CCD - Charge Coupled Device (TΙ ΕΙΝΑΙ)

Το CCD είναι η φωτοευαίσθητη επιφάνια που αντικατέστησε το φίλμ.


To CCD στα ελληνικά αποδίδεται ως είδος αισθητήρα. Είναι ένας ‘μηχανισμός εικόνας’ εντός των περισσότερων μοντέρνων καμερών ο οποίος είναι ευαίσθητος στο φως. Είναι ένα μεγάλης κλίμακας ολοκληρωμένο κύκλωμα που περιέχει εκατοντάδες χιλιάδες εικονοστοιχεία (pixels) τα οποία αποτελούνται από φωτοευαίσθητες επιφάνειες [τα φωτοδιόδια] που αναλαμβάνουν την καταγραφή του φωτός το οποίο το μεταφράζει σε ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα από τον αντίστοιχο μετατροπέα.




Το μέγεθος του μετράται διαγώνια και μπορεί να είναι 1/4, 1/3, 1/2, ή 2/3 της ίντσας. Όσο μεγαλύτερο τόσο καλύτερη η ποιότητα της εικόνας.



Ανακαλύφθηκε το 1970 και σκοπός του ήταν να χρησιμοποιηθεί σαν μηχανισμός μνήμης. Χρησιμοποιείται περισσότερο στις κάμερες αλλά επίσης και στα τηλέφωνα, στις συσκευές φαξ, σαρωτές, κλπ.

Πως λειτουργεί ο αισθητήρας;

Ένας αισθητήρας αποτελείται από σειρές εικονοστοιχείων (pixels που προέρχεται από το picture elements) τα οποία με τη σειρά τους έχουν ως βασικό συστατικό τo πυρίτιο. Τα εικονοστοιχεία είναι μικρότερες μονάδες του αισθητήρα που μπορούν να καταγράψουν πληροφορίες για την ένταση του φωτός και το χρώμα σε μια εικόνα.

Κάθε τέτοιο εικονοστοιχείο είναι ευαίσθητο στο φως, έτσι όταν αυτό πέσει επάνω του παράγει ηλεκτρική τάση. Η ηλεκτρική τάση είναι ανάλογη με την ποσότητα του φωτός που πέφτει στο εικονοστοιχείο. Όσο περισσότερο το φως, τόσο μεγαλύτερη τάση παράγεται.



Πως ξεχωρίζει τα χρώματα ένας αισθητήρας όταν τα εικονοστοιχεία παράγουν μόνο ηλεκτρική τάση;

Υπάρχουν δυο βασικές κατηγορίες αισθητήρων. Οι αισθητήρες διάταξης και οι γραμμικοί.



Στους πρώτους τα εικονοστοιχεία χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:

-- σε αυτά που αντιδρούν μόνο στο κόκκινο φως,

-- σε αυτά που αντιδρούν μόνο στο πράσινο,

-- και τέλος σε αυτά που αντιδρούν μόνο στο μπλε.



Ως γνωστόν όλα τα χρώματα σχηματίζονται από το συνδυασμό αυτών των τριών χρωμάτων: κόκκινου, πράσινου και μπλε.

Έτσι λοιπόν, ένα εικονοστοιχείο που αντιδρά στο κόκκινο φως παράγει ηλεκτρική τάση μόνο όταν πέσει πάνω του κόκκινο φως, ενώ μένει ανεπηρέαστο από τα άλλα δύο χρώματα. Αντίστοιχα αντιδρούν και τα άλλα δύο.



Τι γίνεται όμως με τα υπόλοιπα χρώματα;

Ας πάρουμε το πορτοκαλί για παράδειγμα:

είναι ο συνδυασμός κόκκινου και μπλε. Έτσι, το εικονοστοιχείο που αντιδρά στο κόκκινο θα παράγει μια μικρή τάση και το εικονοστοιχείο που αντιδρά στο μπλε θα παράγει επίσης μια μικρή τάση. Η μονάδα της κάμερας που κάνει τη μετατροπή θα διαβάσει τις δυο αυτές μικρές τάσεις σαν πορτοκαλί. Βλέπουμε, συνεπώς ότι χρειαζόμαστε τρία διαφορετικά εικονοστοιχεία για να αναπαράγουμε ένα χρώμα.



Πόσα χρώματα μπορεί να διαβάσει ένας αισθητήρας;

Όπως είπαμε, όσο περισσότερο φως πέφτει πάνω σε ένα εικονοστοιχείο, τόσο μεγαλύτερη ηλεκτρική τάση παράγεται. Έτσι κάθε εικονοστοιχείο δίνει ένα byte ψηφιακής πληροφορίας. Κάθε byte όμως περιέχει οκτώ bits και κάθε bit έχει τιμή 1 ή 0, που αντιστοιχεί στο on και στο off. Όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί των οκτώ bits μας δίνουν 256 συνδυασμούς. Τελικά το κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να αντιδράσει στην ένταση του φωτός που πέφτει πάνω του με 256 διαφορετικές τιμές, που ποικίλουν από το μηδέν (καθόλου φως) μέχρι το 256 (μέγιστη ένταση φωτός). Με άλλα λόγια, κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να διαβάσει 256 διαφορετικά επίπεδα φωτός. Αν πολλαπλασιάσουμε 256Χ256Χ256 (τα επίπεδα του φωτός που διαβάζει κάθε εικονοστοιχείο κόκκινο, πράσινο, μπλε) βρίσκουμε τον αριθμό 16.777.216. Αυτό σημαίνει ότι ένας αισθητήρας CCD RGB μπορεί να διαβάσει 16.777.216 διαφορετικά χρώματα. Μάλλον πρόκειται για ένα πολύ ικανοποιητικό αριθμό, που μπορεί να αποτυπώσει με ακρίβεια οποιοδήποτε χρώμα στη φύση!



Πως λειτουργεί ο γραμμικός αισθητήρας;

Ο δεύτερος τύπος αισθητήρα κάνει τρεις λήψεις του ίδιου θέματος, όπου στην κάθε λήψη χρησιμοποιεί ένα κόκκινο, πράσινο και μπλε φίλτρο. Έτσι η τελική εικόνα προέρχεται από τον συνδυασμό των τριών χρωμάτων RGB.



Ποιά είδη αισθητήρων υπάρχουν;

Υπάρχουν δυο κύρια είδη αισθητήρων, οι CCD και CMOS. CCD σημαίνει Charge Coupled Device, ενώ CMOS σημαίνει Complementary Metal Oxide Semiconductor. Ευρύτερα χρησιμοποιούμενοι είναι οι αισθητήρες CCD. Το πλεονέκτημα των αισθητήρων CMOS είναι ότι το κόστος κατασκευής τους είναι πολύ χαμηλότερο από αυτών των αισθητήρων CCD. Όμως η ποιότητα εικόνας που δίνουν είναι χαμηλότερη. Έτσι χρησιμοποιούνται κυρίως σε φτηνές μηχανές με χαμηλή ανάλυση.



Μερικές εταιρείες χρησιμοποιούν ένα είδος αισθητήρα CCD που είναι διαφορετικός ως προς την κατασκευαστική του δομή από τους άλλους αισθητήρες και τον ονομάζουν Super CCD. Σε αυτόν η διάταξη των εικονοστοιχείων είναι διαφορετική και το σχήμα τους οκταγωνικό. Η διάταξη αυτή προσφέρει μεγαλύτερη ευαισθησία, καλύτερο λόγο σήματος/θορύβου και ευρύτερο δυναμικό πεδίο.



Τι ρόλο παίζει η ανάλυση μιας εικόνας;

Το μέγεθος που χαρακτηρίζει ένα αισθητήρα είναι η ανάλυση, δηλαδή το πόσα εικονοστοιχεία διαθέτει. Όσο μεγαλύτερος αυτός ο αριθμός τόσο καλύτερη ποιότητας εικόνας δίνει. Βέβαια η ποιότητα εικόνας εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως το λογισμικό της μηχανής, αλλά η ανάλυση παραμένει ο πρωταρχικός παράγοντας.