¿Cómo funciona exactamente una cámara CCD?

Una cámara de dispositivo acoplado a carga (CCD) funciona convirtiendo la luz en una carga eléctrica y luego convertir esa carga en una señal digital. Aquí hay un desglose del proceso:

1. Colección de luz: La luz entrante pasa a través de una lente y se centra en el chip CCD. Este chip es una oblea de silicio con millones (o incluso miles de millones) de pequeños elementos fotosensibles llamados píxeles.

2. Efecto fotoeléctrico: Cada píxel es esencialmente un pequeño condensador (un dispositivo que almacena carga eléctrica). Cuando la luz golpea un píxel, los fotones (partículas de luz) interactúan con el silicio, lo que hace que los electrones se liberen a través del efecto fotoeléctrico. El número de electrones liberados es directamente proporcional a la intensidad (brillo) del golpe de luz ese píxel. Luz más brillante =más electrones.

3. Acumulación de carga: Estos electrones liberados están atrapados dentro del pozo potencial del píxel. Cuanto más tiempo sea el tiempo de exposición, más electrones se acumulan en cada píxel, lo que resulta en una señal más fuerte. Es por eso que las exposiciones más largas dan como resultado imágenes más brillantes.

4. Transferencia de carga: Una vez que se completa la exposición, la carga acumulada en cada píxel debe leerse. Aquí es donde entra en juego el dispositivo "acoplado" en el dispositivo acoplado. El chip CCD utiliza una serie de señales eléctricas cuidadosamente controladas para cambiar (transferir) la carga de un píxel a otro, como una brigada de cubo. Las cargas se mueven de manera controlada, generalmente fila por fila, a un solo registro de salida.

5. Conversión analógica a digital (ADC): Las cargas que llegan al registro de salida se convierten en un voltaje. Este voltaje se pasa a través de un convertidor analógico a digital (ADC). El ADC mide el voltaje y lo convierte en un número digital que representa la intensidad de la luz que golpeó ese píxel. Este número digital se convierte en el valor de píxel en la imagen resultante.

6. Formación de imágenes: Los números digitales de todos los píxeles se combinan para formar una imagen digital. Los datos de la imagen se procesan y almacenan luego.

En resumen: Una cámara CCD utiliza el efecto fotoeléctrico para convertir la luz en una carga eléctrica, almacena que se carguen en píxeles individuales, transfiere la carga a un registro de lectura, convierte la carga en una señal digital y luego combina las señales de todos los píxeles para crear una imagen digital.

Comparación con CMOS: Mientras que los CCD alguna vez fueron la tecnología dominante, los sensores CMO (óxido de metal-semiconductor complementario) los han reemplazado en gran medida en muchas aplicaciones. Los sensores CMOS integran los circuitos de conversión y lectura de carga directamente en cada píxel, lo que lleva a velocidades de lectura más rápidas, un menor consumo de energía y una conversión analógica en chip a digital. Sin embargo, los CCD generalmente ofrecen una calidad de imagen superior, especialmente en condiciones de poca luz, debido a sus niveles de ruido más bajos.