Wat is een CCD-camera?
Een CCD-camera is elk type digitale camera met een CCD-beeldsensor (Charge Linked Device). Dit omvat de overgrote meerderheid van consumenten- en professionele fotocamera's, videocamera's, beveiligingscamera's, mobiele telefooncamera's en medische camera's. CCD's zijn zeer efficiënt en vangen in het algemeen ongeveer 70 procent van het invallende licht, in tegenstelling tot fotografische film die slechts op ongeveer twee procent van het invallende licht reageert. CCD's zijn ook gevoelig voor infraroodlicht, waardoor ze ideaal zijn voor nachtzichtcamera's en astronomietoepassingen. Hoewel sommige camera's een complementaire CMOS-beeldsensor (Metal Oxide Semiconductor) gebruiken, is de CCD het meest voorkomende type.
De meeste CCD-camera's gebruiken één gekoppeld oplaadapparaat om beeldgegevens te verzamelen, ongeacht of de camera is ontworpen voor monochromatisch, kleuren- of infraroodbedrijf. In dit geval komt licht door de lens binnen, wordt het gefilterd en vervolgens gefocust op het oppervlak van een enkele reeks foto-elektrische beeldsensoren. Veel professionele videocamera's, bekend als "three-CCD" of "three-chip" camera's, bevatten drie CCD-arrays. Hiermee wordt het binnenkomende licht door een prisma gesplitst in zijn rode, groene en blauwe componenten, elk gericht op zijn eigen CCD-sensor. Dit verbetert de kleurscheiding en verhoogt de lichtgevoeligheid, wat resulteert in meer accurate kleurschakering in het algemeen en meer detail in situaties met weinig licht.
Faxapparaten, scanners en andere soorten lineaire scancamera's gebruiken een eendimensionale CCD-beeldsensor om gegevens te verzamelen, waarbij de sensor of het te scannen object wordt verplaatst om de volledige afbeelding vast te leggen. Elk ander type CCD-camera gebruikt een vaste tweedimensionale gebiedsmatrix. De CCD-sensor is een reeks gekoppelde, fotoactieve condensatoren die ladingen opbouwen op basis van de intensiteit, duur en golflengte van het licht dat erop wordt gefocust. Eenmaal blootgesteld aan een beeld, verschuift de controller van de sensor de lading van elke condensator naar zijn buur in de array. Dit creëert een rimpeleffect over de hele matrix, waarbij de laatste reeks ladingen off-chip wordt verplaatst naar een afzonderlijke digitizer; deze digitizer zet ze om in numerieke waarden die in het geheugen van de camera worden opgeslagen.
Hoe de CCD-camera beeldgegevens opslaat en ophaalt, is doorgaans van invloed op het ontwerp van het systeem. De full-frame methode gebruikt de hele CCD voor lichtverzameling en vereist een mechanische sluiter om vlekken te voorkomen wanneer de beeldgegevens off-chip worden overgedragen. Dit ontwerp is ideaal bij het verzamelen van het meeste licht en het beste beeld is belangrijker dan kosten, tijd en stroomverbruik. De interliniemethode gebruikt elke andere kolom van de CCD om snel beeldladinggegevens op te slaan met een verschuiving van één pixel, waardoor vlek wordt voorkomen en de noodzaak van een mechanische sluiter ten koste van de efficiëntie wordt weggenomen. Als alternatief kan de frame-overdrachtsmethode worden geïmplementeerd met een aanvaardbare hoeveelheid smeren en geen mechanische sluiter. Frame-overdracht maakt gebruik van de helft van de CCD voor het opslaan en ophalen van lading, terwijl de andere helft een nieuw beeld verzamelt, dus vereist het tweemaal de hoeveelheid silicium om hetzelfde beeld te verwerken.
Gespecialiseerde CCD-camera's worden in de astronomie gebruikt omdat ze gevoelig zijn voor lichtgolflengten, van ultraviolet tot infrarood. Ze zijn zelfs zo gevoelig dat er veel extra stappen moeten worden ondernomen om de hoeveelheid beeldvervormende "ruis" te verminderen, inclusief het afkoelen van de CCD tot vloeibare stikstof. Met de juiste hoeveelheid compensatie en beeldverwerking is astrofotografie van observatoriumkwaliteit toegankelijk voor serieuze, toegewijde amateurs gewapend met CCD-camera-apparatuur.