Vad är en CCD-kamera?
En CCD-kamera är alla typer av digitalkameror med en bildsensor för laddningskopplad enhet (CCD). Detta inkluderar de allra flesta konsument- och professionella stillbildskameror, videokameror, säkerhetskameror, mobiltelefonkameror och medicinska kameror. CCD-skivor är mycket effektiva och fångar i allmänhet cirka 70 procent av infallande ljus, till skillnad från fotografisk film som bara svarar på cirka två procent av infallande ljus. CCD-skivor är också känsliga för infrarött ljus, vilket gör dem idealiska för övervakningskameror för nattsyn och astronomiprogram. Medan vissa kameror använder en komplementär bildsensor av metalloxid-halvledare (CMOS), är CCD: n den vanligaste typen.
De flesta CCD-kameror använder en laddningskopplad enhet för att samla in bilddata, oavsett om kameran är designad för monokromatisk, färg- eller infraröd användning. I detta fall kommer ljus in genom linsen, filtreras och fokuseras sedan på ytan av en enda fotoelektrisk bildsensoruppsättning. Många professionella videokameror, kända som "tre-CCD" eller "tre-chip" kameror, innehåller tre CCD-arrayer. Med dessa delas det inkommande ljuset av ett prisma i sina röda, gröna och blå komponenter, var och en fokuserad på sin egen CCD-sensor. Detta förbättrar färgseparationen och ökar ljuskänsligheten, vilket resulterar i mer exakt färgskuggning i allmänhet och mer detalj i situationer med mindre ljus.
Faxmaskiner, skannrar och andra typer av kameror med linjär skanning använder en endimensionell CCD-bildsensor för att samla in data, flytta antingen sensorn eller objektet som skannas för att fånga hela bilden. Varje annan typ av CCD-kamera använder en fast tvådimensionell matris. CCD-sensorn är en matris med kopplade, fotoaktiva kondensatorer som bygger upp laddningar baserade på intensiteten, varaktigheten och våglängden för ljuset som fokuseras på dem. När sensorn har blivit utsatt för en bild flyttar laddningen för varje kondensator till sin granne i matrisen. Detta skapar en rippeleffekt över hela matrisen, vilket skifter den sista laddningen utanför chip till en separat digitaliserare; denna digitaliserare omvandlar dem till numeriska värden som ska lagras i kamerans minne.
Hur CCD-kameran lagrar och hämtar bilddata påverkar vanligtvis systemets utformning. Hela rammetoden använder hela CCD för ljusuppsamling och kräver en mekanisk slutare för att förhindra utsmetning när bilddata överförs utanför chipet. Denna design är idealisk när du samlar in mest ljus och den bästa bilden är viktigare än kostnad, tid och strömförbrukning. Interline-metoden använder alla andra kolumner i CCD för att snabbt lagra bildladdningsdata med en skift på en pixel, förhindra utstrykning och ta bort behovet av en mekanisk slutare till kostnaden för effektiviteten. Alternativt kan ramöverföringsmetoden implementeras med en acceptabel mängd smetning och ingen mekanisk slutare. Ramöverföring använder hälften av CCD för laddning och lagring, medan den andra hälften ackumulerar en ny bild, så det kräver dubbelt så mycket kisel för att hantera samma bildstorlek.
Specialiserade CCD-kameror används i astronomi eftersom de är känsliga för ljusvåglängder, från ultraviolett till infraröd. De är faktiskt så känsliga att många extra steg måste vidtas för att minska mängden bildförvrängande "brus", inklusive kylning av CCD till temperaturer i flytande kväve. Med rätt mängd kompensation och bildbehandling har astrofotografering av observatörskvalitet blivit tillgängligt för seriösa, engagerade amatörer beväpnade med CCD-kamerautrustning.