Sensores CCD: Funcionamiento, Tipos y Proceso de Luminancia en la Captura de Imágenes

Sensores CCD: Funcionamiento, Tipos y Proceso de Luminancia

9.6 Sensores CCD

Entre las evidentes ventajas de los dispositivos de acoplamiento de cargas, encontramos:

• Mucho menor volumen y peso.
• Menor fragilidad ante golpes.
• Eliminación de las deformaciones geométricas.
• Aumento del tiempo de vida útil.
• Reducción drástica del consumo.
• Mayor sensibilidad.
• Eliminación de la remanencia.

El elemento que posibilita un avance de tal magnitud es el condensador MOS. Se forma a partir de un sustrato levemente dopado, de forma que presente características de tipo P. La cualidad más interesante no reside en la capacidad de almacenamiento, sino en la de poder mover las cargas almacenadas.

En realidad, no todos los fotosensores utilizan el principio del condensador MOS. Existe una variante basada en una estructura de unión P-N inversamente polarizada, HAD. Sus características son:

• Channel Stop: es una barrera fuertemente dopada destinada a evitar que la carga excesiva de un pozo pueda contaminar a los adyacentes.
• Microlentes: cuando se expone el sensor a la luz, algunos rayos incidirán en las paredes laterales de los fotosensores.
• Obturador electrónico: La posibilidad de controlar el tiempo en el que los pozos de potencial están acumulando energía abre nuevas posibilidades de mejora en la definición de imágenes en movimiento, a través de un canal de drenaje.
• Desplazamiento espacial: la resolución de la imagen captada vendrá determinada por la cantidad de estas células básicas, así como por su tamaño.

9.7 Tipos de CCD

Sensor de transferencia de cuadro

En los primeros sensores de imagen de estado sólido, se dispusieron las áreas de captación y de almacenamiento separadas. Junto a la zona de almacenamiento se encuentra el registro de desplazamiento horizontal. Tiene tres problemas básicos: de una parte, la necesidad de disponer un obturador mecánico que se encargue de bloquear la luz durante el proceso de transferencia.

• Smear: al captar una imagen con puntos de elevada luminosidad, los pozos de potencial correspondientes a estas zonas serán sometidos a una cantidad de luz tal que no podrán acumular tanta carga, por lo que se producirá un rebosamiento de estos pozos.
• Lag: También llamado efecto cometa, es un problema que se manifiesta cuando visualizamos un punto altamente iluminado y en movimiento sobre un fondo negro.

Sensor de transferencia interlínea

Con el fin de resolver algunos de los problemas del sensor FT, se desarrolló una estructura diferente, que dispone elementos captadores intercalados con los elementos de almacenamiento. Es necesario ocultar el área de almacenamiento de la luz. En este sistema se incorpora por primera vez el obturador electrónico. La desventaja la encontramos en el hecho de que las cargas almacenadas deberán permanecer adyacentes a los sensores durante el proceso de lectura de la información.

Sector de transferencia de cuadro interlineal

En este sistema se encuentra una zona en la que se disponen, intercalados, los sensores ópticos junto a los registros de desplazamiento verticales.

El hecho de que la transferencia se realice a una elevada velocidad, de una parte, y que la imagen se almacene lejos del área sensible, por otra, hacen desaparecer los inconvenientes presentes en otros tipos de CCD.

9.8 Proceso de luminancia

Una vez extraídas las señales correspondientes a los tres colores básicos, con ellas se realizarán diferentes procesos dirigidos a conseguir la señal de video según el estándar PAL. En el proceso de luminancia, el proceso es relativamente sencillo. Básicamente se encarga de adecuar la información de luminosidad de la escena, para compensar la falta de linealidad de los diferentes circuitos del sistema de transmisión, desde los captadores de la cámara hasta los tubos de imagen del receptor.

• Corrección gamma: Resulta imprescindible realizar algún tipo de corrección para garantizar que la respuesta de toda la cadena de transmisión, que llamamos gamma, representa fielmente las imágenes captadas por la cámara. El ajuste de gamma se realiza enfocando la cámara sobre una carta que representa dos escaleras de grises dispuestas en contraposición y que mantiene una relación de reflectancia logarítmica entre sus niveles de gris.
• Matriz de luminancia: Una vez realizado el ajuste de los amplificadores RGB, es necesario unificar estas tres señales unitarias para obtener la información de luminancia. La componente de luminancia correcta se obtiene a través de : 30% R+59%G+ 11%B=100% Y.

Otros circuitos de luminancia

• Mejoradores de detalles.
• Limitadores de blanco y negro.
• Controles de pedestal y ganancia.
• Controles de pendiente y kneer.