CCD

Dettagli Tecnici

I CCD cinematografici professionali raggiungono risoluzioni da 1920×1080 a 4096×2160 pixel con dimensioni del sensore tra 2/3 di pollice (8,8×6,6 mm) e Super35 (24,89×18,66 mm). L'efficienza quantica è tipicamente del 40-60%, il rapporto segnale-rumore di 60-65 dB. I CCD funzionano con registri a scorrimento verticali e orizzontali: dopo l'esposizione, le cariche vengono trasferite riga per riga al registro verticale, poi colonna per colonna al registro di lettura orizzontale e infine all'amplificatore di uscita. I CCD Full-Frame espongono l'intera superficie del sensore, mentre i CCD Interline distinguono tra fotodiodi e canali di trasferimento schermati. I CCD Frame-Transfer utilizzano due aree identiche per l'esposizione e la memorizzazione temporanea.

Storia & Sviluppo

Willard Boyle e George Smith svilupparono il principio del CCD nel 1969 ai Bell Labs, per il quale ricevettero il Premio Nobel nel 2009. Sony lanciò la prima videocamera CCD (HVC-2200) nel 1975. Panavision introdusse nel 1988 la prima cinepresa digitale 35mm a CCD, la Genesis. Negli anni '90, i sistemi a 3 CCD di Sony, Panasonic e JVC dominarono la produzione video professionale. A partire dal 2000, i CCD con la Sony F900 (2,2 megapixel) raggiunsero la qualità cinematografica. L'apice fu raggiunto tra il 2005 e il 2010 con telecamere come la RED One (sensore Mysterium 4K).

Uso Pratico nel Cinema

George Lucas girò "Star Wars Episodio II" completamente in digitale nel 2002 con telecamere Sony HDW-F900 e CCD da 2,2 megapixel. Danny Boyle utilizzò nel 2008 per "Slumdog Millionaire" telecamere Canon XL-H1 con CCD da 1/3 di pollice per le sequenze nelle baraccopoli. I CCD forniscono una progressione lineare della luminosità senza effetti di rolling shutter grazie al Global Shutter e producono un caratteristico clipping morbido nelle sovraesposizioni. Tuttavia, la lettura sequenziale limita le frequenze di fotogrammi a un massimo di 60p a piena risoluzione. L'elevato consumo energetico (15-25 Watt) e lo sviluppo di calore richiedono un raffreddamento attivo per riprese più lunghe.

Confronto & Alternative

I sensori CMOS hanno ampiamente sostituito i CCD a partire dal 2010, poiché consentono la lettura parallela dei pixel, un minor consumo energetico (5-10 Watt) e frequenze di fotogrammi più elevate. Tuttavia, i CCD superano i CMOS in termini di gamma dinamica e comportamento del rumore nelle ombre. Mentre i CCD raggiungono tipicamente 11-12 stop, i moderni sensori CMOS raggiungono 14-15 stop. Le telecamere a tubo (tubi catodici) sono state sostituite dai CCD, mentre le pellicole negative offrono ancora una risoluzione superiore rispetto ai sensori digitali. Oggi, i CCD trovano impiego principalmente nelle telecamere scientifiche e nell'astronomia.