לכמות הפיקסלים בתמונה יש חשיבות רבה בקביעת איכות התמונה והרזולוציה (צפיפות) שלה. מספר הפיקסלים במצלמות הקיימות כיום נמדד במגה-פיקסלים (מיליוני פיקסלים). לדוגמה, מצלמה של ארבעה מגה-פיקסל תיצור תמונה שיש בה ארבעה מיליוני נקודות. בכמות כזאת נוכל להבחין בנקודות הבודדות רק אם נגדיל את התמונה במידה רבה מאוד. יש לכך חשיבות רק אם רוצים להדפיס תמונות או לערוך ולהגדיל אותן.

 

לכמות הפיקסלים יש חשיבות שונה כשאנו מציגים תמונה במחשב, שם אנו רואים היטב כבר ברזולוציה של 72 פיקסלים לאינץ'. כאשר מדפיסים, לעומת זאת, נדרשים לפחות 300 פיקסלים לאינץ'  (אינץ'=2.54 ס"מ) כדי לקבל תמונה חדה.

 

נחזור לחיישן

 

המשטח של חיישן ה-CCD מורכב מחתיכה דקה של חומר הנקרא סיליקון, מכוסה ברשת של קבלים (חוטים דקים) מוליכים למחצה, הנקראים פוטו - דיודות קבליות, המחלקים את החיישן ליחידות זעירות, או פיקסלים. 

 

חלקיק אור (פוטון) שפוגע בשטחו של פיקסל משחרר אלקטרון מתוך החומר. אפקט זה נקרא האפקט הפוטואלקטרי. האור מעניק את האנרגיה שלו לאלקטרונים שבחומר, ומאפשר להם 'לברוח' מהאטומים שמחזיקים בהם בדרך כלל: אלקטרונים חופשיים אלה נלכדים מיד בתאי הזיכרון של ה-CCD, ומצטברים בתוכם.

 

ככל שיותר חלקיקי אור פוגעים בפיקסל, כך משתחררים יותר אלקטרונים. למעשה, הפיקסלים מתפקדים כדליים שאוספים אור וממירים אותו לאלקטרונים. עוצמת המטען החשמלי מומרת לערך מספרי שמייצג את עוצמת האור שנקלטה בכל אחת מהדיודות בחיישן.

 

כתוצאה מהתהליך, אוסף החיישן מטען חשמלי, כלומר כמות מסויימת של אלקטרונים שעומד ביחס ישר לעוצמת האור המכה בו.  ככל שיותר אור פוגע בחיישן אנו מקבלים מטען חשמלי גדול יותר.

 

לאחר שיש לנו אוסף של אלקטרונים שנפלטו מהדיודות, עדין יש צורך לאסוף באופן יעיל ומהיר את המידע הדיגיטלי של כל אלפי הפיקסלים ולשמור אותם בזכרון המצלמה. הפיזיקאים וילארד ס' בויל וג'ורג' א' סמית זכו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2009 על הצלחתם בפתרון הבעיה הזאת – הפרס ניתן באיחור של 40 שנה על תגלית מדעית שנעשתה כבר בשנת 1969.

 

בתום חשיפה, כשצמצם המצלמה נסגר, הפיקסלים "מרוקנים" את תוכנם לתוך מעבד ממוחשב הנמצא במצלמה. המידע על כמות האור (כמות הפוטונים שפגעו בחיישן) מועבר בשלב הבא לעיבוד שסופר כמה אלקטרונים נאגרו בכל פיקסל, ומכאן – כמה אור הגיע לאותו פיקסל. מספר האלקטרונים קובע איזה גוון של אפור המחשבון ייתן לאותו פיקסל: יותר אור = גוון בהיר יותר; פחות אור = גוון כהה יותר.

 

המעבד הממוחשב ממיר את המתח החשמלי לאות ספרתי (0/1) כל מספר בעל אורך שונה ובעל ערך שונה.

 

כל מספר דיגיטלי מתייחס לרכיב תמונה (פיקצר אלמנט) המוכר לנו בשם פיקסל,  על החיישן. המספר מייצג את מיקומו של הפיקסל בתמונה ואת צבעו של הפיקסל.

 

ככל שהמספר הדיגיטלי מורכב מיותר ספרות, זה אומר שהגודל של התמונה וכושר ההפרדה של התמונה (הרזולוציה) גבוהים יותר. 

 

חיישן הסי.סי.די. אינו רגיש לגוונים, אלה רק לנוכחות או העדרות האור.  לכן התוצר של חיישן הסי-סי-די הוא למעשה רק תמונה בשחור-לבן.

 

ישנן מספר שיטות לקליטת התמונה הצבעונית על ידי החיישן

 

סוגי CCD 

ישנם מספר סוגי חיישני CCD נפוצים– FIT ,IT ,FT הנבדלים בעיקר במבנה מערכי הקבלים. 

שלושת הסוגים השונים פותחו בעיקר לפתרון בעיות שנובעות מצילום ללא תריס מכאני. לכן לכל אחד יש יתרונות וחסרונות- מה שבעצם הוביל לפיתוח של מספר סוגים. כלומר מדובר בשיטות שיוצרות אפקטיבית תריס אלקטרוני. 

נתחיל מהבעיה- חיישנים שעובדים בשיטת Full Frame (לא לבלבל עם חיישני FF שנקראים כך בגלל הגודל הפיזי שלהם).

כאשר שלב איסוף האור נגמר, המערכת קוראת שורה אחת מהחיישן, וכל שאר השורות יורדות שורה, נקראת עוד שורה וכן הלאה.

הבעיה היא שזה לוקח זמן, ובזמן הקריאה הזאת- הרי החיישן עדיין חשוף לאור. אז מטענים בדרכם מטה לקריאה מספיקים לאסוף עוד אור תוך כדי תנועה מטה וזה גורם לתמונה להימרח, ממש כאילו מזיזים את המצלמה בזמן הצילום.
אנחנו לא רוצים לפתור את הבעיה הזאת על ידי ביצוע קריאה מהירה יותר. זה יפתור את הבעיה אבל ידרוש יותר מתח, ייצור יותר חום (וחום זה רע!) ובגדול ידרוש יותר מהמערכת וזה לא יעיל.

 

הפתרונות הם ליצור תריס אלקטרוני.

חיישני Frame Transfer פותרים את הבעיה באופן בזבזני. - יש חיישן אחד גדול שעליו חצי מהשטח מכוסה במסיכה. כלומר חצי מהחיישן לא קולט שום אור. כאשר החשיפה נגמרת- המידע מהחצי הקולט מועבר מהר מאוד לשטח המכוסה ומשם הוא נקרא.

זה בזבזני כי זה דורש חיישן בגודל כפול משטח התמונה. תחשוב שאם חיישני Full frame במצלמות DSLR היו בטכנולוגיה כזאת כמה הם היו עולים, הם הרי היו צריכים בעצם להיות שני חיישנים במצלמה אחת, כשאחד החיישנים לא עושה שום דבר חוץ מלהגן על התמונה שחיישן אחר קלט. בזבוז אדיר.

חיישנים מסוג Interline Transfer עושים כמעט את אותו דבר, באופן זול הרבה יותר יותר אבל על חשבון יעילות בקליטת האור. - על כל עמודת פיקסלים שאוספת אור, יש עמודה נוספת צמודה, שמכוסה באלומיניום ולא אוספת אור. כאשר זמן החשיפה נגמר המידע מועבר לעמודה המכוסה ושם הוא מוגן מאיסוף אור נוסף. כעת אפשר לקרוא את המידע מהפיקסלים המכוסים בזמן שהפיקסלים הקולטים לא משפיעים על התמונה יותר, ואוספים תמונה חדשה (שימושי לוידאו). בגלל שמרחק ההעברה קצר ביותר ניתן להגיע לזמני חשיפה זעירים.

 

כמובן הבעיה היא שעכשיו חצי משטח החיישן שעליו מוטלת התמונה (בFT החצי השני לא מוטלת עליו התמונה) לא קולט שום אור. את הבעיה הזאת פותרים חלקית על ידי תוספת של מיקרו עדשות, שמעבירות אור מהשטחים המכוסים אל השטחים הקולטים. זה יחסית יעיל- מ50%, חוזרים עם מיקרו עדשות ל90%.

חיישני FIT מנסים לשלב בין שתי השיטות הקודמות. בגלל זה הם נקראים Frame Interline Transfer
בחיישנים כאלה יש שני חלקים. העליון הוא זה שעליו מוקרנת התמונה והוא בנוי בשיטת IT. 
בתום זמן החשיפה, המידע עובר מהר אל העמודות המכוסות כמו ב IT.
משם המידע עובר מהר אל החלק השני שמתפקד כמו ב FT. 
בחיישן כזה ניתן להשיג את הביצועים הכי גבוהים מבחינת זמנים (קריאה מהירה זה לא טוב ממש, כאן המידע נשמר בשני איזורים מוגנים מאוראז ניתן לקרוא אותו באופן "רגוע" יותר בלי בעיה) והגנה על המידע מאיסוף אור בלתי רצוי, אבל הוא כמובן יקר יותר משני הסוגים האחרים.

 

 

יש מצלמות בעלות חיישן בודד לעומת מצלמות בעלות 3 חיישנים 

 

 

ההבדל בין החיישנים בא לידי ביטוי ברזולוציה - יכולת ההפרדה לפרטים של כל מצלמה.

 

ככל שמספר הפיקסלים בחיישן גדול יותר רזולוציות התמונה הסופית, כלומר ההפרדה בין הפרטים, בין הגוונים ובין רמות התאורה עולה. 

 

 

 

 

חיישן בודד - 1 CCD

על מנת להפריד את מרכיבי התמונה הצבעוניים, מולבש על החיישן פילטר מיוחד המורכב מרשת של "חלונות" קטנים בצבעים שונים. הפילטר מפצל את התמונה לשלושת צבעי היסוד של הצילום – אדום, ירוק וכחול כך שכל תא בחיישן קולט רק את חלק התמונה מהצבע שמיועד לו.