CCD نظیر چشم انسان ولی بصورت الکترونیکی کار می‌کند. هر CCD از میلیون‌ها سلول بنام فوتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک جریان الکتریکی متناسب با میزان نوری که با آن برخورد کرده است تبدیل می‌کنند. وقتی اجزای نور که فوتون نامیده می‌شود وارد بدنه سیلیکون فوتودیود می‌شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترون‌هایی که با بار منفی شارژ شده‌اند ایجاد می‌‌گردد. هر چه نور بیشتری وارد فوتودیود شود، الکترون‌های بیشتری آزاد می‌شود. هر فوتودیود دارای یک اتصال الکتریکی می‌باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می‌شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترون‌های آزاد شده می‌شود و همانند یک خازن برای آن عمل می‌کند. بنابراین هر فوتودیود دارای یک شارژ ویژه خود می‌باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشن‌تری را ایجاد می‌کند.

مرحله بعدی در این فرآیند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می‌شود، اطلاعات درون آنها حذف می‌شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می‌شود، مثل اینست که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال‌ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و بعداز آن به مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) می‌روند.

فوتودیودهای روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می‌دهند، نه به رنگ. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز، سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده‌شده‌است شناسایی می‌شود. برای اینکه CCD از چشم انسان تقلید کند، نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است. این بخاطر اینست که چشم انسان به رنگ‌های زرد و سبز حساس‌تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می‌کند، رنگ واقعی (True Color) با استفاده از متوسط‌گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان‌یابی رنگ مشهور است، ایجاد می‌شود.

جدیدا شرکت فوجی فیلم، در طراحی CCD دست به ابداع جالبی زده است. این شرکت بجای استفاده از آرایش مربعی برای فوتودیودها، از فوتودیودهای کاملا متفاوت هشت ضلعی بزرگتری که در ردیفهایی با زاویه 45 درجه مرتب شده‌اند استفاده‌کرده است. با این کار مشکل نویزهای سیگنال که برای فشردگی فوتودیودها بر روی CCD محدودیت ایجاد می‌کرد حل شده است. لذا رنگ‌هایی واقعی‌تر و محدوده دینامیکی وسیع‌تر و حساسیت به نور بالاتری به‌دست می‌آید که نتیجه آن عکس‌های دیجیتالی شارپ‌تر و با رنگ‌های جذاب‌تر می‌باشد.

تعداد حسگرهای تشکیل دهنده هرCCD، رزولوشن تصویر ثبت شده توسط دوربین را تعیین می‌کند که این مقدار معمولا بر مبنای مگا پیکسل تعریف می‌شود. در واقع عدد چند میلیونی که برای تصویر شما تعریف می‌شود، حاصل ضرب تعداد نقاط طول در عرض CCD است. یک CCD خوب می‌تواند تصویر شما را در حداقل میزان نور محیط ثبت کند و کیفیت و رزولوشن را به خوبی حفظ کند.

مهمترین ویژگی یک دوربین دیجیتال، مشخصات سنسور آن است که اثر مستقیم بر روی کیفیت تصاویر آن دارد. مهمترین پارامتر سنسور , وضوح یا تعداد نقاط تشکیل دهنده تصویر است که در معرفی سنسور ذکر می‌شود. مثلا 6 مگاپیکسل. معمولا در معرفی وضوح از دو عبارت : Effective pixels (پیکسل‌های موثر) و Total pixels (تعداد کل پیکسل‌ها) استفاده می‌شود که تعداد پیکسل‌های موثر، کمتر از تعداد کل پیکسل‌های آن بوده و آنچه اهمیت دارد تعداد پیکسل‌های موثر است.

این حسگر‌ها مشابه حسگرهای CCD تراشه‌های پیشرفته‌ای هستند که علاوه بر حساسیت به نور، قابلیت پردازش تصاویر را نیز دارند. این حسگر‌ها در گذشته تنها در دوربین‌های خانگی و وب کم‌ها کاربرد داشتند، اما در حال حاضر نسل پیشرفته‌تر آن‌ها در دوربین‌های دیجیتال وجود دارد. دوربین‌های دارای این حسگر از قیمت کمتر، حجم کوچکتر و وزن سبکتری برخورداند. علاوه براینکه نیاز به انرژی الکتریکی کمتری دارند، مشکل نورگیری بیش از حد سنسور‌های دیگر را در خود ندارند.

در حالت کلی ویژگی‌های سنسورهای CCD و CMOS را می‌توان به‌صورت زیر مقایسه کرد :

• حساسیت CCD به نور بشتر از CMOS است. بنابراین عکس‌ها در شب (Night) و داخل خانه (Indoor) در دوربین‌های CCD بهتر از CMOS است.
• CCD نویزپذیری بسیار کمی دارد اما CMOS به نویز تصویر (اختلال تصویر) بسیار حساس است، که باعث شده یک پردازنده کامپیوتری مخصوص، جهت کاهش یا حذف نویز در دوربین‌های CMOS تعبیه شود بنابراین زمان پردازش هر تصویر, طولانی‌تر از دوربین CCD خواهد بود.
• CMOS در مقایسه باCCD مصرف انرژی کمتری دارد که این یک ویژگی مهم برای کاربران دوربین‌های دیجیتال است. این دوربین‌ها در حدود \(\frac{1}{3}\) تا \(\frac{1}{10}\) دوربین‌های معادل CCD انرژی مصرف می‌کنند.
• تجهیزات الکترونیکی جانبی که برای یک دوربین لازم است می‌تواند به‌صورت مجتمع روی خود تراشه CMOS قرار داده شود. اما در مورد CCD به این صورت نیست و اضافه کردن تجهیزات برای کنترل نوردهی و تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال به صورت جداگانه صورت می‌گیرد. این عامل باعث می‌شود تا دوربین‌‎های مبتنی بر CMOS ارزان‌تر, کوچک‌تر و سبک‌تر ساخته شوند.
• به علت تفاوت در ساختار الکترونیکی دوربین‌های CMOS، مشکل نورگیری بیش از حد تصویر (Over exposure) کمتر به‌وجود می‌آید.

نحوه عکس‌برداری در دوربین‌ها را نوع شاتر بکاررفته شده در سیستم تعیین می‌کند. در حالت کلی دو شاتر چرخشی و گلوبال برای دوربین‌های دیجیتال تعریف می‌شود.

شاتر چرخشی یک اصطلاح فنی است که به روش اسکن عکس‌ها توسط حسگر تصویربرداری اشاره می‌شود. در این روش تمامی قسمت‌های تصویر در یک لحظه ثبت نمی‌شود بلکه تصویر به‌صورت متوالی از یک طرف حسگر به سمت دیگر، خط به خط اسکن می‌شود و در نهایت ترکیب اسکن عمودی یا افقی از صحنه مورد نظر ثبت می‌گردد. تصویر برداری با شاتر چرخشی به دو روش مکانیکی یا الکترونیکی انجام می‌شود.

در حسگر‌هایی که کل فضای تصویر را به‌طور همزمان اسکن می‌کند، شاتر بکار رفته از نوع گلوبال می‌باشد. عموما حسگر‌های CCD از گلوبال شاتر و حسگرهای CCD ا زشاتر چرخشی استفاده می‌کنند.

عملکرد شاتر‌ چرخشی عملا در صحنه‌هایی با حرکت زیاد، حرکت دوربین، صحنه‌هایی که در آن اجسامی به‌سرعت در حال حرکتند و در بدترین حالت، لرزش دست عکاس دیده می‌شود. زمانی‌که اجسامِ در حال حرکت از مقابل دوربین باشند اضلاع مستقیم آن‌ها در عکس به شکل خطوط کج نمایان می‌شوند. مثلا، یک اتوبوس مستطیل‌شکل در تصویر شبیه به یک متوازی‌الاضلاع تصویر می‌شود. توصیف اجسام در حال چرخش در قاب دوربین کمی دشوار‌تر است و الگو‌های خمیده و نامرتب عجیبی مشاهده می‌شود. لذا هرچه سرعت حرکت اجسام در دوربین بیشتر باشد تصاویر اغراق‌آمیزتر و مصنوعی‌تر خواهند شد.

تمام شاتر‌های چرخشی به‌طور یکسان ساخته نمی‌شوند. هر چه حسگر بزرگ‌تر و رزولوشن بالاتری داشته باشد، پتانسیل بیشتری برای شاتر‌های چرخشی ایجاد می‌کند؛ چراکه هر چه ابعاد حسگر بزرگ‌تر باشد، مدت‌زمان طولانی‌تری صرف بازخوانی آن سنسور خواهد شد. برخی از فیلم‌سازان عقیده دارند که دوربین‌هایی با شاتر‌ چرخشی سریع‌تر قابلیت تصویر‌برداری زیباتری نسبت به دوربین‌هایی با شاتر گلوبال دارند.

برای مقایسه دو حسگر مشابه، یکی با گلوبال شاتر و دیگری با شاتر چرخشی می‌توان بیان کرد که حسگر با شاتر چرخشی نویز کمتر و محدوده‌ی وسیع‌تری را پوشش خواهد داد و گرمای کمتری در تصاویر تولید می‌کند. اگرچه حسگر گلوبال شاتر می‌تواند برای رسیدن به این مزیت‌ها بازطراحی شود؛ اما هزینه‌‌های توسعه و ساخت آن با این ویژگی‌ها بسیار بالاتر خواهد بود. یکی دیگر از مزیت‌های این روش آنست که حسگر در طول فرآیند داده برداری می‌تواند به جمع آوری فوتون‌ها بپردازد لذا حساسیت به‌طور موثری افزایش می‌یابد. به‌طور خلاصه، حسگر‌های شاتر چرخشی قابلیت‌های عملکردی بیشتر و بهتری را با قیمت پایین ارائه می‌دهد.

دی اس پی (DSP) مخفف پردازش سیگنال‌های دیجیتال است. بطورخلاصه پردازش سیگنال‌های دیجیتال علم استفاده از کامپیوتر برای درک داده‌هاست.

اگر اصولی‌تر بخواهید، یک تصویر را می‌توان توسط تابع دوبعدی \(f(x,y)\) نشان داد، که در آن \(x\) و \(y\) را مختصات مکانی و مقدار f در هر نقطه را شدت روشنایی تصویر درآن نقطه می‌نامند. اصطلاح سطح خاکستری نیز به شدت روشنایی تصاویر مونوکروم اطلاق می‌شود. تصاویر رنگی از تعدادی تصویر دوبعدی تشکیل می‌شود.

زمانی‌که مقادیر \(x\) و \(y\) و مقدار \(f(x,y)\) با مقادیر گسسته و محدود بیان شوند، تصویر را یک تصویر دیجیتالی می‌نامند. دیجیتال کردن مقادیر \(x\) و \(y\)را Sampling و دیجیتال کردن مقدار \(f(x,y)\) را Quantization گویند.

برای نمایش یک تصویر، به عنوان مثال تصویری که سایز آن 288 * 265 است از یک ماتریس که دارای 288 سطر و 265 ستون است استفاده می‌کند. هر پیکسل از این تصویر نیز مقداری بین 0 و 255 دارد. نقاط روشن مقادیری نزدیک به 255 و نقاط تیره مقادیر نزدیک به 0 دارد. همه توابع پردازش تصویر از این مقادیر استفاده کرده و اعمال لازم را بر روی تصویر انجام می‌دهند.

در صنعت تصویربرداری، در ابتدا از تصاویر آنالوگ استفاده می‌شد و برای تحلیلی آن‌ها همین تصاویر آنالوگ مورد بررسی قرار می‌گرفت. همانطور که می‌دانیم کار در حوزه‌ی آنالوگ خصیصه‌هایی از قبیل فاز و فرکانس و .... را دربر دارد که باعث می‌شود جزئیات پردازش با مشکل مواجه شود. مضاف بر اینکه درصورت نیاز به جمع یا کم کردن دو تصویر از هم نیز مشکلات زیادی وجود داشت. لذا پیشروی از حوزه‌ی پیوسته به حوزه‌ی گسسته (Spatial Domain) و پردازش در آن حوزه روی کار آمد. بنابراین ایده‌ی دیجیتالی شدن تصاویر به‌وجود آمد.

استارت این موضوع با DSP زده شد. در واقع تعریفی که ازDSP؛ Discrete Signal Processing وجود دارد یک مرحله قبل تر از Digital Signal Processing است. که تفاوت آن‌ها بین Discrete و Digital می‌باشد. اگر تصویر آنالوگ را حاصل اتصال مجموعه‌ای از سیگنال‌ها با فرکانس‌های مختلف بدانیم؛ تصویر دیجیتال قالب‌های 8 بیتی است که ارائه کننده‌ی تصویر می‌باشد. بر حسب فضای رنگی به آن‌ها شاخص‌های رنگی داده می‌شود و از این طریق می‌شود تصویر دیجیتالی را به‌سادگی ساخت و بر روی آن پردازش دیجتالی انجام داد.

نرخ تصویربرداری (فریم‌ بر ثانیه یا fps)، به فرکانس (نرخ) نمایش دادن نگاره‌ها یا فریم‌ها روی یک صفحه نمایش گفته می‌شود. این عبارت در مورد فیلم، گرافیک رایانه‌ای و سامانه‌های ضبط حرکت به کار می‌رود. نرخ فریم ممکن است به صورت بسامد فریم نیز به کار رود و با واحد هرتز نشان داده شود.