RESUMEN MONOGRÁFICO SOBRE TUBOS DE CÁMARA Y CCDs *

Si redujésemos el problema de la transmisión de imágenes entre dos puntos a un problema sencillo, sin tener en cuenta el canal, deberíamos buscar una forma de captar al máximo los detalles de la imagen origen, para después intentar reproducirla lo más fielmente en el destino. La manera más práctica de hacer esto es, en un principio, situando el origen y el destino a corta distancia, y usando como cámara el patrón con el que el usuario final va a medir la calidad: el ojo humano. La "tecnología" del ojo , dentro de su fisiología, nos permite, de una manera subjetiva el captar los elementos que nos rodean, principalmente para garantizar la supervivencia. En la naturaleza el color desempeña funciones muy importantes. Los colores permiten a muchos animales y plantas sobrevivir, bien adaptándose a su entorno, como mecanismo de defensa visual, o como reclamo hacia el otro sexo. Aquellos animales menos desarrollados carecen de un órgano visual propiamente dicho, supliéndose esta carencia con el desarrollo de otro tipo de sentidos. Otros animales perciben otra escala de colores y de forma diferente pero son capaces de ver a distancias mayores. Esta comparativa es el origen de este trabajo. El ser humano le ha dado durante muchos años al entorno visual más importancia que al resto de los sentidos, por ello ha querido disfrutar de las imágenes de lugares lejanos. Después de conseguir transmitir imágenes fijas, mediante el uso de la fotografía y el correo postal, las telecomunicaciones mediante el telégrafo y las comunicaciones sin hilos, el hombre ha querido llegar más lejos, buscando modos mecánicos de captar la imagen y reproducirla en otro lugar, en otro momento más lejano: el cinematógrafo, en sus inicios compuesto por una sucesión de imágenes fijas que se mostraban a cierta velocidad, mostrando el movimiento mediante pequeños cambios. Algunas cosas en esencia son las mismas en la actualidad. Se dice que la televisión es uno de los grandes inventos del siglo XX, ya que es un medio de transmisión de "cultura", aunque a veces cabe cuestionarse los contenidos ofrecidos al ver cierto tipo de programación. Pero en definitiva, la sociedad actual no sería tal sin la capacidad de conocer, de manera rápida, los sucesos acontecidos en cualquier parte del mundo. Sucedan donde sucedan, probablemente habrá una cámara de televisión cerca, que nos permitirá disfrutar o conocer, los más bellos sucesos, o los más trágicos desastres, dándonos la información necesaria para conocer sus efectos.

En este trabajo intentaremos cubrir, en la medida de lo posible, un resumen histórico y detallar el funcionamiento de aquellos dispositivos que nos han permitido y permiten disfrutar de unas imágenes de calidad. El desarrollo de este trabajo nos ha permitido descubrir parte de sus numerosas aplicaciones.

Aunque no lo podamos considerar un tubo de cámara propiamente, sí vamos a dedicarle unas líneas al primer dispositivo que nos permitió analizar una escena y transformarla en señales eléctricas válidas para su transmisión: el disco de Nipkow (Paul Nipkow 1884).

Este dispositivo estaba compuesto por un disco circular en el que se encontraban dispuestos una serie de pequeños agujeros en espiral situados frente a una fotocélula. La disposición en espiral de los elementos, 18, efectuaba al girar un barrido de la imagen, produciéndose una imagen mediante un entramado de 18 líneas horizontales paralelas.

El problema de este dispositivo era su reducida capacidad, condicionada a elementos mecánicos tales como los ejes verticales y horizontales, así como por el diámetro del disco, que determinaba el área que era capaz de reproducir. A pesar de intentar ser mejorado, las limitaciones mecánicas condujeron a que este dispositivo no tuviera futuro: El sistema óptico era ineficiente, no existía una fuente de luz con la capacidad de ser modulada por las señales eléctricas de las "altas" frecuencias necesarias para la reproducción de la señal de video.

Durante los años veinte, el desarrollo de la televisión sufrió un avance importante con el desarrollo de sistemas que superaban las deficiencias mecánicas del disco de Nipkow. La paternidad de la televisión electrónica, tal y como la conocemos hoy en día, es muy discutida, los japoneses se la atribuyen a Kenjito Takayanagi, de Tokio, que en 1926 realizó la primera transmisión usando un tubo de rayos catódicos. Los rusos la piden para sí, porque fue un inmigrante ruso en Estados Unidos, Vladimir Zworykin, que desarrolló el Iconoscopio, en 1923, el primer tubo de cámara práctico, compitiendo con Philo Farnsworth que desarrolló, según se cuenta, la televisión electrónica cuando tenía sólo quince años.

El hecho es que el iconoscopio fue el primer tubo de cámara que hacía uso de un barrido electrónico para la codificación de la imagen. El principio básico era la emisión de un haz electrónico, que junto con la presencia de materiales fotosensibles excitados por la luz procedente de las lentes de entrada, generaban una variación eléctrica que generaba la señal de la imagen a transmitir. La explicación teórica sería larga y tediosa, pero de una manera básica se puede observar en la figura de la izquierda: La imagen era captada por unas lentes y recibidas por el material fotosensible, que reaccionaba produciendo una desviación del haz electrónico producido por el tubo, generando la señal eléctrica que intentaba reproducir la imagen para su transmisión.

La composición física del iconoscopio era sencilla: una capa delgada de óxido de aluminio sobre una capa de aluminio, recubierto por una capa fotosensible de potasio. Estos eran los elementos básicos de la televisión electrónica. El principal problema de este tubo de cámara era la presencia de los denominados campos secundarios, es decir, debido a que el haz electrónico no era del todo homogéneo, se generaban señales con dos componentes solapadas, por una parte la imagen producida por el haz principal, y por otra producida por el haz secundario, que generaba una imagen de menor tamaño, sin apenas definición, que se superponía a la imagen principal.

La solución de este problema surgió seis años más tarde, con la aparición del iconoscopio mejorado, incluyendo dentro del tubo del iconoscopio, bien un supresor del haz secundario, o mediante la mejora del enfoque usando tres placas paralelas con una pequeña apertura que actuaban como filtro, eliminando el haz secundario.

El Disector de Imagen: El sueño de un joven de 15 años.

Philo Farnsworth, nació en Rigby, en Idaho, y según se cuenta, a los 15 años ya tenía en mente la idea de la televisión electrónica, pero este hecho no está del todo confirmado. El hecho que sí esta confirmado es que a los 19 años se puso en contacto con un experto en finanzas, George Everson, de Salt Lake City para conseguir el capital necesario para desarrollar su proyecto. Como la idea era novedosa y nadie tenía aún las patentes, a muchos inversores les atrajo la idea e invirtieron capital en el prometedor joven Philo.

Farnsworth estableció su primer laboratorio en Los Ángeles y Después en San Francisco, dando en 1927, cuando aún no tenía los 21 años, la primera demostración publica de su sistema. En 1928 (según otras fuentes 1934) demostró el funcionamiento del disector de imagen, en el que la imagen era generada por un haz de electrones, al igual que el iconoscopio, que eran modulados mediante unos campos horizontales y verticales. La imagen óptica era enfocada hacia una capa transparente formada por material fotoeléctrico, en la parte interior. En el diagrama esta es la parte de la izquierda. Los electrones se emiten desde esta superficie bajo la influencia de la luz incidente. Estos electrones son acelerados en el interior del tubo, mediante un campo magnético uniforme creado por un solenoide. La apertura filtra el paso de los electrones, llegando a una zona multiplicadora(ver detalle en la imagen ampliada, la flecha indica el punto de entrada de los electrónes). La salida de la señal alimenta un amplificador, al igual que el resto de tubos.

El tamaño de la apertura determina el tamaño de la imagen.

Ya desde los primeros sistemas de captación de imágenes, sólo una pequeña fracción del tiempo se utilizaba para producir la señal de la imagen, con una eficiencia baja. Si se pudiera almacenar la totalidad de los electrones emitidos, la ganancia en eficiencia sería muy alta. Para poder aprovecharlos ¿porqué no almacenarlos?, y el elemento para almacenar energía es un condensador. La energía liberada por los fotorreceptores (electrones), son recogidos en una batería. El flujo de esta corriente atraviesa una resistencia y cambia la carga de un condensador, que es descargado una vez por campo, generando un flujo de descarga proporcional a al flujo de luz en la fotocélula en ese periodo. Esto permite que la imagen recibida sea promediada en tiempo, y aumentando la ganancia del tubo. El iconoscopio también usaba este método. El haz electrónico resultante se proyecta sobre una esfera, restringiendo el diámetro para no perder el enfoque. El funcionamiento es muy similar a los de los tubos anteriores, pero hace uso de un mosaico de elementos de plata, formando una "gran cantidad de diminutas islas" de metal fotosensible, separadas y aisladas de los elementos colindantes. Estos elementos a su vez forman un condensador con la base de la señal. El problema subyacente está en la fabricación, ya que es difícil mantener el aislamiento a la vez de conseguir un buen foto sensor, ya que el cesio tiene tendencia a formar una capa conductiva sobre el aislante presente. La generación de la señal es más complicada, pero tiene como base la comentada al principio de este apartado, para más detalles, ver Proceedings of the I.R.E. June 1950, pags 598 – 602 (ver Bibliografía)

En 1934, un nuevo tipo de tubo fue desarrollado, el super- emitron, por Lubszynski y Rodda, usado por la BBC por primera vez en 1937. Este nuevo tubo tenía una extensión tubular que separaba el problema principal del emitron, ya que las funciones de emisión fotoeléctrica y las del mosaico aislante estaba claramente separadas, mejorando el rendimiento. Otra de sus ventajas era la posibilidad de mejorar el flujo de la imagen haciéndolo mayor. Tenía una mayor vida, y era más eficiente.

El tercer tipo de Emitron, fue el CPS Emitron, (Decada de los 40) desarrollado para eliminar los efectos de los electrones secundarios, sencillamente, usando mucha menos energía de modo tal que los electrones perderían la capacidad de emitir esos flujos secundarios. A este tipo de tubo, también llamado Orthicon, ya que el mosaico debe ser escaneado de forma ortogonal, le dedicaremos el siguiente apartado.

Aunque alguna literatura los una, no es el mismo tubo, sino dos tipos distintos desarrollados de forma paralela y de características similares. El CPS Emitron fue desarrollado en Londres. El significado de CPS (Cathode-Potential Stabilized) es la estabilización del Potencial del Cátodo, es decir, que la energía emitida se controla, tal y como comentamos anteriormente.

El Orthicon se considera una revolución dentro del mundo de los tubos de cámara, ya que eliminaba casi todos los inconvenientes del Iconoscopio mediante el uso del escaneado de "baja velocidad". El funcionamiento es similar al del CPS Emitron, forzando a la imagen a ser perpendicular a los fotorreceptores.

Un modelo más avanzado de Orthicon fue el Orthicon de imagen, incorporando nuevas tecnologías, que mejoraban las prestaciones ante visibilidad reducida o luz variante.

La imagen se enfoca en un fotocátodo transparente delante de la pantalla del tubo. El diámetro del fotocátodo es de 3-pulgadas mientras que el diámetro del Orthicon era de 1.6-pulgadas (41mm). Este hecho permitió el uso de lentes convencionales ya desarrolladas.

Es un tubo de cámara sencillo, y con una definición alta, lo que hizo que fuese de uso común hasta la aparición del Vidicon en 1950, siendo desplazado por este.

Bajo esta terminología se incluyen a la totalidad de tubos de cámara desde 1950. Existen algunos tubos propietarios, dependiendo de las marcas que los han desarrollado y que aparecen en los apartados siguientes. La diferencia principal es el material fotoconductivo usado. En el Vidicon estandar el material usado es Trisulfito de Antimonio (Sb₂S₃) , que es la material más antiguo. La configuración de las capas depende del fabricante, pero lo más habitual es encontrarse con dos o tres capas. La ventaja de este tipo de dispositivos es su alta resolución, y la posibilidad de variar los voltajes aplicado, variando sus características. Su gamma (Desviación de color) es de 0.6, lo que lo hace idóneo para fines médicos. Sus mayores desventajas son la presencia de intensidad en ausencia de señal ("offset"), y su baja sensibilidad.

Plumbicon o Ledicon

En este caso el material utilizado es el Óxido Plúmbico (PbO). En un inicio estaba ideado para cámaras de televisión. A pesar de tener una gamma de 1, su sensibilidad y uniformidad en la señal, lo hacen idóneo para su uso médico, limitado por el posible ruido.

De características similares al anterior, pero formado por Selenio, Arsénico y Teluro (SeAsTe), con una mayor definición que el Plumbicon, pero peores características en otros aspectos.

Pasecon o Chalnicon

Formado por Cadmio – Selenio (CdSe)

También similar al Plumbicom, con un "lag" del 13% - 20%, en el tercer campo, pero mala respuesta al movimiento de la imagen, con tendencia a generar zonas negras cuando una imagen se mueve.

El uso actual de estos dispositivos, tiende hacia la videovigilancia y hacia la medicina. Esto se debe principalmente a su capacidad de reproducción fiel de la imagen, con una resolución elevada, y con un alto contraste. Gracias a esto las imágenes que obtenemos son nítidas, y en la mayor parte de los casos, ya integran una salida de fibra óptica, para que dicha señal se reproduzca en el destino de la forma más fiel posible. Para ver los usos actuales de estos tipos de dispositivo, se puede visitar las páginas de algunos fabricantes, tales como Philips.

Un CCD (Coupled Charge Device) es un dispositivo formado por miles (cuando no millones) de pequeñas unidades capaces de acumular en forma de carga eléctrica el resultado de transformar en electrones los fotones de la luz.

Por supuesto no todos los fotones que les llegan son transformados en electrones. La relación entre fotones recibidos y carga acumulada se define como eficiencia cuántica.

Esta eficiencia es diferente según la longitud de onda en que viaje el fotón, siendo mayor en las longitudes próximas al infrarrojo (700 nm) y menor en el resto. Esto hace que estos dispositivos, llamados photodos, sean más sensibles en el infrarojo que en el azul. Muchos CCD's llevan un filtro de infrarojos.

Los photodos tienen una limitación en la capacidad máxima de carga, que va en función del tamaño de estos pequeños dispositivos. Así, para un tamaño de aproximadamente 12um cuadrados la capacidad de carga esta limitada a unos 350.000 electrón - voltios.

A medida que el photodo alcanza el máximo de su capacidad de carga, rebosa parte a los adyacentes, produciéndose un efecto llamado 'blooming'. Para reducir este efecto, algunos CCD's están dotados de un dispositivo anti-blooming, que detectan el llenado de un photodo y lo desactivan. Normalmente la detección se realiza a un 80% de la capacidad de carga del photodo, y el efecto blooming no se limita más allá del 30%. Esto es, perdemos un 20% de sensibilidad a cambio de que no más del 70% de la carga de un determinado photodo 'pase' a los adyacentes. Como no parece una operación demasiado 'rentable', normalmente se desactiva el dispositivo anti-blooming. Esta capacidad de carga aumenta considerablemente al enfriar el dispositivo. Es por ello que en nuestra cámara debemos disponer de algún dispositivo que permita enfriar el CCD, y pensar además que el resto de dispositivos deberán poder trabajar a temperaturas 'bajo cero'. Estas bajas temperaturas (el estándar de trabajo industrial exige poder trabajar entre -40ºC y +70ºC) nos traerán otro importante problema: la formación de escarcha.

Otra particularidad de los CCD's es la distribución de los photodos. Normalmente los photodos están organizados en hileras (filas). El procedimiento de lectura consiste en ir traspasando la carga de cada photodo de un misma fila a la siguiente y de esta a la siguiente y a sí hasta que la carga llega a una hilera de photodos especiales, desde dónde cada photodo traspasará su carga a un photodo especial que la 'volcará' a un circuito de preamplificación llamado CCS o CIS, para un tratamiento (transformación de analógico a digital) de la carga que contiene. La frecuencia a las que las hileras van traspasando su carga a la hilera de descarga está marcada por el refresco horizontal (normalmente de unos pocos KHz), y la frecuencia a la que los photodos traspasan su carga al que definitivamente la vuelca 'fuera' se establece por el refresco vertical (en ocasiones se llega a los MHz). Esto es lo que sería una descarga progresiva de todos los photodos.

Existe la posibilidad de realizar una descarga no progresiva de los photodos. En una primera pasada se descargan las hileras pares y en la siguiente las impares. Es la denominada interpolación de imágenes.

Otra forma de producir las descargas es acumular la carga de varios photodos en uno sólo. Es lo que se denomina binning. Esta técnica aumenta drásticamente la sensibilidad, pero no necesariamente aumenta la precisión de la muestra. Binning es el proceso de combinación de carga desde pixels adyacentes en un CCD durante la captura de imagen. Este proceso es previo a la digitalización en la circuitería del CCD por los registros especializados de control consecutivos y paralelos. Las dos ventajas principales del binning son las de mejorar la relación señal a ruido (SNR) y la capacidad para aumentar la frecuencia de cuadro, a cambio de una resolución espacial reducida.

La corriente obscura proviene de la energía térmica dentro de la trama de silicio que conforma el CCD. Los electrones se crean durante el tiempo que son independientes de la luz que cae sobre el detector. Estos electrones son capturados por los pozos de potencial de los CCD's , contados y señalizados. Este aumento en la señal lleva a una fluctuación estadística de corriente conocida como ruido obscuro. Los CCDs pueden enfriarse con enfriadores termoeléctricos (TECS) o nitrógeno líquido para reducir este efecto. Idealmente, el ruido de corriente obscura debería reducirse al punto donde su contribución es insignificante en un tiempo típico de exposición.

• Ganancia del Sistema: El número de fotoelectrones por Unidad Analógico - Digital (e -/ADU).
• Pixel Sencillo a Plena Capacidad: El número de fotoelectrones por pixel individual que se pueden contener antes de la saturación.
• Nodo de Rendimiento: Un sumando justo antes de la salida analógica del CCD suficientemente grande como para acomodar la combinación de carga durante el binning.
• Nodo de Rendimiento a Plena Capacidad: El número de fotoelectrones que el nodo de rendimiento puede contener antes de la saturación.

La ganancia de sistema se define como el entero del rango 0 a 4095 del conversor analógico - digital (ADC) que cae dentro de el primer cuarto del pixel sencillo a plena capacidad. En este modo es el más apropiado para aplicaciones de poca intensidad luminosa.

Para el caso de la TV convencional según la norma PAL (625 líneas), el refresco se efectua a 25 frames (un frame sería el conjunto de todas las filas del CCD) entrelazados por segundo (50 no entrelazados cada 2 segundos), esto es 15625 líneas entrelazadas por segundo. Si como cada hilera suele contener del orden de 800 photodos, el refresco vertical es del orden de 12,5 Mhz. (esto es así porque históricamente, las imágenes se generaban en tubos de rayos catódicos que impactaban sobre una superficie fluorescente de gran persistencia, por lo que era necesario que cada 'punto' excitado sobre la pantalla re-excitase a sus contiguos, y porque 12,5 Mhz. para un aparato de los '60 era todo un logro).

Ni todos los modelos son iguales ni todos los dispositivos son perfectos. La fábrica de CCD no fabrica un sólo nivel de calidad, sino que algunas unidades salen con más defectos que otras. A un CCD 'perfecto', en el que todos los photodos funcionan y tienen un nivel de correlación lineal menor al 5% (la diferencia medida en la carga de dos photodos que teóricamente reciben la misma luz es menor del 5%) se le denomina GRADO 0, es el más difícil y costoso de conseguir. Para un uso habitual, con un GRADO 2 o 3 es suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Esto hará que las tomas tengan una zona más oscura o clara y/o que una determinada columna siempre salga blanca o negra. La diferencia de precio ente un GRADO 0 y un GRADO 3 puede ser hasta 6 veces superior.

Esa diminuta carga una vez que ha salido del CCD y hasta que llega al sistema electrónico digital para su tratamiento se somete a un proceso de pre-amplificación llamado CIS o CCS. Esto es así porque hasta la llegada de los modernos conversores Analógico/Digitales especializados para CCD, los preexistentes no eran capaces de realizar la conversión en el escaso rango de carga que proporciona el CCD. Esta etapa de preamplificación, y las anteriores de transmisión de carga, introducen un cierto error en la lectura de la carga adquirida por el CCD. Curiosamente, este error disminuye realizando lecturas más rápidas de la salida del CCD. La proporción entre el error máximo de lectura y la carga efectiva del photodo nos da la resolución real del pixel que estamos intentando formar. Un error típico esta en el orden de 85 electrón - voltios, lo que da a una CCD como la KAF-400 una resolución efectiva de 4100 niveles diferentes (± 1%). Para transformar el nivel de carga en un dato digital necesitaremos entonces un dispositivo muy especializado (el conversor A/D). El rango que debemos pedir que cubra es del orden de 12bits (4096 valores). Analog Devices

es una empresa dedicada desde hace tiempo a la fabricación de este tipo de dispositivos. Laudine usa el AD976 (de 14$ a 26$ para 1000 unidades), que es un conversor de 16 bits con un paso de banda de hasta 200.000 muestras por segundo. Los últimos son el AD9814 (unos 10$ para 1000 unidades) y el AD9822 (3.5$ para 1000 unidades), capaces de una resolución de 14bits y que incluyen un CIS (preamplificador). Tienen un ancho de banda pasante (velocidad bruta de muestreos) de 6 a 12 Millones de muestras por segundo (están pensados para HDTV), pero tienen también una función para el tratamiento monolineal: esto es para tratar la información de un sólo CCD, las cámaras digitales de TV tienen tres, dispuestos en la salida de un juego de prismas y filtros que descomponen la luz en los colores Rojo Verde y Azul RGB, o en Intensidad B&N, Morado y Cyan YUV, dependiendo del sistema usado).

Esto da pie a comentar como son los CCD's de las cámaras de Videoconferencia y de fotografía digital. Normalmente son en color, pero no usan más que un CCD. El color se consigue con un filtro tal que para cada photodo está marcado un determinado color. El modelo más extendido es el filtro Bayer, en el que para una fila los photodos reciben luz filtrada siguiendo el patrón YUYUYUYU y el la fila siguiente lo hacen siguiendo el patrón VYVYVYVY. De esta manera, y luego interpolando los valores de los photodos adyacentes, consiguen algo muy similar a la imagen origen, pero perdiendo en el filtrado del orden del 60% de la sensibilidad. Para aplicaciones de Astronomía, es preferible un CCD que no tenga este filtro, y en todo caso simularlo con una rueda de filtros de calidad (el Bayer es bastante peor que el juego que se puede conseguir por 5.000 pts en Meade o en otras marcas), tomando luego varias tomas (y jugando con los tiempos de exposición a tu antojo) y realizando luego una composición y tratamiento en el PC (con el software adecuado). De esta manera no sólo no se tiene por que perder en definición, sino que el ratio sensibilidad / tiempo_de_exposición se hará de acuerdo al filtro que en cada toma se utilice, y no se está sujeto a poner tiempos de exposición que saturen en el rojo para conseguir un poco de azul.

El dispositivo que genera los pulsos de reloj que permiten el barrido de las filas y de las columnas, debe permitir la transferencia de la información digital conseguida en la salida del conversor A/D y la unión con un dispositivo que genere los voltajes de alimentación de todos estos componentes (El CCD necesita +3V, +5V, +15V y -15V) .

El dispositivo generador de pulsos debe generar sincronizadamente pulsos para la transferencia horizontal y vertical, el análisis A/D (que también necesita ser sincronizado), y las transferencia al PC o al sistema electrónico digital de tratamiento de imagen.

La solución Audine, Cookbook y QuickCam es la de hacer que sea el propio ordenador el que genere estos pulsos, transfiriéndolos a través de puerto paralelo. Aunque tiene sus inconvenientes: el puerto paralelo es demasiado lento (apenas 9KHz), segundo porque queda demasiado expuesto (aunque se pueda optoaislar, será a costa de un mayor coste y de una cierta menor velocidad), y tercero porque hay otros métodos no tan problemáticos de transferir la información de la cámara al PC y de generar los pulsos. Como pueden ser los dispositivos que toda una generación de cámaras de videoconferencia han desarrollado: permiten la generación de pulsos a ratios programables, la transferencia hacia el PC usando el puerto USB (hoy por hoy lo más rápido y accesible) y son fáciles de encontrar a un precio razonable. Hay varios modelos disponibles con diferentes características. Aunque la mayoría están pensados para trabajar con CCD's de 640x480 pixels, a un ratio de 15 frames por segundo, prácticamente todos son programables y permiten aplicaciones del tipo still image (fotografía). En muchas de estas cámaras encontraremos además una memoria FIFO de 16 Mbits., que se usa para transferir la información desde el A/D para comprimirla antes de llevarla al PC

En el campo de la Astronomía si las tomas van a ser siempre a cielo profundo, no importará que se tarde un segundo en leer completo el CCD, pero si el objeto es la Luna o Jupiter o el mismo Sol, un segundo de toma de datos puede ser demasiado tiempo, y mientras se esta leyendo la fila en que se espera leer la información, la luz este incidiendo en la superior, distorsionando la imagen y produciendo una sombra de lectura. No es que este error sea difícil de corregir, sino es que a veces es imposible. Por eso se debe pensar que la cámara CCD debe estar dotada de algún dispositivo de obturación o shutter. La obturación puede ser automática o manual. La manual es simplemente poner la tapa al telescopio mientras se lee el CCD. La automática puede consistir en un dispositivo mecánico o electrónico, como en las cámaras convencionales de obturación electrónica o mecánica. El dispositivo electrónico puede estar integrado en el propio CCD (CCD's de transferencia de frame o Frame Transfer) o estar formado por una memoria muy rápida a la que se lleva la información de los photodos antes de hacerla llegar al sistema electrónico de tratamiento de imagen. Los primeros (el frame transfer) es simplemente que una parte del CCD ha sido intencionalmente tapada para que sirva de almacén intermedio entre el photodo y la salida. Un sólo ciclo especial de transferencia de Frame hace que la carga de todos los photodos 'activos' (expuestos a la luz) pase a sus correspondientes 'pasivos' (tapados). De esta manera se previene que adquieran carga mientras están siendo leídos, convertidos en digital y finalmente transferidos al PC. La otra forma de producir este efecto es realizar una lectura tan rápida de los photodos, que la incidencia de la luz sea insignificante, por lo que siempre tendremos que recurrir a correcciones, sobre todo trabajando en el campo de la fotometría. Para ello será necesario leer todo el CCD en menos de 1/100 de segundo. Esto es, si el CCD tiene 400.000 pixels, cada pixel hay que leerlo en 1/40.000.000 o sea a 40Mhz. Pocos CCD's tienen tal velocidad de lectura. Los únicos capaces de alcanzar esta velocidad son los de Phillips y la consiguen en parte porque tienen hasta cuatro puertas de salida que trabajan simultáneamente. Esos CCD no tienen 400K pixels, sino 6,1M pixels. Pero además son de trasferencia de Frame, por lo que en realidad no lo necesitan.

La otra solución de obturación automática es que junto con la lectura, se dispare un dispositivo que obture físicamente el paso de la luz. El problema es que los dispositivos comerciales para obturación electromecánica (el DACO) están pensados para fotografía química, en que la velocidad de obturación no es tan significativa y sólo alcanzan velocidades de hasta 1/30 de segundo. En definitiva, si el CCD no es del tipo de Frame Transfer, en una cámara CCD con dispositivo electrónico de obturación, la lectura tendrá errores, sobre todo en tomas a objetos brillantes.

FUENTE DE ALIMENTACIÓN.

• Alimentación de la electrónica.
• Alimentación del módulo Peltier.
• Alimentación de la bomba de agua.

CAJA DE INTERFAZ.

• Acondicionador de señal.
• Convertidor A/D.
• Multiplexor.
• Reguladores de tensión.

PREAMPLIFICADOR.

CABEZAL DE LA CÁMARA.

• Compartimiento estanco.(Aluminio).
• Módulo Peltier.
• Dedo frío.
• Chip CCD.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN AUXILIAR.

SOFTWARE.

Considerando las características de la cámara CCD hasta ahora expuestas, se puede concluir que su uso proporciona una serie de ventajas sumamente interesantes que detallamos a continuación:

Posibilidad de realizar observaciones incluso con un nivel elevado de polución lumínica, por ejemplo una noche de luna llena o incluso desde la ciudad.

Como consecuencia del punto anterior, se podrían realizar observaciones desde la misma ciudad evitando desplazamientos con el consiguiente ahorro en gasolina, hospedaje y organización. Esto también se traduce en horarios más flexibles para los interesados que puedan incorporarse a la observación.

Muchas más personas podrían disfrutar de la Astronomía puesto que no es lo mismo esperar turno para mirar a través del objetivo de un telescopio que disponer de una pantalla de ordenador en la que varios observadores pueden contemplar simultáneamente el objeto enfocado con un grado de detalles muy superior al que ofrece el objetivo de dicho telescopio.

Una cámara CCD permitiría una visión mucho más "seria" de la astronomía ya que en la observación tradicional el astrónomo amateur veía limitadas sus posibilidades de investigación por el equipo que en ningún caso podía estar a la altura de los grandes telescopios usados por profesionales. La cámara CCD nos permite introducirnos en los siguientes campos:

Búsqueda y seguimiento de asteroides, estrellas dobles, etc.(actividades desarrolladas en el observatorio de Yebes).

Seguimiento de eclipses, ocultaciones, estrellas variables, etc.

Realización de películas digitales de planetas rotando, del cometa Hyakutake, de eclipses de luna, etc.

La construcción de la cámara nos permitirá adquirir nuevos conocimientos, no sólo relacionados con la astronomía, sino también ligados a los distintos campos de la electrónica, el control de comunicaciones y la informática involucrados en la construcción.

Roper Scientific - Beyond Imaging

http://www.prinst.com/library_encyclopedia.shtml

Tubos de Cámara

http://www.aade.com/tubepedia/1collection/tubepedia.htm

http://www.plumbicon.com

http://www.pharis-video.com/p2293.htm

http://www.miipgt.com

http://www.ee.ed.ac.uk/~gjrp/EE3/Comms/Lecture13/

Cámaras CCD

http://www.telescopios.atfreeweb.com/ccd.htm

http://www.proton-usa.com/oem/ccd.htm

http://atlante.ieeesb.etsit.upm.es/gata/CCD/CCDvent.html

Observaciones astronómicas utilizando cámaras CCD

http://www.astrogea.org/var2/Fotom~1.htm

Otros

http://www.usfa.nl/electrooptics/milspec.html

http://www.ctio.noao.edu/cfccd/cfccd.html

http://www.mediahistory.com/teevee.html

http://www.fht-esslingen.de/telehistory

Resumen cronológico de los principales hitos televisivos

http://mediadragon.com/tv/tv1.htm

http://www.technicalpress.com/History_tv.htm

http://www.civilization.ca/cmc/tv/tv02eng.html

Inventores de la televisión

http://www.discovery.com/stories/deadinventors/dead980709/deadinventors.html

http://www.rcc.ryerson.ca/schools/rta/brd038/clasmat/class1/tvhist.htm

http://www.philotfarnsworth.com/

Inventos del siglo XX

http://wcic.cioe.com/~wallyrog/innovinf.htm

http://www.cinemedia.com.au/SFCV-RMIT-Annex/rnaughton/ENC_TV.html

http://www.cinemedia.com.au/SFCV-RMIT-Annex/rnaughton/NIPKOW_DISK.html

http://www.inventorsmuseum.com

http://www.mztv.com

http://www.sciencemuseum.org.uk/on-line/Electron/section5/emitron.html

Grob, Bernard, Basic Television and video Systems

Procedings of I.R.E. (Varias Fechas. Ver bibliografía básica asignatura televisión)

ESCUELA TECNICA

SUPERIOR DE INGENIEROS

INDUSTRIALES Y TELECOMUNICACIÓN