Una cámara CCD es cualquier tipo de cámara digital con un sensor de imagen de dispositivo de carga acoplada (CCD). Esto incluye la gran mayoría de cámaras fotográficas de consumo y profesionales, cámaras de video, cámaras de seguridad, cámaras de teléfonos celulares y cámaras médicas. Los CCD son muy eficientes, generalmente capturan alrededor del 70 por ciento de la luz incidente, a diferencia de la película fotográfica que solo responde a alrededor del dos por ciento de la luz incidente. Los CCD también son sensibles a la luz infrarroja, lo que los hace ideales para cámaras de vigilancia de visión nocturna y aplicaciones de astronomía. Si bien algunas cámaras utilizan un sensor de imagen de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS), el CCD es el tipo más común.
La mayoría de las cámaras CCD utilizan un dispositivo acoplado de carga única para recopilar datos de imagen, ya sea que la cámara esté diseñada para funcionamiento monocromático, en color o infrarrojo. En este caso, la luz entra a través de la lente, se filtra y luego se enfoca sobre la superficie de una única matriz de sensores de imagen fotoeléctricos. Muchas cámaras de video profesionales, conocidas como cámaras de “tres CCD” o de “tres chips”, contienen tres conjuntos de CCD. Con estos, la luz entrante es dividida por un prisma en sus componentes rojo, verde y azul, cada uno enfocado en su propio sensor CCD. Esto mejora la separación de colores y aumenta la sensibilidad a la luz, lo que da como resultado un sombreado de color más preciso en general y más detalles en situaciones de poca luz.
Las máquinas de fax, los escáneres y otros tipos de cámaras de escaneo lineal utilizan un sensor de imagen CCD unidimensional para recopilar datos, moviendo el sensor o el objeto que se escanea para capturar la imagen completa. Cualquier otro tipo de cámara CCD utiliza una matriz de área bidimensional fija. El sensor CCD es un conjunto de condensadores fotoactivos acoplados que acumulan cargas en función de la intensidad, duración y longitud de onda de la luz que se enfoca sobre ellos. Una vez expuesto a una imagen, el controlador del sensor cambia la carga de cada condensador a su vecino en la matriz. Esto crea un efecto dominó en toda la matriz, desplazando el último conjunto de cargas fuera del chip a un digitalizador separado; este digitalizador los convierte en valores numéricos para ser almacenados en la memoria de la cámara.
La forma en que la cámara CCD almacena y recupera los datos de imágenes suele afectar al diseño del sistema. El método de fotograma completo utiliza el CCD completo para la recolección de luz y requiere un obturador mecánico para evitar manchas cuando los datos de la imagen se transfieren fuera del chip. Este diseño es ideal cuando se recolecta la mayor cantidad de luz y la mejor imagen es más importante que el costo, el tiempo y el consumo de energía. El método interlínea utiliza todas las demás columnas del CCD para almacenar rápidamente los datos de carga de la imagen con un desplazamiento de un píxel, evitando manchas y eliminando la necesidad de un obturador mecánico a costa de la eficiencia. Alternativamente, el método de transferencia de fotogramas se puede implementar con una cantidad aceptable de manchas y sin obturador mecánico. La transferencia de fotogramas utiliza la mitad del CCD para el almacenamiento y la recuperación de carga, mientras que la otra mitad acumula una nueva imagen, por lo que requiere el doble de silicio para manejar una imagen del mismo tamaño.
Las cámaras CCD especializadas se utilizan en astronomía porque son sensibles a las longitudes de onda de la luz, desde la ultravioleta hasta la infrarroja. De hecho, son tan sensibles que se deben tomar muchas medidas adicionales para reducir la cantidad de «ruido» que distorsiona la imagen, incluido el enfriamiento del CCD a temperaturas de nitrógeno líquido. Con la cantidad adecuada de compensación y procesamiento de imágenes, la astrofotografía con calidad de observatorio se ha vuelto accesible para aficionados serios y dedicados armados con equipos de cámara CCD.