Anstatt eine lichtempfindliche Chemikalie, die als Film bekannt ist, einer Szene auszusetzen, um ein eingeprägtes Bild zu erzeugen, verwenden die meisten Digitalkameras ein ladungsgekoppeltes Gerät (CCD), ein elektronisches Instrument, das eine Pixelkarte basierend auf der elektrischen Ladung erstellt, die erzeugt wird, wenn Photonen auf ein empfindliches Material. Dieses Phänomen wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet und wurde von Albert Einstein in einer berühmten Veröffentlichung von 1905 erläutert. Weniger häufig als ein CCD wird ein Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) verwendet.
Der Begriff CCD-basierte Kamera wird manchmal synonym mit Digitalkamera verwendet, da die CCD-basierte Kamera naturgemäß Bilder aufnimmt – Fotos mit einer bestimmten Pixel-für-Pixel-Auflösung, die digital kodiert werden kann. Diese Dateien können problemlos von einer Kamera auf viele Geräte übertragen werden, darunter Computer, Bildschirme, Telefone und Drucker.
Ein ladungsgekoppeltes Gerät ist eine integrierte Schaltung, d. h. es verwendet mehrere Halbleiterelemente auf einer einheitlichen Plattform, um seine Ziele zu erreichen. Die aktiven Komponenten einer CCD-basierten Kamera sind die Kondensatoren. Diese sind in einem Stromkreis verbunden, weshalb sie als ladungsgekoppelt bezeichnet werden. Ein Kondensator ist ein grundlegendes elektronisches Gerät, das eine Potenzialdifferenz oder Spannung in der Varianz zwischen zwei Platten mit gleicher, aber entgegengesetzter elektrischer Ladung speichert.
Eine Linse projiziert das Bild auf die CCDs, und jeder Kondensator erhält eine Ladung, die proportional zur Helligkeit des einfallenden Lichts ist. CCDs sind nicht von Natur aus farbempfindlich, und um Farbfotos aufzunehmen, muss eine Bayer-Maske verwendet werden, um Licht selektiv in bestimmte Pixel basierend auf der Farbe zu filtern. Beim Erlangen der Ladung beginnen die Kondensatoren, ihre Ladung in einer ladungsgekoppelten Reihenschaltung an benachbarte Kondensatoren weiterzugeben. Ein Register am Ende des Arrays führt die entsprechenden Messungen durch und eine 2D-Pixel-Map wird erstellt.
Da ihre Lichtempfindlichkeit etwa 35-mal höher ist als die einer herkömmlichen Kamera und sich damit der Quantengrenze nähert, werden Digitalkameras häufig von Event- und Astrofotografen gleichermaßen bevorzugt. Durch das Fehlen aktiver chemischer Komponenten müssen Bilder nicht „entwickelt“ werden und werden kurz nach der Belichtung direkt in der Kamera gespeichert.