Co to jest kamera CCD?
Kamera CCD to dowolna kamera cyfrowa z czujnikiem obrazu z urządzeniem sprzężonym ładunkiem (CCD). Obejmuje to zdecydowaną większość aparatów fotograficznych i profesjonalnych, aparatów fotograficznych, kamer bezpieczeństwa, aparatów telefonii komórkowej i aparatów medycznych. CCD są bardzo wydajne, na ogół wychwytują około 70 procent padającego światła, w przeciwieństwie do filmu fotograficznego, który reaguje tylko na około dwa procent padającego światła. CCD są również wrażliwe na światło podczerwone, co czyni je idealnymi do noktowizyjnych kamer monitorujących i zastosowań astronomicznych. Podczas gdy niektóre aparaty wykorzystują uzupełniający czujnik obrazu półprzewodnikowy z tlenkiem metalu (CMOS), CCD jest najbardziej popularnym typem.
Większość kamer CCD wykorzystuje urządzenie z jednym ładowaniem do gromadzenia danych obrazu, niezależnie od tego, czy kamera jest przeznaczona do pracy monochromatycznej, kolorowej czy w podczerwieni. W tym przypadku światło przedostaje się przez soczewkę, jest filtrowane, a następnie skupiane na powierzchni jednego fotoelektrycznego matrycy czujników obrazu. Wiele profesjonalnych kamer wideo, znanych jako „trzy-CCD” lub „trzy-czipowe”, zawiera trzy matryce CCD. Dzięki nim przychodzące światło jest dzielone przez pryzmat na czerwone, zielone i niebieskie elementy, z których każdy skupia się na własnym czujniku CCD. Poprawia to separację kolorów i zwiększa wrażliwość na światło, co powoduje bardziej dokładne cieniowanie kolorów ogólnie i więcej szczegółów w warunkach słabego oświetlenia.
Faksy, skanery i inne rodzaje kamer skanujących liniowo wykorzystują jednowymiarowy czujnik obrazu CCD do gromadzenia danych, przesuwając czujnik lub skanowany obiekt w celu przechwycenia całego obrazu. Każdy inny typ kamery CCD wykorzystuje stałą matrycę dwuwymiarową. Czujnik CCD to szereg sprzężonych fotoaktywnych kondensatorów, które wytwarzają ładunki na podstawie intensywności, czasu trwania i długości fali skupionego na nich światła. Po ekspozycji na obraz kontroler czujnika przesuwa ładunek każdego kondensatora na sąsiada w szyku. Stwarza to efekt tętnienia na całej matrycy, przenosząc ostatni zestaw ładunków poza chipem do osobnego digitizera; ten digitizer przekształca je w wartości liczbowe, które mają zostać zapisane w pamięci aparatu.
Sposób, w jaki kamera CCD przechowuje i pobiera dane obrazu, zwykle wpływa na konstrukcję systemu. Metoda pełnoklatkowa wykorzystuje cały CCD do zbierania światła i wymaga mechanicznej migawki, aby zapobiec rozmazywaniu, gdy dane obrazu są przesyłane poza układem. Ten projekt jest idealny do zbierania jak największej ilości światła, a najlepszy obraz jest ważniejszy niż koszt, czas i zużycie energii. Metoda interline wykorzystuje każdą inną kolumnę CCD do szybkiego przechowywania danych ładowania obrazu z przesunięciem o jeden piksel, zapobiegając rozmazywaniu i eliminując potrzebę mechanicznej migawki kosztem wydajności. Alternatywnie można zastosować metodę przenoszenia ramki z akceptowalnym rozmazaniem i bez mechanicznej migawki. Przesyłanie ramek wykorzystuje połowę matrycy CCD do przechowywania i pobierania ładunków, podczas gdy druga połowa gromadzi nowy obraz, a zatem wymaga dwukrotnie większej ilości krzemu do obsługi obrazu o tym samym rozmiarze.
Specjalistyczne kamery CCD są wykorzystywane w astronomii, ponieważ są wrażliwe na długości fal świetlnych, od ultrafioletu po podczerwień. Są tak czułe, że należy podjąć wiele dodatkowych kroków w celu zmniejszenia ilości zakłóceń zniekształcających obraz, w tym chłodzenie matrycy CCD do temperatur ciekłego azotu. Dzięki odpowiedniej kompensacji i przetwarzaniu obrazu astrofotografia o jakości obserwatorium stała się dostępna dla poważnych, oddanych amatorów uzbrojonych w sprzęt z kamery CCD.