Cấu thành từ tế bào cảm quang (photo diode), chip cảm biến ảnh đang được sản xuất chủ yếu dựa trên công nghệ vi mạch là CCD (Charge Coupled Device) và CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Chức năng chính của điểm cảm biến ảnh là chuyển đổi định lượng năng lượng ánh sáng chiếu vào tế bào cảm quang thành dòng điện. Tín hiệu dòng điện (có thể được khuếch đại hoặc không) từ hàng triệu điểm ảnh như thế sẽ được truyền đến bộ xử lý ảnh để tổng hợp thành tập tin và lưu lên thiết bị lưu trữ. Trong quá trình này, các nhà sản xuất cũng áp dụng nhiều giải thuật xử lý ảnh riêng để nâng cao chất lượng ảnh cuối cùng. Đối với camera quan sát những điều chúng ta quan tâm nhất trong bài này vẫn chính là bộ cảm biến ảnh vì chất lượng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào tỷ số S/N (S/N hay SNR là viết tắt từ cụm từ Signal to Noise - Tỷ số giữa công suất của tín hiệu với công suất nhiễu, tỷ số này càng lớn thì độ nét của ảnh càng cao) độ nhạy, gam màu ghi nhận của cảm biến ảnh.

Camera quan sát với cảm biến CCD là điểm khởi đầu

Trong thập niên 1960, CCD được đầu tư thiết kế để trở thành bộ nhớ giá rẻ. Năm 1969, Willard Boyle và George Smith, thuộc phòng thí nghiệm Bell, chế tạo thành công bộ nhớ CCD. Sau đó, cảm biến ảnh CCD đầu tiên mật độ 100x100 điểm ảnh được Fairchild Electronics chế tạo thành công vào năm 1974. Chỉ một năm sau, thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong máy quay truyền hình thương mại, kính viễn vọng, hệ thống hình ảnh y khoa và hiện nay là máy ảnh số.

Cảm biến ảnh CCD tích hợp trong camera quan sát với hàng triệu tế bào cảm quang hình vuông. Sau khi định lượng năng lượng ánh sáng chiếu vào tế bào cảm quang và chuyển đổi chúng sang tín hiệu điện, cảm biến CCD đọc dữ liệu từ tế bào cảm quang theo cơ chế tuần tự. Lần lượt giá trị các hàng, các cột sẽ được chuyển đến thanh ghi chuyển hàng (row transfer register) và thanh ghi chuyển cột (column transfer register). Dữ liệu (đã ở dạng số) trên thanh ghi tiếp tục được chuyển đến bộ xử lý hình ảnh.

Tế bào cảm quang chỉ có thể ghi nhận cường độ ánh sáng chiếu vào chứ không phân biệt được màu sắc nên bên trên mỗi tế bào cảm quang, nhà sản xuất đặt thêm một kính lọc màu, tạo nên ma trận 3 màu RGB cơ bản. Dạng ma trận đang được dùng phổ biến được phân bổ theo nguyên tắc khảm (mosaic) với mức phân bố 25% màu đỏ, 50% màu xanh lục và 25% màu xanh dương (tỷ lệ 1:2:1). Do mắt người có khả năng nội suy màu từ các điểm lân cận và cũng do kích thước các điểm ảnh rất nhỏ nên hình ảnh thấy được từ camera  tái hiện cuối cùng vẫn có sự liên tục màu sắc.

Sony Super HAD CCD II:

Super HAD CCD II (Hole-Accumulation Diode - Điốt thu nhận ánh sáng có cấu trúc dạng lỗ tổ ong ) là một nhãn hiệu của tập đoàn Sony. Super HAD CCD II là một phiên bản của CCD HAD mà các Tế bào cảm quang hình bát giác được bố trí theo dạng tổ ong giúp tăng diện tích ghi nhận ánh sáng, tăng độ nhạy, tỷ số S/N và khoảng biến thiên ánh sáng hơn so với cảm biến CCD thông thường. Diện tích cảm quang của Super CCD mật độ 2 megapixel (Mp) lớn gấp 1,6 lần CCD 2Mp thông thường. Tương tự, Super CCD 3Mp 1/2" có diện tích cảm quang rộng hơn CCD 3Mp thông thường khoảng 2,3 lần. 

Kiểu bố trí tổ ong rất phù hợp với đặc trưng cảm nhận của mắt người nên lượng điểm ảnh hiệu dụng cao gấp 1,6 lần lượng điểm ảnh thực của cảm biến. Kiến trúc này cũng giúp bảo toàn chất lượng ảnh khi phóng đại số và quay phim. 
 
Sony Effio

Effio là từ viết tắt của cụm từ "Enhanced Features and Fine Image Processor" nghĩa là bộ xử lý làm tăng các đặc tính và độ mịn của ảnh. Nó là một chip cảm biến do hãng Sony sản xuất, để thu được những bức ảnh với độ phân giải cao, tỷ lệ S/N cao và màu sắc ở mức độ cao để ứng dụng trong ngành thiết bị camera quan sát. Camera trang bị cảm biến Sony Effio cho hình ảnh với độ phân giải > 600TVL