O que é uma câmera CCD?
Uma câmera CCD é qualquer tipo de câmera digital com um sensor de imagem de dispositivo acoplado a carga (CCD). Isso inclui a grande maioria das câmeras fotográficas profissionais e consumidoras, câmeras de vídeo, câmeras de segurança, câmeras de telefones celulares e câmeras médicas. Os CCDs são muito eficientes, geralmente capturando cerca de 70% da luz incidente, ao contrário do filme fotográfico, que responde apenas a cerca de 2% da luz incidente. Os CCDs também são sensíveis à luz infravermelha, o que os torna ideais para câmeras de vigilância noturna e aplicações de astronomia. Enquanto algumas câmeras usam um sensor de imagem semicondutor de óxido de metal (CMOS) complementar, o CCD é o tipo mais comum.
A maioria das câmeras CCD usa um dispositivo de carga única para coletar dados de imagem, independentemente de a câmera ser projetada para operação monocromática, colorida ou infravermelha. Nesse caso, a luz entra pela lente, é filtrada e depois focalizada na superfície de um único conjunto de sensores de imagem fotoelétricos. Muitas câmeras de vídeo profissionais, conhecidas como câmeras "três CCD" ou "três chips", contêm três matrizes CCD. Com isso, a luz que entra é dividida por um prisma em seus componentes vermelho, verde e azul, cada um focado em seu próprio sensor CCD. Isso melhora a separação de cores e aumenta a sensibilidade à luz, resultando em sombras de cores mais precisas em geral e mais detalhes em situações de pouca luz.
Máquinas de fax, scanners e outros tipos de câmeras de varredura linear usam um sensor de imagem CCD unidimensional para coletar dados, movendo o sensor ou o objeto sendo digitalizado para capturar a imagem inteira. Qualquer outro tipo de câmera CCD usa uma matriz de área bidimensional fixa. O sensor CCD é um conjunto de capacitores fotoativos acoplados que acumulam cargas com base na intensidade, duração e comprimento de onda da luz focalizada neles. Uma vez exposto a uma imagem, o controlador do sensor transfere a carga de cada capacitor para seu vizinho na matriz. Isso cria um efeito cascata em toda a matriz, deslocando o último conjunto de cargas fora do chip para um digitalizador separado; este digitalizador os converte em valores numéricos para serem armazenados na memória da câmera.
Como a câmera CCD armazena e recupera dados de imagem geralmente afeta o design do sistema. O método de quadro completo usa todo o CCD para coleta de luz e requer um obturador mecânico para evitar manchas quando os dados da imagem são transferidos para fora do chip. Esse design é ideal para coletar o máximo de luz e a melhor imagem é mais importante que o custo, tempo e consumo de energia. O método interline usa todas as outras colunas do CCD para armazenar rapidamente os dados de carga da imagem com um deslocamento de um pixel, evitando manchas e eliminando a necessidade de um obturador mecânico com o custo da eficiência. Como alternativa, o método de transferência de quadros pode ser implementado com uma quantidade aceitável de manchas e sem obturador mecânico. A transferência de quadros utiliza metade do CCD para armazenamento e recuperação de carga, enquanto a outra metade está acumulando uma nova imagem; portanto, é necessário o dobro da quantidade de silício para lidar com a mesma imagem de tamanho.
As câmeras CCD especializadas são usadas em astronomia porque são sensíveis aos comprimentos de onda da luz, do ultravioleta ao infravermelho. Eles são tão sensíveis, de fato, que muitas medidas extras devem ser tomadas para reduzir a quantidade de "ruído" que distorce a imagem, incluindo o resfriamento do CCD a temperaturas de nitrogênio líquido. Com a quantidade certa de compensação e processamento de imagem, a astrofotografia com qualidade de observatório se tornou acessível a amadores sérios e dedicados armados com equipamento de câmera CCD.