Eine CCD-Kamera ist jede Art von Digitalkamera mit einem ladungsgekoppelten Gerät (CCD)-Bildsensor. Dies umfasst die überwiegende Mehrheit der privaten und professionellen Fotokameras, Videokameras, Sicherheitskameras, Handykameras und medizinischen Kameras. CCDs sind sehr effizient und fangen im Allgemeinen etwa 70 Prozent des einfallenden Lichts ein, im Gegensatz zu fotografischen Filmen, die nur auf etwa zwei Prozent des einfallenden Lichts reagieren. CCDs sind auch empfindlich gegenüber Infrarotlicht, was sie ideal für Nachtsicht-Überwachungskameras und Astronomieanwendungen macht. Während einige Kameras einen komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS)-Bildsensor verwenden, ist der CCD der gebräuchlichste Typ.
Die meisten CCD-Kameras verwenden ein einzelnes ladungsgekoppeltes Gerät, um Bilddaten zu sammeln, unabhängig davon, ob die Kamera für den Monochromat-, Farb- oder Infrarotbetrieb ausgelegt ist. In diesem Fall tritt Licht durch die Linse ein, wird gefiltert und dann auf die Oberfläche eines einzelnen photoelektrischen Bildsensorarrays fokussiert. Viele professionelle Videokameras, bekannt als „Drei-CCD“- oder „Drei-Chip“-Kameras, enthalten drei CCD-Arrays. Bei diesen wird das einfallende Licht durch ein Prisma in seine roten, grünen und blauen Anteile aufgespalten, die jeweils auf einen eigenen CCD-Sensor fokussiert werden. Dies verbessert die Farbtrennung und erhöht die Lichtempfindlichkeit, was zu einer genaueren Farbschattierung im Allgemeinen und mehr Details bei schlechten Lichtverhältnissen führt.
Faxgeräte, Scanner und andere Arten von Linearkameras verwenden einen eindimensionalen CCD-Bildsensor zum Sammeln von Daten, wobei entweder der Sensor oder das gescannte Objekt bewegt wird, um das gesamte Bild zu erfassen. Jeder andere CCD-Kameratyp verwendet eine feste zweidimensionale Flächenmatrix. Der CCD-Sensor ist ein Array gekoppelter, photoaktiver Kondensatoren, die Ladungen basierend auf der Intensität, Dauer und Wellenlänge des auf sie fokussierten Lichts aufbauen. Sobald ein Bild belichtet wurde, verschiebt der Controller des Sensors die Ladung jedes Kondensators zu seinem Nachbarn im Array. Dies erzeugt einen Welleneffekt über die gesamte Matrix, wodurch der letzte Ladungssatz außerhalb des Chips auf einen separaten Digitalisierer verschoben wird; dieser Digitizer wandelt sie in numerische Werte um, die im Speicher der Kamera gespeichert werden.
Wie die CCD-Kamera Bilddaten speichert und abruft, beeinflusst typischerweise das Design des Systems. Das Vollbildverfahren verwendet das gesamte CCD zur Lichtsammlung und erfordert einen mechanischen Verschluss, um ein Verschmieren zu verhindern, wenn die Bilddaten außerhalb des Chips übertragen werden. Dieses Design ist ideal, wenn das meiste Licht gesammelt wird und das beste Bild wichtiger ist als Kosten, Zeit und Stromverbrauch. Die Interline-Methode verwendet jede zweite Spalte des CCD, um Bildladungsdaten schnell mit einer Verschiebung um ein Pixel zu speichern, wodurch ein Verschmieren verhindert und auf Kosten der Effizienz kein mechanischer Verschluss erforderlich ist. Alternativ kann das Frame-Transfer-Verfahren mit einem akzeptablen Maß an Verschmieren und ohne mechanischen Verschluss implementiert werden. Frame-Transfer verwendet die Hälfte des CCD zum Speichern und Abrufen von Ladungen, während die andere Hälfte ein neues Bild akkumuliert.
Spezialisierte CCD-Kameras werden in der Astronomie verwendet, weil sie für Lichtwellenlängen von Ultraviolett bis Infrarot empfindlich sind. Sie sind so empfindlich, dass viele zusätzliche Schritte unternommen werden müssen, um das bildverzerrende „Rauschen“ zu reduzieren, einschließlich der Kühlung des CCDs auf Temperaturen von flüssigem Stickstoff. Mit dem richtigen Maß an Kompensation und Bildverarbeitung ist Astrofotografie in Observatoriumsqualität für ernsthafte, engagierte Amateure, die mit CCD-Kameraausrüstung ausgestattet sind, zugänglich.