Što je CCD kamera?

CCD kamera je bilo koja vrsta digitalnog fotoaparata sa senzorom slike uređaja s spojenim punjenjem (CCD). To uključuje veliku većinu potrošačkih i profesionalnih fotoaparata, video kamera, sigurnosnih kamera, kamera za mobitele i medicinskih kamera. CCD-i su vrlo učinkoviti, općenito hvataju oko 70 posto upadne svjetlosti, za razliku od fotografskog filma koji reagira samo na oko dva posto upadnog svjetla. CCD-ovi su također osjetljivi na infracrveno svjetlo, što ih čini idealnim za nadzorne kamere za noćno gledanje i astronomske aplikacije. Dok neke kamere koriste komplementarni metal-oksidni poluvodički (CMOS) senzor slike, CCD je najčešći tip.

Većina CCD kamera koristi uređaj s jednim punjenjem za prikupljanje slikovnih podataka, bilo da je kamera dizajnirana za monokromatski, u boji ili infracrveni rad. U tom slučaju svjetlost ulazi kroz leću, filtrira se i zatim fokusira na površinu jednog fotoelektričnog niza senzora slike. Mnoge profesionalne video kamere, poznate kao “tri-CCD” ili “tri-chip” kamere, sadrže tri CCD niza. Uz njih, dolazno svjetlo je podijeljeno prizmom na svoje crvene, zelene i plave komponente, od kojih je svaka fokusirana na vlastiti CCD senzor. To poboljšava razdvajanje boja i povećava osjetljivost na svjetlo, što rezultira točnijim sjenčanjem boja općenito i više detalja u situacijama slabijeg osvjetljenja.

Fax strojevi, skeneri i druge vrste kamera s linearnim skeniranjem koriste jednodimenzionalni CCD senzor slike za prikupljanje podataka, pomičući senzor ili objekt koji se skenira kako bi snimili cijelu sliku. Svaka druga vrsta CCD kamere koristi fiksnu dvodimenzionalnu matricu područja. CCD senzor je niz spojenih fotoaktivnih kondenzatora koji stvaraju naboje na temelju intenziteta, trajanja i valne duljine svjetlosti koja se fokusira na njih. Nakon što je izložen slici, senzor senzora pomiče naboj svakog kondenzatora na susjeda u nizu. To stvara efekt mreškanja na cijeloj matrici, premještajući posljednji skup naboja izvan čipa na zasebni digitalizator; ovaj digitalizator ih pretvara u numeričke vrijednosti koje se pohranjuju u memoriju fotoaparata.

Način na koji CCD kamera pohranjuje i dohvaća slikovne podatke obično utječe na dizajn sustava. Metoda punog kadra koristi cijeli CCD za prikupljanje svjetla i zahtijeva mehanički zatvarač kako bi se spriječilo razmazivanje kada se slikovni podaci prenose izvan čipa. Ovaj dizajn je idealan kada se prikuplja najviše svjetla, a najbolja slika važnija je od troškova, vremena i potrošnje energije. Interline metoda koristi svaki drugi stupac CCD-a za brzo pohranjivanje podataka o napunjenosti slike s pomakom od jednog piksela, sprječavajući razmazivanje i uklanjajući potrebu za mehaničkim zatvaračem po cijenu učinkovitosti. Alternativno, metoda prijenosa okvira može se implementirati s prihvatljivom količinom razmazivanja i bez mehaničkog zatvarača. Prijenos okvira koristi polovicu CCD-a za pohranu i pronalaženje naboja, dok druga polovica akumulira novu sliku, stoga je potrebna dvostruko veća količina silicija za obradu slike iste veličine.

Specijalizirane CCD kamere koriste se u astronomiji jer su osjetljive na valne duljine svjetlosti, od ultraljubičastog do infracrvenog. Oni su zapravo toliko osjetljivi da se moraju poduzeti mnogi dodatni koraci kako bi se smanjila količina “šuma” koji izobličuje sliku, uključujući hlađenje CCD-a na temperature tekućeg dušika. Uz odgovarajuću količinu kompenzacije i obrade slike, astrofotografija zvjezdarnice postala je dostupna ozbiljnim, predanim amaterima naoružanim opremom za CCD kamere.