El principio de funcionamiento del elemento fotosensible CCD

CCD se puede dividir en CCD de matriz lineal y CCD de matriz de área en términos de función. El CCD de matriz lineal generalmente divide los electrodos internos del CCD en matrices, cada matriz se denomina fase y se aplica el mismo pulso de reloj. El número requerido de fases está determinado por la estructura interna del chip CCD. Los CCD con diferentes estructuras pueden satisfacer los requisitos de diferentes ocasiones. El CCD de matriz lineal se divide en canal único y canal dual. Su área fotosensible es una estructura de condensador MOS o fotodiodo, por lo que el proceso de producción es relativamente simple. Consiste en una matriz de área fotosensible y un circuito de escaneo de registro de desplazamiento. Se caracteriza por una rápida velocidad de procesamiento de información, circuitos periféricos simples y fácil control en tiempo real. Sin embargo, la cantidad de información obtenida es pequeña y no puede procesar imágenes complejas. La estructura del CCD de matriz de área es mucho más compleja. Consta de muchas áreas fotosensibles dispuestas en una matriz cuadrada y conectadas en un dispositivo de cierta forma. Puede obtener una gran cantidad de información y procesar imágenes complejas. En el campo de las cámaras digitales, las aplicaciones CCD son aún más diversas. Generalmente, las cámaras digitales en color añaden un filtro Bayer al CCD. Cada cuatro píxeles forman una unidad, uno filtra el rojo, uno filtra el azul y dos filtran el verde (porque el ojo humano es más sensible al verde). Por lo tanto, cada píxel recibe una señal sensible a la luz, pero la resolución del color no es tan buena como la resolución sensible a la luz.

Un sistema 3CCD que consta de tres CCD y un prisma divisor de haz puede dividir mejor los colores. El prisma de división del haz puede analizar la luz incidente en tres colores: rojo, azul y verde, y tres CCD son responsables de la presentación de la imagen de uno de los colores. Todas las cámaras digitales profesionales y algunas cámaras digitales semiprofesionales utilizan tecnología 3CCD. En la actualidad, los chips CCD de ultra alta resolución siguen siendo relativamente caros y el precio de una cámara fotográfica de alta resolución equipada con 3CD suele estar fuera del presupuesto de muchos fotógrafos profesionales. Por lo tanto, algunas cámaras de alta gama utilizan filtros de color giratorios para lograr una alta resolución y una reproducción fiel del color. Esta cámara de imágenes múltiples solo se puede utilizar para capturar objetos estáticos. Al mismo tiempo, los CCD congelados se utilizaron ampliamente en astrofotografía y en diversos equipos de visión nocturna a principios de los años 1968 y 1990, y los grandes observatorios también continuaron desarrollando CCD de alta resolución para tomar fotografías celestes con una resolución extremadamente alta.

El CCD tiene una maravillosa aplicación en astronomía, puede hacer que un telescopio fijo funcione como un telescopio de seguimiento. El método consiste en hacer que la dirección de la lectura de la carga y el movimiento en el CCD sean coherentes con la dirección del cuerpo celeste, y la velocidad también está sincronizada. El uso de CCD para guiar estrellas no sólo corrige eficazmente los errores de seguimiento, sino que también permite que el telescopio registre un campo de visión más amplio que antes.

Generalmente, la mayoría de los CCD pueden detectar rayos infrarrojos, por lo que se derivan imágenes infrarrojas, dispositivos de visión nocturna, cámaras de iluminancia cero (o casi cero), etc. Para reducir la interferencia infrarroja, los CCD astronómicos suelen utilizar nitrógeno líquido o refrigeración por semiconductores, porque los objetos a temperatura ambiente tendrán efectos de radiación infrarroja de cuerpo negro. La sensibilidad del CCD a la luz infrarroja tiene otro efecto. Si varias cámaras digitales o grabadoras de vídeo equipadas con CCD no están equipadas con filtros de infrarrojos, es fácil capturar los rayos infrarrojos emitidos por el mando a distancia. Bajar la temperatura puede reducir la corriente oscura en el conjunto de condensadores, mejorar la sensibilidad del CCD en condiciones de poca iluminación e incluso mejorar la sensibilidad (relación señal-ruido) a la luz ultravioleta y visible.

El ruido de la temperatura, la corriente oscura y la radiación cósmica afectarán a los píxeles de la superficie del CCD. Los astrónomos utilizan la apertura y el cierre del obturador para realizar exposiciones múltiples al CCD y tomar el valor promedio para reducir el efecto de interferencia. Para eliminar el ruido de fondo, la señal de la imagen se promedia cuando el obturador está cerrado, lo que constituye el "marco oscuro". Luego abra el obturador, obtenga la imagen, reste el valor de oscuridad de la cámara y luego filtre el ruido del sistema (puntos oscuros, puntos brillantes, etc.) para obtener detalles más claros.

La cámara CCD refrigerada utilizada en astrofotografía debe fijarse en la posición de imagen con un anillo de conexión para evitar la influencia de la luz externa o la vibración, porque la mayoría de las plataformas de imagen son naturalmente voluminosas, como las utilizan los astrónomos; "Estrellas guía automática" "La tecnología captura imágenes de objetos celestes débiles, como galaxias y nebulosas. La mayoría de los sistemas automatizados de guía estelar utilizan un CCD adicional fuera del eje para monitorear cualquier desviación de la imagen; sin embargo, algunos sistemas conectan el espejo primario a una cámara CCD para capturarla. Usando un dispositivo óptico para agregar la luz de las estrellas en el espejo primario a otro dispositivo guía CCD en la cámara, se pueden detectar rápidamente pequeños errores en el seguimiento de cuerpos celestes y el motor de accionamiento se puede ajustar automáticamente para corregir los errores sin necesidad de un adicional. estrella guía.