Hva er et CCD-kamera?

Et CCD-kamera er en hvilken som helst type digitalkamera med en CCD-bildesensor. Dette inkluderer de aller fleste forbruker- og profesjonelle stillbildekameraer, videokameraer, sikkerhetskameraer, mobiltelefonkameraer og medisinske kameraer. CCD-er er svært effektive, og tar vanligvis rundt 70 prosent av innfallende lys, i motsetning til fotografisk film som bare svarer på omtrent to prosent av innfallende lys. CCD-er er også følsomme for infrarødt lys, noe som gjør dem ideelle for overvåkningskameraer for nattsyn og astronomi-applikasjoner. Mens noen kameraer bruker en komplementær bildesensor av metall-oksid-halvleder (CMOS), er CCD den vanligste typen.

De fleste CCD-kameraer bruker en enkelt ladetilkoblet enhet for å samle inn bildedata, enten kameraet er designet for monokromatisk, farge eller infrarød bruk. I dette tilfellet kommer lys inn i linsen, filtreres og fokuseres deretter på overflaten av en enkelt fotoelektrisk bildesensorray. Mange profesjonelle videokameraer, kjent som "tre-CCD" eller "tre-chip" kameraer, inneholder tre CCD-matriser. Med disse blir det innkommende lys delt av et prisme i sine røde, grønne og blå komponenter, hver fokusert på sin egen CCD-sensor. Dette forbedrer fargeseparasjonen og øker lysfølsomheten, noe som resulterer i mer nøyaktig fargeskygge generelt og mer detaljert i situasjoner med mindre lys.

Faksmaskiner, skannere og andre typer kameraer med lineær skanning bruker en endimensjonal CCD-bildesensor for å samle inn data, flytte enten sensoren eller objektet som skannes for å fange hele bildet. Hver annen type CCD-kamera bruker en fast todimensjonal områdematrise. CCD-sensoren er en rekke koblede, fotoaktive kondensatorer som bygger opp ladninger basert på intensiteten, varigheten og bølgelengden til lyset som fokuseres på dem. Når sensoren har blitt eksponert for et bilde, forskyver ladningen til hver kondensator til naboen i matrisen. Dette skaper en ringvirkning over hele matrisen, og skifter det siste settet av ladninger off-chip til en egen digitaliserer; denne digitalisereren konverterer dem til numeriske verdier som skal lagres i kameraets minne.

Hvordan CCD-kameraet lagrer og henter bildedata, påvirker vanligvis utformingen av systemet. Full-frame metoden bruker hele CCD for lysinnsamling og krever en mekanisk lukker for å forhindre uttøying når bildedataene overføres off-chip. Denne designen er ideell når du samler mest mulig lys, og det beste bildet er viktigere enn kostnad, tid og strømforbruk. Grenselinjemetoden bruker annenhver kolonne på CCD for raskt å lagre bildeladningsdata med en skift på en piksel, for å forhindre utstryking og fjerne behovet for en mekanisk lukker til effektivitetskostnad. Alternativt kan rammeoverføringsmetoden implementeres med en akseptabel mengde smøring og ingen mekanisk lukker. Rammeoverføring bruker halvparten av CCD-enheten for lading og lagring, mens den andre halvparten akkumulerer et nytt bilde, og det krever derfor dobbelt så mye silisium for å håndtere bildet i samme størrelse.

Spesialiserte CCD-kameraer brukes i astronomi fordi de er følsomme for lysbølgelengder, fra ultrafiolett til infrarød. De er faktisk så følsomme at mange ekstra skritt må tas for å redusere mengden av bildeforvrengende "støy", inkludert kjøling av CCD til flytende nitrogen-temperaturer. Med riktig mengde kompensasjon og bildebehandling har astrofotografering av observasjonskvalitet blitt tilgjengelig for seriøse, dedikerte amatører bevæpnet med CCD-kamerautstyr.