CCD e as Câmeras Fotográficas

Se você fotografa ou realiza filmagens submarinas, muito provavelmente já ouviu falar sobre o CCD.

Basicamente, o CCD é um minúsculo sensor composto por milhares de pontos sensíveis à luz. Cada um destes pontos é uma miniatura de um determinado tipo de foto-célula que geram cargas elétricas, e que são descarregadas uma a uma. Essas cargas realizam uma fila na saída, e por serem acopladas umas as outras como os vagões de um trem, originou-se o nome CCD ou Charge Coupled Device (Dispositivo de Cargas Acopladas).

Criado na década de 70, o CCD substituiu os antigos tubos que eram utilizados até então dentro das câmeras de vídeo, denominados Vidicon. O CCD é o sensor responsável pela captura da imagem por uma câmera. As lentes da câmera projetam sobre sua superfície, a imagem que é convertida em impulsos elétricos, gerando assim, o sinal de vídeo.

Quanto mais luz sobre o CCD, mais energia é gerada, pois a intensidade de corrente criada será proporcional à intensidade da luz.

Imagine uma paisagem…

Uma imagem fotográfica é formada por diferentes áreas, algumas mais claras e outras escuras. Ao ser projetada sobre o CCD, isso fará com que alguns pontos recebam mais luz que outros.

Em dado instante, cada ponto do CCD (cada micro foto-célula) repassa uma intensidade de corrente para algum lugar. No caso da TV ou um monitor de computador, por exemplo, será o equipamento que receberá essas correntes de cada micro foto-célula para serem aplicados em cada pixel.

No caso do vídeo, como as imagens estão em movimento, não basta registrar essas intensidades de corrente em determinado instante, e sim, a todo o momento. Para isso, um circuito eletrônico literalmente varre periodicamente o CCD, percorrendo e registrando em cada ponto, a intensidade da corrente. O CCD é lido em linhas horizontais, da esquerda para a direita e de cima para baixo, e à medida que esta varredura é realizada, uma grande sequência de valores diferentes de intensidade de corrente é produzida pelo circuito leitor do CCD, registrando a sequência de cargas.

Uma fita magnética passa em velocidade constante sobre uma cabeça de gravação, num processo eletrônico que transforma as variações de intensidade de corrente (diferentes valores de cargas) em variações equivalentes de campo magnético, magnetizando a fita. Esse é o registro na fila magnética de uma imagem projetada no CCD.

Você já viu mosaicos de pastilhas coloridas em que o artista forma com as mesmas uma imagem perfeita quando observada à distância ?

Cada um dos pontos sensíveis à luz no CCD assemelha-se a uma pastilha do mosaico. Imagine pastilhas do mesmo tamanho alinhadas simetricamente lado a lado, só que ao invés de serem denominados como “pastilhas”, seu nome é chamado de “pixel”. Como cada pixel ocupa uma determinada área da imagem, quanto mais pixels no CCD, maior será o detalhamento da imagem registrada.

O CCD é lido pelo circuito eletrônico linha a linha e o resultado é um sinal analógico, sendo uma sequência de valores de intensidades proveniente dos sucessivos pixels dispostos ao longo das linhas, e por isso que o CCD não é um dispositivo digital, mas sim, um dispositivo analógico. Isso significa que uma câmera digital possui um chip analógico em seu interior e que o primeiro sinal gerado pela câmera a partir da imagem projetada pelas lentes é analógico.

O sinal analógico pode ser gravado diretamente na fita (câmeras analógicas) ou digitalizado, sendo posteriormente gravado em fita ou disco (câmeras digitais). A conversão analógico / digital é efetuada em tempo real por um circuito denominado A-D converter (Analogue to Digital Converter), localizado no interior da câmera.

A foto-célula presente não consegue distinguir cores, apenas reage à luminosidade como um todo, maior ou menor. Alguns artifícios são adotados para obter o registro de imagens em cores. O mais simples (e barato) consiste em recobrir o CCD com uma camada de micro janelas coloridas, nas cores básicas do sistema RGB (vermelho, verde, azul), alternando-se as cores através da superfície do CCD. Desta forma, 1/3 dos pontos do CCD estará coberto por um filtro vermelho e somente sobre este ponto houver alguma parcela de cor vermelha, a foto-célula fará o registro. O mesmo acontecerá para as outras cores.

O circuito eletrônico então realizará a leitura separada das células, que conforme a cor, irá gerar três sinais diferentes. Tais sinais serão gravados de forma analógica, ou então, serem convertidos para o formato digital e gravados posteriormente.

O processo acima descrito acarreta perdas na definição da imagem (ocupa 1/3 dos pontos para cada cor) entre outros problemas. Um processo mais sofisticado e mais caro utiliza 3 CCD’s, onde cada um faz o registro independente de uma das três cores básicas. Um sistema de prismas separa a imagem em três, e cada imagem passará por um filtro de uma das cores básicas, sendo projetada sobre o CCD correspondente. A qualidade da imagem é muito superior neste processo, embora de maneira geral, seja necessária mais luz para o registro das imagens, uma vez que ela é dividida no processo de registro no CCD.

As câmeras do segmento doméstico geralmente possuem um único CCD, enquanto nos modelos semi-profissional (Prosumer) e todas do segmento profissional, possuem 3 CCDs.

Somente a quantidade total de pixels nos CCD’s de duas câmeras não servirá como parâmetro de comparação para saber a qualidade da imagem. Uma câmera com 1 CCD contendo mais pixels do que a soma dos pixels de outra com 3 CCD’s não necessariamente produzirá uma imagem com qualidade superior, porque a quantidade de pixels é apenas um dos fatores que contribuem na qualidade da imagem obtida.

Existem tamanhos padronizados para a medida da diagonal dos CCD’s. Essa medida normalmente são em polegadas e com o tamanho de 2/3 polegadas, 1/2, 1/3, 1/4l e 1/6. Os primeiros CCDs possuíam pixels maiores do que os atuais modelos e pode-se dizer que quanto maior o tamanho do CCD, melhor a imagem obtida.

Atualmente a tecnologia é capaz de compactar cada vez mais um número maior de pixels nos CCD’s de dimensões inferiores (1/4 pol, 1/6 pol) de forma que nem sempre um CCD menor produzirá imagem com qualidade inferior que um CCD de maior dimensão.

Clecio Mayrink

Nascido no Rio de Janeiro, ingressou no mergulho em 1987 pela CMAS e realizou Dive Master em 1990 pela PADI. Hoje é mergulhador Técnico Trimix (Mergulho Profundo) e de cavernas (Technical Cave Diver e Advanced Cave Side Mount / No Mount).

Foi membro da expedição de mapeamento da Lagoa Misteriosa em Bonito-MS em 2008, idealizador do site Brasil Mergulho em 1998 (MTB 0081769/SP) e atuou como consultor para a ONU, UNESCO, Segurança Pública, além de diversos órgãos públicos no Brasil.