Ein Charged Coupled Device (CCD) ermöglicht den Transport elektrisch geladener Analogsignale durch verschiedene in Reihe geschaltete Kondensatoren. Dieses Gerät wird durch ein Taktsignal gesteuert, das zwischen High- und Low-Zuständen oszilliert. Das gesamte System fungiert als Schieberegister, dessen Ein- und Ausgänge in Reihe geschaltet sind, was die Verwendung eines ladungsgekoppelten Bauelements zur Verzögerung von analogen Signalen ermöglicht. Am häufigsten werden diese Geräte für Lichtschranken verwendet, die mit parallelen Analogsignalen verknüpft sind. Diese Technologie ist die Grundlage für die Funktionsweise von Digitalkameras, Videorekordern und Bildtelefonen.
1961 schrieb Eugene F. Lally, ein Forscher am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, einen Artikel mit dem Titel Mosaic Guidance for Interplanetary Travel. Er erforschte die Idee, eine Reihe optischer Detektoren zu verwenden, die eine digitale Verarbeitung implementierten, um ein Foto zu erstellen. 1969 entwickelten die Wissenschaftler Willard Boyle und George E. Smith, die in den AT&T Bell Labs in Murray Hill, New Jersey, arbeiteten, ein ladungsgekoppeltes Gerät zur Verwendung als Speichertechnologie. Mit dieser Technologie entwickelten andere Unternehmen bald Möglichkeiten, den photoelektrischen Effekt einzufangen und elektronische Bilder zu erstellen.
Die Funktionsweise eines ladungsgekoppelten Bauelements beim Aufnehmen von Bildern besteht darin, ein Bild zu fokussieren, das von einer Linse auf ein photoaktives Kondensatorarray projiziert wird. Dies führt dazu, dass jeder Kondensator eine elektrische Ladung ansammelt, die proportional zur Lichtintensität des Bildes ist. Dieser nimmt ein zweidimensionales Bild auf, das an einen Ladungsverstärker übertragen wird, der es wiederum in Spannung umwandelt. Dieses Bild wird dann digital in einem Speichermodul gespeichert und kann später abgerufen werden.
Ein einfaches ladungsgekoppeltes Gerät ist beim Erfassen der Luminanz effizient, hat jedoch Schwierigkeiten bei der Farbwiedergabe. Um dieses Problem zu lösen, verwenden moderne Digitalkameras eine Vorrichtung namens Bayer-Maske über dem CCD. Es verknüpft vier Pixel zu Blöcken und filtert unterschiedliche Luminanzstufen als unterschiedliche Farben. Diese Pixel sind farbig, wobei einer rot, einer blau und zwei grün ist, da das menschliche Auge Grün leichter erkennen kann als andere Farben.
Eine weitere Technologie, die Anfang des 21. Jahrhunderts entwickelt wurde, umfasst hochauflösende Charged-Coupled-Device-Chips, die bei unterschiedlichen Blendengrößen mehr von der Luminanzfarbe nutzen können. Dies wird durch die Implementierung eines als dichroitisches Prisma bezeichneten Geräts erreicht, das jede Farbe in ihre nativen Komponenten aufspaltet. Dichroitische Prismen wurden in einigen Digitalkameras und Videokameras verwendet.