Una fotocamera CCD è un qualsiasi tipo di fotocamera digitale dotata di un sensore di immagine CCD (Charge Coupled Device). Ciò include la stragrande maggioranza delle fotocamere, delle videocamere, delle telecamere di sicurezza, delle fotocamere dei cellulari e delle macchine fotografiche professionali e di consumo. I CCD sono molto efficienti, in genere catturano circa il 70% della luce incidente, a differenza della pellicola fotografica che risponde solo a circa il XNUMX% della luce incidente. I CCD sono anche sensibili alla luce infrarossa, il che li rende ideali per le telecamere di sorveglianza notturna e per le applicazioni di astronomia. Mentre alcune fotocamere utilizzano un sensore di immagine a semiconduttore a ossido di metallo complementare (CMOS), il CCD è il tipo più comune.
La maggior parte delle telecamere CCD utilizza un singolo dispositivo ad accoppiamento di carica per raccogliere i dati dell’immagine, indipendentemente dal fatto che la telecamera sia progettata per il funzionamento monocromatico, a colori o a infrarossi. In questo caso, la luce entra attraverso l’obiettivo, viene filtrata e quindi focalizzata sulla superficie di un singolo array di sensori di immagine fotoelettrici. Molte videocamere professionali, note come telecamere a “tre CCD” o “tre chip”, contengono tre array CCD. Con questi, la luce in ingresso viene suddivisa da un prisma nelle sue componenti rossa, verde e blu, ciascuna focalizzata sul proprio sensore CCD. Ciò migliora la separazione dei colori e aumenta la sensibilità alla luce, con conseguente ombreggiatura del colore più accurata in generale e maggiori dettagli in situazioni di scarsa illuminazione.
Fax, scanner e altri tipi di fotocamere a scansione lineare utilizzano un sensore di immagine CCD unidimensionale per raccogliere dati, spostando il sensore o l’oggetto scansionato per acquisire l’intera immagine. Ogni altro tipo di camera CCD utilizza una matrice ad area bidimensionale fissa. Il sensore CCD è una serie di condensatori fotoattivi accoppiati che accumulano cariche in base all’intensità, alla durata e alla lunghezza d’onda della luce focalizzata su di essi. Una volta esposto a un’immagine, il controller del sensore sposta la carica di ciascun condensatore sul suo vicino nell’array. Questo crea un effetto a catena su tutta la matrice, spostando l’ultima serie di cariche fuori dal chip su un digitalizzatore separato; questo digitalizzatore li converte in valori numerici da memorizzare nella memoria della fotocamera.
Il modo in cui la telecamera CCD memorizza e recupera i dati dell’immagine in genere influisce sul design del sistema. Il metodo full frame utilizza l’intero CCD per la raccolta della luce e richiede un otturatore meccanico per evitare sbavature quando i dati dell’immagine vengono trasferiti off-chip. Questo design è ideale quando si raccoglie più luce e l’immagine migliore è più importante del costo, del tempo e del consumo energetico. Il metodo interlinea utilizza una colonna su due del CCD per memorizzare rapidamente i dati di carica dell’immagine con uno spostamento di un pixel, prevenendo le sbavature ed eliminando la necessità di un otturatore meccanico a scapito dell’efficienza. In alternativa, il metodo di trasferimento del fotogramma può essere implementato con una quantità accettabile di sbavature e senza otturatore meccanico. Il trasferimento dei fotogrammi utilizza metà del CCD per l’archiviazione e il recupero della carica, mentre l’altra metà sta accumulando una nuova immagine, quindi richiede il doppio della quantità di silicio per gestire l’immagine della stessa dimensione.
Le camere CCD specializzate sono utilizzate in astronomia perché sono sensibili alle lunghezze d’onda della luce, dall’ultravioletto all’infrarosso. Sono così sensibili, infatti, che devono essere prese molte misure extra per ridurre la quantità di “rumore” che distorce l’immagine, incluso il raffreddamento del CCD alle temperature dell’azoto liquido. Con la giusta quantità di compensazione e di elaborazione delle immagini, l’astrofotografia di qualità da osservatorio è diventata accessibile agli amatori seri e dedicati armati di attrezzatura fotografica CCD.