Es fundamental comprender como se realiza el proceso de lectura del chip CCD, pues de esta forma podremos comprender muchas otras peculiaridades de estos sensores; porque se necesita un shutter, que es un sensor tipo frame-transfer, que expresa el ruido de lectura... y un sinfin de conceptos más.

Llamamos lectura del chip al proceso que hace que el chip vaya colocando en su etapa de salida un pixel tras otro con objeto de que la electrónica de conversión analógico/digital cuantifique cuantos fotones han caido en cada pixel. Como la lectura del chip se hace de forma ordenada, lo que obtenemos es un mapa de la luz que ha caido en la superficie del chip durante el tiempo de integración.

Veamos como es ese orden de lectura...

Como sabemos el sensor CCD es un mosaico de pixels. Pero los pixels no pueden ser leidos directamente, es decir, no podemos ordenar al chip que nos de el valor del pixel cuyas coordenadas son ( 32, 45). Los sensores CCD se basan en un mecanismo denominado transferencia de carga, según el cual cada pixel tiene capacidad para transferir su carga a un pixel adyacente y solo a ese. Eso indica algo parecido a ... los pixels del centro han de transferir su carga a los del borde donde podrán ser transferidos a la etapa de salida.

El proceso de lectura puede dividirse en dos etapas.

Primero un desplazamiento vertical de todas las filas del chip hacia abajo, de forma que la primera fila empezando por abajo pasa a una fila especial denominada registro horizontal.

Después, el registro horizontal se desplaza a la derecha tantas veces como pixels contiene. En cada desplazamiento del registro horizontal se transfiere el pixel que esta en el extremo derecho del registro a la etapa de salida del chip.

Una vez se han leido todos los pixels del registro horizontal se vuelve a efectuar un movimiento vertical hacia abajo de todas las filas. Este proceso se repite hasta que todas las filas han pasado por el registro horizontal.

Estoy hablando de derecha, abajo, etc. pero ni que decir tiene que es un convenio para entendernos, nada mas!

Supongamos que tenemos un chip imaginario que solo tiene filas de 7 pixels y columnas de 4. Tendriamos un chip de 7 X 4 pixels. Vamos a suponer también que solo tenemos pixels blancos o negros. La siguiente animación representa como sería la lectura de este chip.

Como se puede suponer leer todos estos pixels y convertirlos a un valor digital dura un tiempo nada despreciable, del orden de varios segundos, lo que da lugar a que ciertas partes del chip esten más tiempo expuestas a la luz, pues mientras algunos pixels ya se han convertido otras siguen en la zona sensible del chip. De ahí que se equipen algunas cámaras con un obturador (shutter) que hace que la exposición a la luz tenga la misma duración para todos los pixels.

Otra solución son los chips del tipo frame-transfer, en los que existe un area de almacenamiento temporal protegida de la luz. Nada mas terminar el tiempo de integración, se transfiere muy rapidamente la imagen a dicha zona, donde permanece a la espera de ser leida. El proceso de lectura de esa zona intermedia es idéntico al descrito anteriormente, pero con una ventaja, los pixels más alejados de la etapa de salida no son afectados por la luz mientras se leen lo precedentes.

La etapa de salida de la que tanto hablo no es más que un "conversor" de carga eléctrica en tensión eléctrica. Gran parte del ruido que poseen nuestras cámaras se genera en esta etapa, debido a variaciones aleatorias de cierta referencia de tensión... pero explicar como funciona esta etapa excede la pretensión de este curso (al menos de momento).

Tanto el desplazamiento horizontal como el vertical son ejecutados cuando se aplican unas determinadas tensiones en las patillas de conexión del chip. No hay mas que aplicar una correcta secuencia de señales eléctricas para que el chip vaya mostrandonos el contenido de sus pixels uno a uno. Esa secuencia es lo que se llama clock timing o simplemente el timing.