Senzorii CCD (Charge Coupled Devices) captează lumina în mici fotocelule, primindu-şi numele de la modul în care sunt citite sarcinile după expunere. Pentru aceasta (vezi figura 6.4), sarcinile din prima linie sunt mai întâi transferate într-un registru de citire. De acolo, semnalele sunt preluate de un amplificator şi, ulterior, de un convertor analog-numeric.

Fig.6.4 Principiul functionarii senzorului CCD

După ce o linie a fost citită, sarcinile ei din registrul de citire sunt şterse. Următoarea linie va fi transferată în registrul de citire, iar toate liniile sunt transferate cu o linie mai jos. Sarcinile din fiecare linie sunt cuplate, astfel încât la fiecare transfer din linia curentă în linia următoare are loc şi un transfer din linia precedentă în linia curentă. Astfel, se poate citi o linie întreagă la un moment dat.

Tehnologia CCD are deja aproape 40 de ani şi foloseşte un proces specializat VLSI, bazat pe crearea unei reţele de electrozi de siliciu pe suprafaţa cipului. Nodurile reţelei sunt atât de mici şi de apropiate, încât permit păstrarea electronilor până când aceştia sunt mutaţi fizic din poziţia în care lumina incidentă i-a generat, de-a lungul suprafeţei cipului, până la un amplificator de ieşire. Pentru a realiza acest proces, reţeaua de electrozi este comandată de un ceas extern senzorului. Din punct de vedere tehnic este posibil (dar nu este rentabil din punct de vedere economic) să se integreze în tehnologia CCD alte funcţii necesare funcţionării camerei, cum ar fi circuite de ceas, logică de secvenţiere, procesare de semnale etc. Aceste funcţii sunt, în mod normal, implementate în alt cip. În acest fel, se ajunge la soluţii tehnice care presupun între 3 şi 8 cipuri.

Un alt punct nevralgic al tehnologiei CCD este necesitatea semnalelor de ceas cu o amplitudine şi de o formă impuse, care influenţează decisiv performanţele finale ale sistemului. Un cip specializat, care să genereze semnale corecte de ceas ca formă şi amplitudine, necesită tensiuni de alimentare nestandardizate şi creşte puterea consumată. Plecând de la o singură tensiune de alimentare, pentru a genera 5 sau 6 semnale diferite de alimentare este nevoie de câteva regulatoare interne care, evident, cresc complexitatea soluţiei. Aceste inconveniente sunt preţul plătit pentru o imagine de foarte bună calitate.

Din punct de vedere istoric, tehnologia CCD a fost dezvoltată căutând soluţii pentru alte probleme decât achiziţia imaginilor. În anii '60, calculatoarele nu dispuneau de sisteme de memorie ieftine şi de mare dimensiune. Laboratoarele Bell au propus tehnologia CCD ca o modalitate de stocare de date. În 1974, Fairchild Electronics a produs primul senzor de imagine CCD cu un format de 100´100 pixeli, iar, în 1975, s-a produs prima cameră comercială bazată pe această tehnologie. Tot atunci, Kurzweil Computer Products a realizat primul scaner bazat pe un senzor liniar CCD de 500 pixeli de la Fairchild.

Există patru tipuri de bază pentru senzorii CCD:

·         liniari;

·         interliniari;

·         cadru întreg (full frame);

·         transfer pe cadre (frame transfer).

Un senzor CCD liniar (vezi figura 6.5) este alcătuit dintr-un şir de senzori dispuşi pe o singură linie. Pentru a achiziţiona o imagine folosind un senzor liniar, este necesar ca senzorul să se deplaseze cu o viteză controlată de-a lungul imaginii. Viteza de achiziţie este redusă dacă se foloseşte această manieră.

Structura electromecanică care asigură deplasarea se bazează pe motoare pas cu pas şi creşte, pe de o parte, complexitatea sistemului, iar, pe de altă parte, riscul de alterare a geometriei imaginii. Utilizarea actuală a senzorilor liniari se concentrează în fabricaţia scanerelor şi a cititoarelor de coduri cu bare. Celelalte trei variante de senzori sunt considerate generic ca senzori matriceali CCD, pentru că formează zone senzoriale cu linii şi coloane, de formă dreptunghiulară sau pătrată.

Fig.6.5 Structura unui senzor liniar