a costo di efficienza. In alternativa, il metodo di trasferimento frame può essere implementato con una quantità accettabile di sbavature e nessun otturatore meccanico. Il trasferimento di frame utilizza la metà del CCD per la memorizzazione e il recupero della carica, mentre l'altra metà sta accumulando una nuova immagine, quindi richiede il doppio della quantità di silicio per gestire la stessa immagine di dimensioni.
Le telecamere CCD specializzate sono usate in astronomia perché sono sensibili alle lunghezze d'onda leggere, dalle ultraviolette all'infrarosso. Sono così sensibili, infatti, che devono essere presi molti passaggi extra per ridurre la quantità di "rumore" di distorsione dell'immagine, incluso il raffreddamento del CCD alle temperature di azoto liquido. Con la giusta quantità di compensazione ed elaborazione delle immagini, l'astrofotografia di qualità osservatoria è diventata accessibile a dilettanti gravi e dedicati armati di attrezzature per telecamere CCD.