¿Por qué no hay sensores CCD enfriados para reducir el ruido?

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El enfriamiento del sensor es una tecnología común para obtener menos ruido. ¿Por qué no está disponible en las réflex digitales de gama alta?

(ver http://www.andor.com/scientific_cameras/ikon-m_cooled_ccd/ para un ejemplo extremo)

No digo que las D-SLR se enfríen con nitrógeno líquido. ¡Solo un sistema de enfriamiento!

sensor noise-reduction iso-noise

— Skippy Fastol
fuente

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Se ha hecho, pero creo que esto demostrará algunas de las desventajas: youtube.com/watch?v=W4QYPIlMnVQ astro-fotografie.blogspot.com/2009/04/… astro-fotografie.blogspot.com/2010/05/ …

— ESultanik

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Los astrofotógrafos lo hacen ahora. No necesita ser tan grande como lo hacen. Quiero probarlo alguna vez. La mayoría de las personas que respondieron han perdido su punto. Peltier muy pequeño en la parte trasera del sensor. Lo ideal sería tenerlo en una cámara de aire seco para evitar el empañamiento.

— Russell McMahon

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@RussellMcMahon: decir que no puede hacerlo por razones energéticas sigue siendo válido, incluso si escala la tecnología lo más pequeña posible. Es básicamente imposible aislar algo perfectamente. Como tal, tendrá que gastar continuamente varios vatios de potencia para mantener fresco un CCD / CMOS de cualquier tamaño decente. Hay una razón por la que los astrofotógrafos se cargan alrededor de baterías gigantes del tamaño de una batería de automóvil para hacer funcionar sus cámaras refrigeradas. Necesitas la capacidad.

— Nombre falso

@FakeName: los motivos energéticos estaban muy por debajo de mi lista de respuestas erróneas. El primer enlace tuvo una exposición de media hora de "tarifa de ruido". Esa no es una mejora menor y muchas vacunas se beneficiarían en casos seleccionados. Entonces ...

— Russell McMahon

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@RussellMcMahon: la reducción de ruido del enfriamiento de un sensor es en gran medida proporcional a la duración de la exposición, ya que el enfriamiento de un sensor sirve principalmente para reducir la corriente oscura. Como tal, es realmente inútil a menos que esté haciendo exposiciones prolongadas. Por otra parte, hay muchos productos en el mercado que no utilice el refrigerador más pequeño que pueden salirse con, e incluso así, todavía utilizar una gran cantidad de energía . Vea mi respuesta para más.

— Nombre falso

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Costo. Cada aumento de precio resulta en menos ventas.

Talla. La refrigeración tiene que caber en algún lugar, esas empuñaduras ya están llenas de baterías ...

Peso. Hay una razón por la cual los P&S son populares y no cargar con un ladrillo es uno de ellos =)

Duración de la batería. La refrigeración cuesta energía, la energía perdida significa menos disparos en cada batería.

Mejora menor: solo los disparos que empujan el sobre incluso se beneficiarían.

Condensación: temperatura artificialmente más baja + aire húmedo = agua. Agua + electrónica = ladrillo.

Disipador de calor: todo ese calor tiene que ir a algún lado, en este caso probablemente a tu mano.

Complejidad: una cosa más para salir mal en el campo.

— Patrick Hughes
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Acabo de ver uno en la pila de equipos rotos en el trabajo, y era como WTF. Nunca antes había visto una cámara enfriada por líquido. Un viejo me dijo que pagaron como 50 mil dólares por lo nuevo, con bomba, en la década de 1990. Es un poco raro, solo tiene una línea de refrigerante, con etilglicol. Pensé en agarrarlo, pero la bomba era demasiado grande para transportarla fácilmente.

— j0h

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Se reduce al poder y la falta de demanda del mercado.

No son la especialidad cámaras con sensores refrigerados por ahí. Por lo general, solo se usan para astrofotografía.

El refrigerador que se usa en casi todas las cámaras enfriadas es lo que se llama un refrigerador termoeléctrico , comúnmente conocido coloquialmente como un "refrigerador Peltier" o "Seebeck".

En general, necesitará un peltier bastante grueso para mantener refrigerado un sensor de imagen. Por ejemplo, el Orion StarShoot G3 consume 12V a 1A para mantener un sensor de imagen de 1/3 "enfriado a -10 ° C. ¡Eso es 12 vatios!

Para calcular el tamaño de batería necesario, multiplique los tiempos de consumo actuales por el tiempo de ejecución. Como tal, necesitaría una batería de 1 Ah y 12V para hacer funcionar un sensor enfriado durante solo una hora . En comparación, la batería común Canon LP-E6 (como se usa en una Canon 5D2) es de solo 7.2V a 1.8Ah. Incluso ignorando la diferencia de voltaje, son menos de dos horas de tiempo de funcionamiento con la cámara encendida, para un sensor mucho más pequeño .

Además, ¡ es poco probable que enfriar un sensor haga mucho para reducir el ruido ISO! Enfriar un sensor CCD / CMOS reduce en gran medida la corriente oscura . Sin embargo, los efectos de la corriente oscura son puramente una función del tiempo de exposición, por lo que realmente solo ayuda con exposiciones prolongadas. El ruido de exposición de ISO alto es una función tanto o más del ruido de lectura del sensor CCD / CMOS que del ruido de corriente oscura del sensor.
El ruido de lectura no se ve afectado al enfriar el sensor , por lo que los niveles altos de ISO serán ruidosos, incluso con un sensor enfriado.

Básicamente, no hay realmente ninguna razón para molestarse en enfriar un sensor de imagen que no sea la exposición prolongada. Ofrece muy pocos beneficios y requiere una considerable complejidad adicional del sistema y un consumo de energía enormemente aumentado. Un sistema enfriado tiene que funcionar continuamente durante el tiempo en que se espera tomar fotografías, ya que el sistema de enfriamiento probablemente tomará muchos minutos (10-30) para enfriar el sensor y estabilizar la temperatura.

Además, los enfriadores termoeléctricos son altamente ineficaces y disipan toda la energía térmica transferida como calor. Como tal, un peltier de 5W disipará 5W + cualquier energía eliminada del sensor de imagen. Esto casi con certeza requerirá un enfriamiento activo , ya que la eficiencia del enfriamiento está directamente relacionada con cuán frío es el lado "caliente" del peltier.

En realidad, es común que los sensores de imagen refrigerados de alta gama utilicen refrigeración líquida , y pueden disipar muchas decenas o cientos de vatios de calor.

— Nombre falso
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FN: Mi desacuerdo continuo, y aún así, con lo que usted dice se relaciona con los niveles de potencia, no con otros aspectos relacionados con la fotografía. El hecho de que la gente haga las cosas realmente mal en la actualidad no significa que deba ser así. Los enfriadores Peltier son herramientas maravillosas, pero horrendamente ineficientes, como se observa. Es poco probable que vea a alguien que produzca enfriadores de ciclo Stirling para sensores de mercado interno de 35 mm, pero superarían ampliamente las eficiencias de Peltier y en realidad son "bastante fáciles" y podrían tener un costo bastante bajo si, por ejemplo, Sony decidiera usarlos. Tiempos de enfriamiento ...

— Russell McMahon

FN ... Cuando, por ejemplo, un dedo frío Stirling está conectado a un sensor, el tiempo de enfriamiento al orden de temperaturas del nitrógeno líquido puede ser de unos segundos. Algunos proyectiles de artillería guiados tienen boquillas de expansión Joule Thomson que utilizan los refrigeradores cíclicos para enfriar los sensores IR que guían los proyectiles hacia sus objetivos (!). El ciclo de enfriamiento se desencadena por el impacto de disparo, el sensor se enfría a temperaturas LN a medida que la carcasa se eleva y cuando alcanza su arco balístico, el buscador IR está listo para trabajar. Que se esfuercen por el uso relacionado con el movimiento en tiempo real sugiere ganancias sustanciales para el uso de IR de exposición corta.

— Russell McMahon

@RussellMcMahon que es exclusivo de (lejos) IR. Los objetos calientes emiten IR, que incluye el propio sensor de IR. Entonces, le gustaría que el sensor esté lo más frío posible.

— derobert

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Lo más probable es que sea voluminoso y tenga un consumo de energía muy alto.

La mayor parte de la refrigeración para la electrónica es para acercarla a la temperatura ambiente, pero eso no haría mucho para un sensor de cámara, ya que se usa principalmente para fracciones de segundo, por lo que no se calentará mucho. Necesitaría un elemento de enfriamiento para bajar la temperatura, por lo que esencialmente sería un mini refrigerador o un mini AC.

Esto necesitaría un elemento en el exterior de la cámara para eliminar el calor, lo que por supuesto sería muy inconveniente. Las baterías necesarias para ejecutar todo esto aumentarían aún más el tamaño.

Entonces, lo que obtienes es una cámara enorme y pesada, con una superficie caliente y un largo tiempo de arranque. Demasiado poco práctico para compensar el ruido reducido.

— Guffa
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Las cámaras Hasselblad son enormes. Y en condiciones de poca luz, tiene todo el tiempo que necesita. (estrellas, animales en el bosque con luz de luna)

— Skippy Fastol

@SkippyFastol: Sí, solo aguantaría la cámara cuando se usara para cosas como la fotografía nocturna, y las personas que comprarían una cámara adicional solo por eso son muy pocas para bajarla a un precio en el que cualquiera la compraría.

— Guffa

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@Guffa: hay muchos fabricantes que fabrican cámaras refrigeradas. Simplemente no están destinados a los consumidores . Generalmente están dirigidos a imágenes científicas y astrofotografía. También son muchos miles de dólares a muchas decenas de miles de dólares. Google "enfrió el ccd" para echar un vistazo. Cuento 6 fabricantes diferentes en la primera página de resultados.

— Nombre falso

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@FakeName: Sí, pero la pregunta era por qué no se usan en D-SLR .

— Guffa

@Guffa - Buen punto. Creo que generalicé la cuestión de "cámaras Por qué no hay mano ayuda refrigerado por sensores que hay Estás en lo correcto..

— Falso Nombre

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He estado haciendo cámaras digitales desde 1994, continuamente. Actualmente contamos con una línea de cámaras de seguridad. Hasta hace poco, no había una razón particularmente buena para agregar un refrigerador a una cámara de seguridad de rango moderado. Tienen sensores de $ 10 en ellos. La poca luz no es una expectativa razonable en resoluciones más altas.

Pero últimamente, la tendencia en las nuevas cámaras va en dos sentidos, debido a la pérdida de presión de la cámara en China. Para superar las cámaras de bajo costo, todos quieren 4K sin problemas a 30 fps o luz súper baja a 1080p.

Estoy trabajando en una luz súper baja, usando un nuevo sensor de 2/3 pulgadas de Fairchild. Es un tamaño inaudito en una cámara de seguridad.

Es asombroso. Estoy tentado a ponerle un enfriador, porque está mejor calificado a 68F. A esa temperatura, puede tomar fotos a todo color en un estacionamiento oscuro y poder leer claramente las placas, sin iluminación IR.

Pero a temperaturas normales de California, y dentro del cuerpo sellado de la cámara de 4W, el sensor funcionará alrededor de 140F, por lo que hay cientos de píxeles calientes una vez que la exposición excede 1/160 segundo.

Un peltier es muy tentador. El problema es que son altamente ineficientes. Agregar uno aumentaría la potencia de la cámara a 10, lo que la convierte en una cámara de mala adaptación. Las actualizaciones necesitan usar la potencia existente, que normalmente no supera los 5 W por cámara.

Resultado: reparación de píxeles calientes de software en lugar de lo que se necesita, un refrigerador.

— Daniel Lawton
fuente

¿No vale la pena construir un disipador de calor con sellado?

— Euri Pinhollow