Il CCD, il cuore della telecamera

Il CCD (abbreviazione di Charge Coupled Device) è il sensore ottico della telecamera, cioè il componente che permette di trasformare l'immagine proveniente dall'obiettivo in corrente elettrica è quindi in un segnale video.
Si tratta di un'invenzione relativamente recente (Boyle e Smith nel 1970) che ha rivoluzionato il mondo delle telecamere, trasformandole da ingombranti e costosi apparati a sempre più compatti ed economici prodotti di consumo.

 Come funziona un CCD in bianco e nero
Come abbiamo già visto nel tutorial relativo alla focale degli obiettivi, una telecamera dispone di una lente che è in grado di ricevere la luce esterna e ricreare un'immagine ribaltata in corrispondenza del suo punto focale. In questo punto viene posizionato il CCD.

Esso è composto da alcune centinaia di migliaia di microscopiche unità chiamate pixel ordinate su una precisa griglia che attribuisce a ciascuno una coordinata verticale ed una orizzontale.
Ogni pixel è in grado di reagire alla luce che lo investe immagazzinando una certa carica elettrica.
La carica dei vari pixel viene letta in continuazione (con una cadenza variabile regolata dall'otturatore elettronico) da un circuito di processo del segnale, il quale si rende conto costantemente della quantità di luce che ha investito i vari pixel ed è in grado, su questa base, di ricreare un'immagine.

 Come funziona un CCD a colori
Nel caso dei CCD a colori, la cosa si complica un po'.
Per realizzare un'immagine a colori non basta solo l'indicazione di quanta luce colpisca il CCD ma anche quella delle sue componenti cromatiche. Le telecamere da ripresa cinematografiche professionali utilizzano per questo scopo 3 CCD su ciascuno dei quali vengono proiettate le componenti di verde,rosso e blu dell'immagine separate attraverso un prisma. Questa soluzione è però molto costosa e non viene per questo utilizzata nelle telecamere a circuito chiuso. Viceversa si ricorre ad un espediente per permettere ad un solo CCD di "capire" i colori dell'immagine.
Per realizzare un CCD a colori viene posta sul CCD una griglia filtrante, dove ad ogni pixel corrisponde un filtro in grado di consentire il passaggio delle sole componenti verdi,rosse e blu.
Un esempio di griglia filtrante si vede nella figura a lato. Si nota dal disegno che il numero dei filtri verdi è doppio rispetto ai filtri rossi e blu (25% blu,25% rossi,50% verdi) in quanto l'occhio umano è più sensibile a questa componente cromatica.
Quello che nel CCD in bianco e nero er un pixel, diventa nel CCD a colori piuttosto un'area di rilevazione, detta quadrante, composta da due pixels verdi uno rosso ed uno blu. Il circuito della telecamera non farà altro che mescolare queste componenti per ricavare il colore finale di quel quadrante.
Come avete visto, laddove il CCD in bianco nero utilizzava un pixel, il CCD a colori ne usa 4, ecco spiegato il motivo per cui le telecamere in bianco/nero hanno di regola una risoluzione molto più alta delle telecamere a colori.

 La dimensione del CCD
Esistono CCD di varie dimensioni. Nella televisione a circuito chiuso se ne utilizzano 5:

Le prime telecamere a circuito chiuso di tipo moderno, avevano CCD da 1". La necessità di miniaturizzazione di lenti ed elettroniche, nonchè la continua ricerca di abbattimento dei costi, ha portato l'industria a sviluppare gradualmente CCD sempre più piccoli da 2/3",1/2" ed 1/3". Gli ultimi nati sono i CCD da 1/4" che vanno sempre più affermandosi nel settore.

 Meglio CCD grandi o piccoli ?
Cominciamo col dire che i CCD più grandi da 1", 2/3" ed 1/2" appartengono ormai alla storia della televisione a circuito chiuso. Le nuove elettroniche, sempre più piccole ed ottimizzate, non sono più fatte pensando a questi giganti del passato.
Il mercato della TVCC si divide oggi fra CCD da 1/3" ed 1/4". La domanda che ci si pone è:"qual'è meglio?". E' possibile rispondere in diversi modi.
In linea generale un CCD più grande dovrebbe essere in grado di fornire un'immagine migliore, mentre il CCD più piccolo dovrebbe costare di meno.
In effetti si è diffusa nel mercato la percezione del CCD da 1/4" come "versione economica", soprattutto perchè, essendo effettivamente meno costoso, questo CCD viene utilizzato grandemente su tutti i prodotti di fascia più bassa, come telecamere per citofoni e webcam.
Ad essere obiettivi però questa reputazione non è tecnicamente corretta. L'evoluzione dell'elettronica costruita attorno al CCD è tale oggi da consentire di realizzare telecamere con CCD da 1/4" con risoluzioni e qualità anche superiori a telecamere con CCD da 1/3".
Pensiamo di dire una verità, se affermiamo che la dimensione del CCD non è più oggi un sinonimo di qualità di prodotto, ma piuttosto una scelta costruttiva del produttore della telecamera. Dal punto di vista dell'utilizzatore non cambia nulla.

 La dimensione del CCD e l'obiettivo
L'unica cosa da tenere presente riguarda l'obiettivo, in quanto ogni obiettivo viene costruito per ricostruire sul punto focale un immagine di una certa grandezza. Questa grandezza dovrebbe essere la stessa del CCD. Per questo esistono ottiche da 1/2", 1/3", 1/4" etc.
Se utilizzate una telecamera con CCD da 1/4" dovrete utilizzare una lente fatta per questo tipo di CCD, o al limite per un CCD più grande (es. 1/3"). Non potete invece utilizzare una lente per CCD da 1/4"  su una telecamera da 1/3" perché il risultato sarebbe un'immagine tondeggiante, con gli angoli neri arrotondati e con una sfocatura verso i bordi esterni dell'immagine
Per semplificarvi la vita, tutti gli obiettivi DSE sono per 1/3" e vanno quindi bene anche per le telecamera da 1/4"

 La gamma DSE
DSE ha scelto per le sue telecamere, i CCD da 1/3". Le uniche eccezioni, che montano CCD da 1/4", sono le telecamere di piccole dimensioni, costruite per essere equipaggiate con mini-obiettivi, vale a dire le telecamere stagne, antivandaliche e da occultamento (con mini-obiettivo e con pin-hole).

 La tecnologia C-MOS
In tempi recenti sono apparse sul mercato telecamere con CCD basati su tecnologia C-MOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Questa tecnologia consente di ottenere telecamere molto piccole, e in genere più economiche delle telecamere CCD tradizionali.
Sebbene i costruttori specializzati sostengano l'opposto, le telecamere C-MOS sono oggi apparecchi sicuramente economici, ma che offrono una qualità d'immagine assai povera. Soffrono molto la luminosità eccessiva e sono per questo inutilizzabili all'aperto.
Le telecamere C-MOS sono oggi utilizzate in applicazioni di basso profilo come webcam o videocitofoni. Nessuna telecamera DSE è basata su tecnologia C-MOS.

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