¿Qué es una Cámara CCD?
Una cámara CCD es un tipo de cámara que utiliza un sensor de imagen CCD (dispositivo de carga acoplada) para capturar fotografías. Aunque en los últimos años ha sido reemplazada en gran medida por los sensores CMOS, las cámaras CCD aún se utilizan en algunas aplicaciones de investigación y siguen siendo preferidas por algunos aficionados debido a su capacidad para producir imágenes con alto contraste.
Usos de las Cámaras CCD
Los sensores CCD se utilizan en algunas cámaras digitales compactas, pero el desarrollo de sensores CCD ha disminuido considerablemente. Es probable que en el futuro sean sustituidos por sensores CMOS. Sin embargo, a menudo son útiles en aplicaciones de investigación. Por ejemplo, se utilizan en combinación con microscopios en la obtención de imágenes de biomoléculas debido a su alta sensibilidad. Además, la sensibilidad de detección se puede aumentar mediante el uso de un CCD multiplicador de electrones (EM), que amplifica la señal de detección hasta 1.000 veces.
Los sensores CMOS más recientes también pueden cubrir la detección de fluorescencia de molécula única gracias a la mejora de los rendimientos cuánticos. Sin embargo, cuando la fluorescencia monomolecular es débil, las cámaras EMCCD con amplificación de señal son más ventajosas.
Principio de las Cámaras CCD
El principio de funcionamiento de una cámara CCD se basa en la formación de una imagen en un sensor CCD que consta de una matriz de fotodiodos. Cuando la luz incide en un fotodiodo, se generan electrones a través del efecto fotoeléctrico, y la carga eléctrica resultante se almacena en el elemento CCD. La carga acumulada se transfiere a través de los CCD y se amplifica mediante un amplificador. Esta corriente amplificada se convierte en datos de imagen a través de la tarjeta de control de la cámara CCD.
En los EMCCD, se aplica un voltaje a la carga transferida antes de enviarla al amplificador para realizar la duplicación de electrones. Esto se basa en el fenómeno de la ionización por colisión. Con los EMCCD de duplicación de electrones también se pueden detectar fotones individuales y medir el número de fotones.
Sin embargo, la transferencia de carga no tiene lugar hasta que se ha acumulado suficiente carga en todos los CCD de una fila. Éste es el factor que limita la velocidad de transferencia.
Tipos de Cámaras CCD
1. Tipo de Elemento CCD
A. Tipo de Fotograma Completo
Los CCD de fotograma completo son CCD estándar y tienen la mayor sensibilidad y rango dinámico para mediciones físicas y químicas. Requieren un obturador de protección contra la luz para evitar que ésta incida sobre el elemento durante la lectura.
B. Tipo de Transferencia de Trama
El tipo de transferencia de fotogramas tiene dos tipos de CCD, uno para recibir la luz y otro para almacenar las imágenes. La imagen recibida se transfiere al CCD para su almacenamiento temporal, y la carga almacenada se lee durante la siguiente exposición. Aunque no se requiere un obturador, se necesita un CCD con el doble de área.
C. Tipo Interlínea
El CCD de tipo interlínea es un tipo en el que las secciones de recepción y almacenamiento de luz están dispuestas en un único elemento. Este tipo de elemento CCD se utiliza en videocámaras. No se necesita un obturador, pero la apertura es menor que la de un fotograma completo.
2. Tipos de Cámaras CCD por Aplicación
A. Cámaras Espectroscópicas
Esta cámara se utiliza para obtener el espectro espectral de una imagen. Las características espectrales de la imagen dentro del rango de disparo pueden medirse de una sola vez. Sus aplicaciones incluyen el diagnóstico de la frescura de los alimentos, la detección de objetos extraños y, en el ámbito industrial, la gestión del color de los productos.
B. Cámara para Observación Biológica
Las cámaras CCD refrigeradas se utilizan ampliamente para observar los movimientos diminutos de los organismos vivos y para observar imágenes de niveles de luz extremadamente bajos cuando están acopladas a un microscopio. La alta sensibilidad, resolución y velocidad son importantes en este campo.
C. Cámaras de Rayos X
Las cámaras CCD de rayos X se están utilizando cada vez más en la gama de rayos X blandos a duros, donde la alta sensibilidad y el amplio rango dinámico de las cámaras CCD son superiores a otros detectores.
D. Cámaras de Alta Velocidad
Las cámaras capaces de tomar más de 100 imágenes por segundo se denominan cámaras de alta velocidad. Se utilizan cada vez más en aplicaciones industriales como las pruebas de choque de automóviles y el control de procesos de fabricación en fábricas.
Más Información sobre las Cámaras CDD
Diferencias con las Cámaras C-MOS
Los sensores CCD extraen la carga de los electrodos al exterior como un relé de cubo, mientras que los sensores C-MOS tienen un fotodiodo en cada píxel y leen la señal directamente del píxel mientras conmutan a alta velocidad con un interruptor semiconductor. Por lo tanto, existen las siguientes diferencias
- CCD: Consumo de energía alto, calidad de imagen excelente, precio elevado.
- CMOS: Consumo de energía bajo, calidad de imagen buena, precio más económico.
En resumen, las cámaras CCD ofrecen una excelente calidad de imagen, mientras que las cámaras CMOS son más económicas. Cada una tiene sus ventajas y se utilizan en diferentes aplicaciones según las necesidades y requisitos específicos.