Perché non ci sono sensori CCD raffreddati per ridurre il rumore?

15

Il raffreddamento del sensore è una tecnologia comune per ottenere meno rumore. Perché non è disponibile su reflex digitali di fascia alta?

(vedi http://www.andor.com/scientific_cameras/ikon-m_cooled_ccd/ per un esempio estremo)

Non sto dicendo che le reflex digitali dovrebbero essere raffreddate con azoto liquido. Solo qualche sistema di raffreddamento!

sensor noise-reduction iso-noise

— Skippy Fastol
fonte

1

È stato fatto, ma penso che ciò dimostrerà alcuni degli aspetti negativi: youtube.com/watch?v=W4QYPIlMnVQ astro-fotografie.blogspot.com/2009/04/… astro-fotografie.blogspot.com/2010/05/ ...

— ESultanik,

1

Gli astrofotografi lo fanno ora. Non ha bisogno di essere grande come loro. Voglio provarlo qualche volta. Molte persone che hanno risposto hanno perso il tuo punto. Peltier molto piccolo sul retro del sensore lo farà. Idealmente lo avresti in una camera d'aria asciutta per evitare l'appannamento.

— Russell McMahon,

1

@RussellMcMahon - Dire che non puoi farlo per motivi energetici è ancora valido, anche se riduci la tecnologia il più piccolo possibile. È praticamente impossibile isolare perfettamente qualcosa. Come tale, dovrai spendere continuamente diversi watt di energia per mantenere freddi un CCD / CMOS di qualsiasi dimensione decente. C'è un motivo per cui gli astrofotografi si muovono attorno a batterie giganti di dimensioni simili a quelle di una batteria per auto per far funzionare le loro macchine fotografiche raffreddate. Hai bisogno della capacità.

— Nome falso

@FakeName - I motivi energetici erano in fondo alla mia lista di risposte errate. Il 1 ° link aveva un'esposizione di mezz'ora "a pagamento". Questo non è un miglioramento minore e molti scatti trarrebbero beneficio in casi selezionati. Quindi ...

— Russell McMahon,

1

@RussellMcMahon - La riduzione del rumore derivante dal raffreddamento di un sensore è in gran parte proporzionale alla durata dell'esposizione, poiché il raffreddamento di un sensore serve principalmente a ridurre la corrente scura. Come tale, è davvero inutile a meno che tu non stia facendo lunghe esposizioni. Inoltre, ci sono molti prodotti sul mercato che non utilizzano il dispositivo di raffreddamento più piccolo che possono farla franca con, e anche così, usano ancora un sacco di potenza . Vedi la mia risposta per di più.

— Nome falso

22

Costo. Ogni aumento di prezzo comporta meno vendite.

Taglia. Il raffreddamento deve adattarsi da qualche parte, quelle impugnature sono già piene di batterie ...

Peso. C'è una ragione per cui il P&S è popolare e non trascinarsi dietro un mattone è uno di questi =)

Durata della batteria. Il raffreddamento costa energia, l'energia persa significa meno colpi in ogni pacco batteria.

Miglioramento minore: solo i colpi che spingono l'inviluppo ne trarrebbero beneficio.

Condensa: temperatura artificialmente inferiore + aria umida = acqua. Acqua + elettronica = mattone.

Dissipatore di calore: tutto quel calore deve andare da qualche parte, in questo caso probabilmente la tua mano.

Complessità: un'altra cosa da sbagliare sul campo.

— Patrick Hughes
fonte

Ne ho appena visto uno nel mucchio dell'attrezzatura rotta al lavoro ed è stato come WTF. Non avevo mai visto una macchina fotografica raffreddata a liquido prima d'ora. Un vecchio mi ha detto di aver pagato 50.000 $ per la cosa nuova, con pompa, negli anni '90. È un po 'strano, ha solo una linea per il refrigerante, con glicole etilico. Ho pensato di prenderlo ma la pompa era troppo grande per essere trasportata facilmente.

— j0h

8

Si riduce al potere e alla mancanza di domanda del mercato.

Ci sono speciali telecamere raffreddati-sensore là fuori. Sono generalmente usati solo per l'astrofotografia.

Il dispositivo di raffreddamento che viene utilizzato in quasi tutte le fotocamere raffreddate è quello che viene chiamato un dispositivo di raffreddamento termoelettrico , comunemente colloquialmente chiamato "dispositivo di raffreddamento di Peltier" o "dispositivo di raffreddamento di Seebeck".

Generalmente, avrai bisogno di un peltier abbastanza grosso per mantenere un sensore di immagine raffreddato. Ad esempio, Orion StarShoot G3 assorbe 12V a 1A per mantenere un sensore di immagine da 1/3 "raffreddato a -10 ° C. Sono 12 watt!

Per calcolare la dimensione della batteria necessaria, moltiplica la corrente assorbita per il tempo di esecuzione. Pertanto, è necessario disporre di una batteria da 1 Ah, 12V per far funzionare un sensore raffreddato per solo un'ora . In confronto, la comune batteria Canon LP-E6 (utilizzata in una Canon 5D2) è di soli 7,2 V a 1,8 Ah. Anche ignorando la differenza di tensione, sono meno di due ore di autonomia con la fotocamera accesa, per un sensore molto più piccolo .

Inoltre, è improbabile che il raffreddamento di un sensore faccia molto per ridurre il rumore ISO! Il raffreddamento di un sensore CCD / CMOS riduce notevolmente la corrente di oscurità . Tuttavia, gli effetti della corrente oscura sono puramente una funzione del tempo di esposizione, quindi aiuta davvero solo con esposizioni lunghe. Il rumore di esposizione ISO elevato è tanto quanto più una funzione del sensore CCD / CMOS che legge il rumore quindi il rumore di corrente oscura del sensore.
Il rumore di lettura non è influenzato dal raffreddamento del sensore , quindi livelli ISO elevati saranno rumorosi, anche con un sensore raffreddato.

Fondamentalmente, non c'è davvero alcun motivo per preoccuparsi di raffreddare un sensore di immagine diverso da una lunga esposizione. Offre pochissimi vantaggi e richiede una notevole complessità aggiuntiva del sistema e un assorbimento di potenza notevolmente aumentato. Un sistema raffreddato deve funzionare ininterrottamente per la durata in cui si prevede di scattare fotografie, poiché il sistema di raffreddamento richiederà probabilmente molti minuti (10-30) per raffreddare il sensore e stabilizzare la temperatura.

Inoltre, i dispositivi di raffreddamento termoelettrici sono altamente inefficaci e dissipano tutta l'energia termica trasferita come calore. Pertanto, un peltier da 5 W dissiperà 5 W + qualsiasi energia rimossa dal sensore di immagine. Ciò richiederà quasi sicuramente un raffreddamento attivo , poiché l'efficienza di raffreddamento è direttamente correlata a quanto sia freddo il lato "caldo" del peltier.

In realtà è comune per i sensori di immagine raffreddati di fascia alta utilizzare il raffreddamento a liquido e possono dissipare molte decine o centinaia di watt di calore.

— Nome falso
fonte

FN - Il mio continuo, e ancora, disaccordo con ciò che dici riguarda i livelli di potenza, non altri aspetti relativi alla fotografia. Solo perché al momento le persone fanno davvero delle cose non significa che debba essere così. I dispositivi di raffreddamento Peltier sono strumenti meravigliosi, ma orribilmente inefficienti, come si nota. È improbabile che qualcuno stia producendo dispositivi di raffreddamento a ciclo Stirling per sensori di mercato domestico da 35 mm, ma supererebbero notevolmente l'efficacia di Peltier e in realtà sarebbero "abbastanza facili" e potrebbero essere piuttosto economici se, ad esempio, Sony decidesse di usarli. Tempi di raffreddamento ...

— Russell McMahon,

FN ... Quando ad esempio un dito freddo Stirling è collegato a un tempo di raffreddamento del sensore all'ordine di temperatura dell'azoto liquido può essere di alcuni secondi. Alcuni proiettili d'artiglieria guidati hanno i raffreddatori a ugello ad espansione Joule Thomson usati per raffreddare i sensori IR che guidano i proiettili verso i loro obiettivi (!). Il ciclo di raffreddamento è innescato dall'impatto di innesco, il sensore è raffreddato a temperature LN quando l'involucro si alza e quando raggiunge il suo arco balistico il cercatore IR è pronto per il lavoro. Il fatto di dedicarsi a questo sforzo per un uso in tempo reale correlato al movimento suggerisce sostanziali guadagni per l'uso di IR a breve esposizione.

— Russell McMahon,

@RussellMcMahon che è unico per (lontano) IR. Gli oggetti caldi emettono IR, che include il sensore IR stesso. Quindi, vorresti che il sensore fosse il più freddo possibile.

— derobert,

5

Molto probabilmente perché sarebbe ingombrante e avrebbe un consumo energetico molto elevato.

La maggior parte del raffreddamento per l'elettronica è per avvicinarlo alla temperatura ambiente, ma ciò non farebbe molto per un sensore della fotocamera, poiché viene utilizzato principalmente per le frazioni di secondo, quindi non si riscalda molto. Avresti bisogno di un elemento di raffreddamento per abbassare la temperatura, quindi sarebbe essenzialmente un mini frigorifero o un mini AC.

Ciò avrebbe bisogno di un elemento all'esterno della fotocamera per smaltire il calore, il che ovviamente sarebbe molto scomodo. Le batterie necessarie per eseguire tutto ciò aumenterebbero ulteriormente le dimensioni.

Quindi, quello che ottieni è una fotocamera enorme, pesante, con una superficie calda e un lungo tempo di avvio. Troppo poco pratico per compensare il rumore ridotto.

— Guffa
fonte

Le fotocamere Hasselblad sono enormi. E in condizioni di scarsa luminosità, hai tutto il tempo che ti serve. (stelle, animali nella foresta con la luce della luna)

— Skippy Fastol,

@SkippyFastol: Sì, sopporteresti la fotocamera solo se usata per cose come la fotografia notturna, e le persone che comprerebbero una fotocamera extra solo per quella sono troppo poche per farla scendere ad un prezzo in cui qualcuno lo comprerebbe.

— Guffa,

1

@Guffa - Ci sono molti produttori che producono telecamere raffreddate. Sono semplicemente non destinati ai consumatori . Sono generalmente rivolti all'imaging scientifico e all'astrofotografia. Sono anche molte migliaia di dollari a molte decine di migliaia di dollari. Google "raffreddato ccd" per dare un'occhiata. Conto 6 produttori diversi sulla prima pagina dei risultati.

— Nome falso

1

@FakeName: Sì, ma la domanda era perché non vengono utilizzati nelle reflex digitali .

— Guffa,

@Guffa - Buon punto. Immagino di aver generalizzato la domanda a "Perché non ci sono telecamere a sensore raffreddato per aiuto là fuori. Hai ragione.

— Nome falso

2

Faccio fotocamere digitali dal 1994, continuamente. Al momento disponiamo di una linea di telecamere di sicurezza. Fino a poco tempo fa, non c'era un motivo particolarmente valido per aggiungere un dispositivo di raffreddamento a una telecamera di sicurezza a portata moderata. Hanno sensori da $ 10. La scarsa luminosità non è un'aspettativa ragionevole a risoluzioni più elevate.

Ma ultimamente la tendenza delle nuove fotocamere sta andando in due modi, a causa della perdita di pressione della fotocamera in Cina. Per superare le telecamere a basso costo, tutti vogliono 4K fluidi a 30 fps o luce ultra scarsa a 1080p.

Sto lavorando su una luce super scarsa, utilizzando un nuovo sensore da 2/3 pollici di Fairchild. È una dimensione inaudita in una videocamera di sicurezza.

È fantastico. Sono tentato di metterlo un dispositivo di raffreddamento, perché è valutato meglio a 68F. A quella temperatura, puoi scattare foto a colori in un parcheggio buio ed essere in grado di leggere chiaramente le targhe senza illuminazione IR.

Ma alle normali temperature della California, e all'interno di quel corpo macchina sigillato da 4 W, il sensore funzionerà intorno a 140F, quindi ci sono centinaia di pixel caldi una volta che l'esposizione supera 1/160 di secondo.

Un peltier è molto allettante. Il problema è che sono altamente inefficienti. L'aggiunta di uno aumenterebbe la potenza della videocamera a 10, il che la rende una videocamera di scarsa qualità. I retrofit devono utilizzare l'energia esistente, che in genere non supera i 5 W per telecamera.

Risultato: riparazione hot pixel del software anziché necessario, un dispositivo di raffreddamento.

— Daniel Lawton
fonte

Non vale la pena costruire un dissipatore di calore con tenuta?

— Euri Pinhollow,