Au lieu d’exposer un produit chimique photosensible appelé film à une scène pour créer une image imprimée, la plupart des appareils photo numériques utilisent un dispositif à couplage de charge (CCD), un instrument électronique qui crée une carte de pixels basée sur la charge électrique générée lorsque les photons frappent un matériel sensible. Ce phénomène est appelé effet photoélectrique et a été élucidé par Albert Einstein dans un article célèbre de 1905. Moins fréquemment utilisé qu’un CCD est un semi-conducteur-oxyde-métal complémentaire (CMOS).
Le terme appareil photo à base de CCD est parfois utilisé de manière interchangeable avec appareil photo numérique, car de par sa nature même, l’appareil photo à base de CCD prend des photos – des photos avec une certaine résolution pixel par pixel qui peuvent être encodées numériquement. Ces fichiers peuvent être facilement transférés d’un appareil photo vers de nombreux appareils, notamment des ordinateurs, des écrans, des téléphones et des imprimantes.
Un dispositif à couplage de charge est un circuit intégré, ce qui signifie qu’il utilise plusieurs éléments semi-conducteurs sur une plate-forme unifiée pour atteindre ses objectifs. Les composants actifs d’une caméra CCD sont les condensateurs. Ceux-ci sont liés dans un circuit, c’est pourquoi ils sont appelés à couplage de charge. Un condensateur est un dispositif électronique de base qui stocke une différence de potentiel, ou tension, dans la variance entre deux plaques avec des charges électriques égales mais opposées.
Une lentille projette l’image sur les CCD, et chaque condensateur acquiert une charge proportionnelle à la luminosité de la lumière entrante. Les capteurs CCD ne sont pas intrinsèquement sensibles aux couleurs et pour prendre des photos en couleur, un masque Bayer doit être utilisé pour filtrer sélectivement la lumière en pixels désignés en fonction de la couleur. Lors de l’acquisition de la charge, les condensateurs commencent à transmettre leur charge aux condensateurs adjacents en guirlande à couplage de charge. Un registre à la fin du tableau effectue les mesures appropriées et une carte de pixels 2D est créée.
Parce que leur sensibilité à la lumière est environ 35 fois supérieure à celle d’un appareil photo conventionnel, approchant la limite quantique, les appareils photo numériques sont souvent préférés par les photographes d’événements et les astrophotographes. En raison du manque de composants chimiques actifs, les images n’ont pas besoin d’être « développées » et sont stockées directement dans l’appareil photo peu de temps après l’exposition.