Co to jest naładowane połączone urządzenie?
Naładowane sprzężone urządzenie (CCD) umożliwia transport elektrycznie naładowanych sygnałów analogowych przez różne kondensatory ustawione szeregowo. To urządzenie jest sterowane sygnałem zegarowym, który oscyluje między stanami wysokim i niskim. Cały system działa jak rejestr przesuwny, którego wejścia i wyjścia są połączone szeregowo, co pozwala na użycie naładowanego sprzężonego urządzenia jako sposobu opóźnienia sygnałów analogowych. Najczęstszym zastosowaniem tych urządzeń są fotoelektryczne czujniki światła połączone z równoległymi sygnałami analogowymi. Technologia ta stanowi podstawę działania aparatów cyfrowych, rejestratorów wideo i telefonów z obrazami.
W 1961 r. Eugene F. Lally, badacz z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii, napisał artykuł zatytułowany Mosaic Guidance for Interplanetary Travel . Badał pomysł użycia serii detektorów optycznych, które zaimplementowały cyfrowe przetwarzanie do stworzenia zdjęcia. W 1969 r. Naukowcy Willard Boyle i George E. Smith, pracujący w AT&T Bell Labs w Murray Hill, New Jersey, opracowali naładowane sprzężone urządzenie do wykorzystania jako technologia pamięci. Korzystając z tej technologii, inne firmy wkrótce opracowały sposoby rejestrowania efektu fotoelektrycznego i robienia zdjęć elektronicznych.
Sposób działania naładowanego sprzężonego urządzenia podczas przechwytywania obrazów polega na zogniskowaniu obrazu wyświetlanego z obiektywu na matrycy fotoaktywnej. Powoduje to, że każdy kondensator gromadzi ładunek elektryczny, który jest proporcjonalny do natężenia światła obrazu. To rejestruje dwuwymiarowy obraz, który jest przesyłany do wzmacniacza ładunku, który z kolei pokrywa go napięciem. Ten obraz jest następnie zapisywany cyfrowo w module pamięci i można uzyskać do niego dostęp później.
Podstawowe naładowane sprzężone urządzenie skutecznie przechwytuje luminancję, ale ma trudności z renderowaniem kolorów. Aby rozwiązać ten problem, nowoczesne aparaty cyfrowe wykorzystują urządzenie zwane maską Bayer na matrycy CCD. Łączy cztery piksele w bloki i filtruje różne poziomy luminancji w różnych kolorach. Piksele te są kolorowe, przy czym jeden jest czerwony, jeden niebieski, a dwa zielony, ponieważ ludzkie oko łatwiej rozpoznaje zieleń niż inne kolory.
Inna technologia, która została opracowana na początku XXI wieku, obejmuje chipy urządzeń o wysokiej rozdzielczości i sprzężonych urządzeniach, które mogą wykorzystywać więcej kolorów luminancji przy różnych rozmiarach apertury. Osiąga to poprzez wdrożenie urządzenia zwanego pryzmatem dichroicznym, który dzieli każdy kolor na jego rodzime elementy. W niektórych aparatach cyfrowych i kamerach wideo zastosowano pryzmaty dichroiczne.