¿Qué es una cámara CCD?
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 fijas, cámaras de video, cámaras de seguridad, cámaras de teléfonos celulares y cámaras médicas para consumidores y profesionales. Los CCD son muy eficientes, generalmente capturan aproximadamente el 70 por ciento de la luz incidente, a diferencia de la película fotográfica que solo responde a aproximadamente el 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. Mientras que algunas cámaras usan un sensor de imagen de semiconductor de óxido de metal (CMOS) complementario, el CCD es el tipo más común.
La mayoría de las cámaras CCD utilizan un dispositivo acoplado de carga única para recopilar datos de imágenes, ya sea que la cámara esté diseñada para operación monocromática, en color o infrarroja. En este caso, la luz entra a través de la lente, se filtra y luego se enfoca en la superficie de un único conjunto de sensores de imagen fotoeléctrica. Muchas cámaras de video profesionales, conocidas como cámaras "tres CCD" o "tres chips", contienen tres conjuntos CCD. Con estos, la luz entrante se divide por un prisma en sus componentes rojo, verde y azul, cada uno enfocado en su propio sensor CCD. Esto mejora la separación del color 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, escáneres y otros tipos de cámaras de exploración lineal utilizan un sensor de imagen CCD unidimensional para recopilar datos, moviendo el sensor o el objeto que se está escaneando para capturar toda la imagen. 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, la duración y la longitud de onda de la luz que se enfoca sobre ellos. Una vez expuesto a una imagen, el controlador del sensor desplaza 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 datos de imágenes generalmente afecta el diseño del sistema. El método de fotograma completo utiliza todo el CCD 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 de interlínea utiliza cualquier otra columna 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 cuadros puede implementarse 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 la carga, mientras que la otra mitad está acumulando una nueva imagen, por lo que requiere el doble de la cantidad de silicio para manejar la 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. Son tan sensibles, de hecho, que se deben tomar muchos pasos 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 los aficionados serios y dedicados armados con equipos de cámara CCD.