Por que não existem sensores CCD resfriados para reduzir o ruído?

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O resfriamento do sensor é uma tecnologia comum para obter menos ruído. Por que não está disponível em D-SLRs de última geração?

(consulte http://www.andor.com/scientific_cameras/ikon-m_cooled_ccd/ para obter um exemplo extremo)

Não estou dizendo que as SLRs D devem ser resfriadas com nitrogênio líquido. Apenas um sistema de refrigeração!

Skippy Fastol
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Foi feito, mas acho que isso demonstrará algumas das desvantagens: youtube.com/watch?v=W4QYPIlMnVQ astro-fotografie.blogspot.com/2009/04/… astro-fotografie.blogspot.com/2010/05/ ...
ESultanik
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Os astrofotógrafos fazem isso agora. Não precisa ser tão grande quanto eles. Eu quero tentar algum dia. A maioria das pessoas que respondeu perdeu o seu ponto. Peltier muito pequeno na parte traseira do sensor faz. O ideal seria colocá-lo em uma câmara de ar seco para evitar embaçamento.
22612 Russell McMahon
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@RussellMcMahon - Dizer que você não pode fazê-lo por razões de energia ainda é válido, mesmo que você dimensione a tecnologia o menor possível. É basicamente impossível isolar perfeitamente alguma coisa. Como tal, você terá que gastar continuamente vários watts de energia para manter um CCD / CMOS de qualquer tamanho decente frio. Há uma razão para os astrofotógrafos usarem baterias gigantes do tamanho de baterias de carros para operar suas câmeras refrigeradas. Você precisa da capacidade.
Fake Name
@FakeName - Os motivos de energia estavam abaixo da minha lista de respostas erradas. O primeiro link tinha uma exposição de meia hora de "taxa de ruído". Isso não é uma melhoria menor e muitas fotos seriam beneficiadas em casos selecionados. Então ...
Russell McMahon
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@RussellMcMahon - A redução de ruído do resfriamento de um sensor é proporcional à duração da exposição, pois o resfriamento de um sensor serve principalmente para reduzir a corrente escura. Como tal, é realmente inútil, a menos que você esteja fazendo longas exposições. Além disso, existem muitos produtos no mercado que não utilizar o refrigerador mais ínfimo que eles podem fugir com, e mesmo assim, eles ainda usam muita energia . Veja minha resposta para mais.
Fake Name

Respostas:

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Custo. Cada aumento de preço resulta em menos vendas.

Tamanho. O resfriamento precisa se encaixar em algum lugar, essas alças já estão cheias de baterias ...

Peso. Há uma razão pela qual o P&S é popular e não carregar um tijolo é um deles =)

Duração da bateria. O resfriamento custa energia, a perda de energia significa menos disparos em cada bateria.

Melhoria menor: apenas tiros empurrando o envelope se beneficiariam.

Condensação: temperatura artificialmente mais baixa + ar úmido = água. Água + eletrônica = tijolo.

Dissipador de calor: todo esse calor tem que ir a algum lugar, neste caso provavelmente a sua mão.

Complexidade: mais uma coisa a dar errado em campo.

Patrick Hughes
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Acabei de ver um no equipamento quebrado no trabalho e era como o WTF. Eu nunca tinha visto uma câmera com refrigeração líquida antes. Um cara velho me disse que pagou 50K $ pela coisa nova, com bomba, nos anos 90. É meio estranho, ele só tem uma linha para refrigerante, com etil glicol. Pensei em agarrá-lo, mas a bomba era grande demais para transportar facilmente.
J0h 01/10
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Tudo se resume ao poder e à falta de demanda do mercado.

Não são especiais câmeras com sensor de refrigeração lá fora. Eles geralmente são usados ​​apenas para astrofotografia.

O cooler usado em quase todas as câmeras de refrigeração é o que é chamado de cooler termoelétrico , comumente chamado coloquialmente de "Peltier" ou "cooler Seebeck".

Geralmente, você precisará de um peltier bastante robusto para manter um sensor de imagem resfriado. Por exemplo, o Orion StarShoot G3 usa 12V a 1A para manter um sensor de imagem de 1/3 "resfriado a -10 ° C. Isso significa 12 watts!

Para calcular o tamanho da bateria necessário, você multiplica os tempos de extração atuais pelo tempo de execução. Como tal, você precisaria de uma bateria de 1 Ah, 12V para operar um sensor de resfriamento por apenas uma hora . Como comparação, a bateria comum Canon LP-E6 (usada em uma Canon 5D2) é de apenas 7,2V a 1,8Ah. Mesmo ignorando a diferença de tensão, são menos de duas horas de duração com a câmera ligada, para um sensor muito menor .


Além disso, é improvável que o resfriamento de um sensor faça muito para reduzir o ruído ISO! O resfriamento de um sensor CCD / CMOS reduz bastante a corrente escura . No entanto, os efeitos da corrente escura são puramente uma função do tempo de exposição, por isso apenas ajuda em exposições longas. O ruído de exposição ISO alto é uma função tão ou mais do ruído de leitura do sensor CCD / CMOS que o ruído de corrente escura do sensor.
O ruído de leitura não é afetado pelo resfriamento do sensor ; portanto, níveis altos de ISO serão barulhentos, mesmo com um sensor resfriado.


Basicamente, não há realmente nenhuma razão para incomodar o resfriamento de um sensor de imagem além da longa exposição. Oferece muito poucos benefícios e requer uma complexidade adicional considerável do sistema e um consumo de energia massivamente aumentado. Um sistema de refrigeração tem que funcionar continuamente pela duração em que se espera tirar fotografias, pois o sistema de refrigeração provavelmente levará muitos minutos (10 a 30) para esfriar o sensor e para que a temperatura se estabilize.

Além disso, os resfriadores termoelétricos são altamente ineficientes e dissipam toda a energia térmica transferida como calor. Como tal, um peltier de 5W dissipará 5W + qualquer energia removida do sensor de imagem. Isso certamente exigirá um resfriamento ativo , pois a eficiência do resfriamento está diretamente relacionada ao quão frio é o lado "quente" do peltier.

Na verdade, é comum que os sensores de imagem com refrigeração de ponta usem refrigeração líquida , e eles podem dissipar muitas dezenas ou centenas de watts de calor.

Nome falso
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FN - Minha discordância contínua e ainda com o que você diz diz respeito a níveis de potência, e não a outros aspectos relacionados à fotografia. Só porque as pessoas fazem coisas realmente ruins no momento, isso não significa que deve ser assim. Os refrigeradores Peltier são ferramentas maravilhosas, mas terrivelmente ineficientes, como você observa. É improvável que você veja alguém produzindo resfriadores de ciclo Stirling para sensores de mercado doméstico de 35 mm, mas eles excederiam amplamente as eficácias da Peltier e são realmente "bastante fáceis" e podem ter um custo bastante baixo se, por exemplo, a Sony decidir usá-los. Arrefecer vezes ...
Russell McMahon
FN ... Quando, por exemplo, um dedo frio Stirling é conectado a um sensor, o tempo de resfriamento, a ordem de temperatura do nitrogênio líquido pode demorar alguns segundos. Alguns projéteis de artilharia guiados têm os cyrocoolers de bico de expansão Joule Thomson usados ​​para resfriar os sensores de infravermelho que guiam os projéteis até seus alvos (!). O ciclo de resfriamento é acionado pelo impacto da queima, o sensor é resfriado às temperaturas do LN à medida que a carcaça sobe e, quando atinge seu arco balístico, o buscador de IR está pronto para o trabalho. O fato de eles fazerem esse esforço para uso relacionado ao movimento em tempo real sugere ganhos substanciais para o uso de RI de curta exposição.
Russell McMahon
@RussellMcMahon que é exclusivo para o (distante) RI. Objetos quentes emitem IR, que inclui o próprio sensor IR. Então, você gostaria que o sensor estivesse o mais frio possível.
derobert
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Provavelmente porque seria volumoso e teria um consumo de energia muito alto.

A maior parte do resfriamento para eletrônicos é aproximar a temperatura ambiente, mas isso não faria muito para um sensor de câmera, pois é usado principalmente por frações de segundo, para que não esquente muito. Você precisaria de um elemento de resfriamento para baixar a temperatura; portanto, seria essencialmente um frigobar ou um mini AC.

Isso precisaria de um elemento do lado de fora da câmera para descartar o calor, o que obviamente seria muito inconveniente. As baterias necessárias para executar tudo isso aumentariam ainda mais o tamanho.

Então, o que você obtém é uma câmera enorme e pesada, com uma superfície quente e um longo tempo de inicialização. Muito impraticável para compensar o ruído reduzido.

Guffa
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As câmeras Hasselblad são enormes. E em condições de pouca luz, você tem todo o tempo que precisa. (estrelas, animais na floresta com a luz da lua)
Skippy Fastol
@ SkippyFastol: Sim, você só aguenta a câmera quando usada para coisas como a fotografia noturna, e as pessoas que comprariam uma câmera extra apenas por isso são muito poucas para reduzir a um preço em que alguém a compraria.
Guffa
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@ Guffa - Existem muitos fabricantes que fabricam câmeras resfriadas. Eles não são destinados apenas aos consumidores . Eles geralmente são direcionados para imagens científicas e astrofotografia. Eles também são muitos milhares de dólares a muitas dezenas de milhares de dólares. Google "ccd de refrigeração" para dar uma olhada. Conto 6 fabricantes diferentes na primeira página de resultados.
Fake Name
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@FakeName: Sim, mas a questão era por que eles não são usados ​​em D-SLRs .
Guffa
@ Guffa - Bom ponto. Acho que generalizei a pergunta para "Por que não existem câmeras com sensores de resfriamento por aí? Você está correto."
Fake Name
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Faço câmeras digitais desde 1994, continuamente. Atualmente, temos uma linha de câmeras de segurança. Até recentemente, não havia um motivo particularmente bom para adicionar um cooler a uma câmera de segurança de alcance moderado. Eles têm US $ 10 sensores neles. Pouca luz não é uma expectativa razoável em resoluções mais altas.

Ultimamente, porém, a tendência em novas câmeras está indo de duas maneiras, devido à perda de pressão da câmera na China. Para superar as câmeras de baixo custo, todo mundo quer 4K suave a 30fps ou luz super baixa a 1080p.

Estou trabalhando com uma luz super baixa, usando um novo sensor de 2/3 de polegada da Fairchild. É um tamanho inédito em uma câmera de segurança.

É incrível. Estou tentado a colocar um cooler nele, porque ele é classificado como melhor em 68F. Nessa temperatura, você pode tirar fotos coloridas em um estacionamento escuro e poder ler claramente placas de carros, sem iluminação por infravermelho.

Mas em temperaturas normais da Califórnia, e dentro do corpo selado da câmera de 4W, o sensor gira em torno de 140F e, portanto, há centenas de pixels quentes quando a exposição exceder 1/60 de segundo.

Um peltier é muito tentador. O problema é que eles são altamente ineficientes. A adição de uma aumentaria a potência da câmera para 10, o que a torna uma câmera de retromontagem ruim. As modernizações precisam usar a energia existente, que normalmente não excede 5W por câmera.

Resultado: reparo de pixel quente por software em vez do necessário, um cooler.

Daniel Lawton
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Não vale a pena construir um dissipador de calor com vedação?
Euri Pinhollow