Come funziona esattamente una fotocamera CCD?
1. Collezione Light: La luce in arrivo passa attraverso una lente e si concentra sul chip CCD. Questo chip è un wafer di silicio con milioni (o anche miliardi) di piccoli elementi fotosensibili chiamati pixel.
2. Effetto fotoelettrico: Ogni pixel è essenzialmente un piccolo condensatore (un dispositivo che memorizza la carica elettrica). Quando la luce colpisce un pixel, i fotoni (particelle di luce) interagiscono con il silicio, causando la liberazione di elettroni attraverso l'effetto fotoelettrico. Il numero di elettroni liberati è direttamente proporzionale all'intensità (luminosità) della luce che colpisce quel pixel. Luce più luminosa =più elettroni.
3. Accumulo di carica: Questi elettroni liberati sono intrappolati nel potenziale pozzo del pixel. Più è lungo il tempo di esposizione, più elettroni si accumulano in ciascun pixel, risultando in un segnale più forte. Ecco perché esposizioni più lunghe comportano immagini più luminose.
4. Trasferimento di carica: Al termine dell'esposizione, la carica accumulata in ciascun pixel deve essere letta. È qui che entra in gioco il dispositivo "accoppiato" nella ricoperta di carica. Il chip CCD utilizza una serie di segnali elettrici attentamente controllati per spostare (trasferimento) la carica da un pixel al successivo, come una brigata del secchio. Gli addebiti vengono spostati in modo controllato, in genere riga per riga, in un singolo registro di output.
5. Conversione da analogico a digitale (ADC): Le cariche che arrivano al registro di uscita vengono convertite in una tensione. Questa tensione viene quindi passata attraverso un convertitore da analogico a digitale (ADC). L'ADC misura la tensione e la converte in un numero digitale che rappresenta l'intensità della luce che ha colpito quel pixel. Questo numero digitale diventa il valore dei pixel nell'immagine risultante.
6. Formazione di immagine: I numeri digitali di tutti i pixel sono combinati per formare un'immagine digitale. I dati dell'immagine vengono quindi elaborati e archiviati.
In sintesi: Una fotocamera CCD utilizza l'effetto fotoelettrico per convertire la luce in una carica elettrica, negozi che caricano in singoli pixel, trasferisce la carica in un registro di lettura, converte la carica in un segnale digitale e quindi combina i segnali da tutti i pixel per creare un'immagine digitale.
Confronto con CMOS: Mentre i CCD erano una volta la tecnologia dominante, i sensori CMOS (complementari-ossido-semiconduttore) li hanno ampiamente sostituiti in molte applicazioni. I sensori CMOS integrano la conversione della carica e i circuiti di lettura direttamente su ciascun pixel, portando a velocità di lettura più rapide, minori consumo di energia e conversione da analogico a chip. Tuttavia, i CCD offrono generalmente una qualità dell'immagine superiore, specialmente in condizioni di scarsa luminosità, a causa dei loro livelli di rumore più bassi.