Khi bức xạ có năng lượng = hf dọi tới, bán dẫn loại p hấp thụ photon đó, làm xuất hiện một cặp e và lỗ trống. Sau khi bứt ra khỏi liên kết, electron đủ năng lượng vượt qua vùng cấm lên miền dẫn, tại đây chúng có thể di chuyển tự do trong tinh thể dưới tác dụng chuyển động nhiệt và có thể tái nhập với lỗ trống. Để loại khả năng tái nhập, người ta đặt hiệu điện thế hút electron tự do về miền lưu trữở gần điện cực và cô lập chúng tại đây, đồng thời đẩy lổ trống vào tấm bán dẫn và chúng sẽ biến mất trong đó. Nhờ vậy tại miền lưu trữ electron, ta thu được lượng điện tích tự do có độ lớn tỷ lệ với thông lượng bức xạ dọi tới.
Nhờ kỹ thuật vi mạch, người ta tạo được một mãng gồm (n.m) đơn vị thu gom các electron để có thể đưa vào bộ chuyển đổi A/D tạo ra các mức logic cao thấp tương ứng với các photon dọi tới. Nhờ dữ liệu này, máy tính sẽ hiển thị lên ảnh các đối tượng quang trắc, cứ một nhóm điện tích lưu trữ trong một ô sẽ tạo nên một ảnh điểm tương ứng trên màn hình máy tính. Vì CCD có (n.m) ô nên trên màn hình ta sẽ thấy (n.m) chi tiết của đối tượng cần quang trắc.
Quá trình nêu trên được thực hiện tương tự như ví dụ sau: Để biết phân bố lượng mức mưa rơi xuống cách đồng, ta đặt các xô hứng nước tại các vị trí khác nhau. Sau cơn mưa, những xô chứa nước mưa rơi xuống được mang về trạm đo lường thông qua một băng chuyền nào đó. Căn cứ vào lượng nước thu được ở từng xô, trạm đo lường sẽ “số hóa” và căn cứ vào số liệu đó để biểu diễn trên giấy vẽ bức tranh toàn cảnh về sự phân bố lượng nước mưa trên cánh đồng như (hình 2.3).
Hình ảnh đối tượng cần quang trắc, được tạo bởi CCD gắn với CPU gồm 4 khâu chính sau đây:
Tạo ra electron nhờ photon dọi tới các ô tế bào quang điện của CCD.
Tập trung điện tích trong từ ô đến lúc nhận được lệnh để chuyển tới bộ chuyển đổi A/D. Vì sự lưu trữ điện tích trong mỗi ô tế bào quang điện là có giới hạn, nên nếu đối tượng gửi đến quá nhiều photon, sẽ gây ra hiện tượng điện tích trào ra ngoài ô lưu trữ và có thể chảy vào ô bên cạnh làm ảnh hưởng chất lượng ảnh thu được tạo ra sau này.
Dẫn truyền, khuyết đại và chuyển đổi A/D. Các hạt quang electron trong từng ô sẽ được truyền tới bộ chuyển đổi A/D theo phương thức giống như quét hình trong vô tuyến truyền hình, nghĩa là quét từ trái sang phải, từ trên xuống dưới.
Ví dụ: Trong tấm tế bào quang điện lớn của CCD gồm (n.m) ô xếp thành n hàng ngang và m cột. Phía trên cùng là thanh ghi đặt tại y = 0.
Hàng y = 1 được đọc đầu tiên: Khi đó tín hiệu ở các ô 1j chuyển lên ô 0j tương ứng (với j = 1, 2, 3 ...) rồi lần lượt được đưa vào lối ra theo thứ tự từ phải qua trái. Tiếp
Lối ra y = 1
y = n
x = 1 x = m
đó hàng hai chuyển lên hàng một,... hàng n lên hàng (n – 1) để điện tích hàng 1 lại được chuyển lên thanh ghi rồi đi ra. Tiếp tục thứ tự này cho đến khi điện tích hàng thứ n được lấy ra.
Hiển thị tín hiệu: CCD được kết nối với máy tính qua một cáp truyền dẫn. Chức năng của cáp này là truyền các lệnh từ phần mềm đã cài đặt trong máy tính để thiết lập và điều khiển các lệnh hoạt động của CCD ở vùng nhiệt độ và thời gian đóng mở cửa bức xạ dọi vào CCD về CPU để máy hiện thị kết quả lên màn hình.