VÍDEO: Como Funciona o Sensor CCD de Uma Câmera Digital?

O Dispositivo de Carga Acoplada, sensor conhecido pela sigla em inglês CCD, é o coração de toda câmera digital. Esse componente é o responsável por captar a luz das cenas e transformá-la em imagens coloridas para o fotógrafo. Mas como eles funcionam?

No vídeo acima, o engenheiro Bill Hammack disseca, de maneira simples e acessível, o funcionamento do CCD. E como a produção está legendada apenas em inglês e francês, vale a pena explicarmos as etapas em bom português.

 

Capturando a luz de uma cena

O sensor CCD é responsável por capturar a imagem e transferi-la para o sistema de memória da câmera, que, por sua vez, deve gravá-la em um formato eletrônico. Quando exposto à uma cena, seções diferentes do CCD geram cargas elétricas de maneira proporcional à intensidade da luz percebida por elas. A partir disso, é possível medir essas cargas e saber com precisão o quão brilhante uma parte da imagem será.

Se ampliarmos uma imagem o suficiente na tela do computador, podemos ver que ela é composta por pequenos quadradinhos conhecidos como pixels. Medindo 8,84 mícrons x 11,79 mícrons, cada um desses pixels corresponde a uma única seção do sensor CCD. Esse é, basicamente, o funcionamento dele: milhões de quadradinhos feitos com silício fotossensitivo e organizados em forma de matriz com o objetivo de capturar uma imagem.

Repassando a imagem para a memória

Mas o que tornou esse tipo de tecnologia barata e acessível foi a forma como essas informações de luminosidade puderam ser repassadas para o sistema de memória da câmera. A maneira mais simples e primitiva seria interligar cada um desses pixels dos sensores com fios que pudessem transmitir as informações adiante.

Porém, esse modelo apresenta um problema. Ao transferir a informação do pixel para o fio, ela acaba sendo alterada, perdendo um pouco da sua carga original. Assim, o resultado era uma imagem repleta de interferências e distorções. Esse efeito é conhecido como acoplamento capacitivo (capacitive coupling) e piora à medida que o número de pixels aumenta. Isso seria péssimo para a indústria.

Para resolver esse problema, o sensor CCD usa a solução mais simples possível: nada de fios elétricos entre os pixels. Um sensor CCD é feito com uma placa de silício e, para criar cada um dos pixels da matriz, os engenheiros adicionaram canais de isolamento que dividem a placa em linhas. Depois, a superfície dela é coberta com uma fina camada isolante de dióxido de silício e são posicionadas tiras muito finas de alumínio de maneira perpendicular aos canais isolantes, criando assim os pequenos pixels.

O transporte das cargas elétricas

A imagem é transmitida linha a linha (Fonte da imagem: Reprodução)

Mas como dissemos anteriormente, a grande sacada da indústria foi descobrir uma maneira de transportar a imagem do chip de silício para a memória da câmera, sem usar fios elétricos e sem distorcê-la.

Sendo assim, o CCD passou a transportar as cargas de uma linha de uma vez só, até o final da placa de silício, região em que um segundo componente é responsável por ler essas cargas e, então, repassá-la para a memória da máquina. Dessa forma, a câmera pode identificar as cargas e construir a imagem com base nesses dados.

E como surgem as cores?

Porém, como você pode ter notado, esse sensor é responsável apenas pela medição da intensidade de luz da imagem, que pode ser útil para produzir fotos em preto e branco, mas não coloridas. Sendo assim, como as cores aparecem?

Para gerar uma figura colorida, é preciso separar a luz em verde, azul e vermelho. A opção mais simples seria usar três sensores CCD diferentes dedicados com exclusividade para essa função e, depois, combinar as informações levantadas por eles para criar uma imagem colorida.

As imagens são capturadas como um mosaico de três cores (Fonte da imagem: Reprodução)

Entretanto, os engenheiros surgiram com uma opção mais barata: em vez de três sensores CCD, usaram um pouco de matemática e conseguiram obter o mesmo resultado com apenas um sensor.

Normalmente, esse sensor está coberto por um filtro com seções do tamanho de pixels azuis, vermelhos e verdes. Assim, a câmera recebe uma imagem que é formada pelo mosaico dessas três cores. Posteriormente, a máquina aplica um algoritmo capaz de estimar a cor ideal para cada pixel, sempre com base no nível de cor dos quadrados adjacentes.

Por exemplo, se um determinado pixel aparece em verde, o software da câmera é capaz de calcular a intensidade de vermelho e azul ao redor desse pixel para encontrar a cor certa para ele. Parece estranho, mas isso acaba funcionando, já que os detalhes significantes de uma imagem costumam ser muito maiores do que os pixels do sensor.

Felizmente, todo esse processo acontece de maneira muito rápida, sem que interfira na diversão do fotógrafo.

Fonte: EngineerGuy.com