Почему нет охлаждаемых ПЗС-сенсоров для снижения шума?

Охлаждение сенсора — распространенная технология, позволяющая снизить уровень шума. Почему он недоступен на высококачественных цифровых зеркальных фотокамерах?

(см. http://www.andor.com/scientific_cameras/ikon-m_cooled_ccd/ для крайнего примера)

Я не говорю, что цифровые зеркальные фотокамеры следует охлаждать жидким азотом. Просто какая-то система охлаждения!

Это было сделано, но я думаю, что это продемонстрирует некоторые недостатки: youtube.com/watch?v=W4QYPIlMnVQ astro-fotografie.blogspot.com/2009/04/… astro-fotografie.blogspot.com/2010/05/ …
Астрофотографы делают это сейчас. Он не должен быть таким большим, как они это делают. Я хочу попробовать это когда-нибудь. Большинство людей, которые ответили, упустили вашу точку зрения. Очень маленький элемент Пельтье на задней части датчика подойдет. В идеале у вас должна быть камера с сухим воздухом, чтобы избежать запотевания.
@RussellMcMahon - Утверждение, что вы не можете сделать это из-за энергопотребления, остается в силе, даже если вы масштабируете технологию как можно меньше. В принципе невозможно что-то идеально изолировать. Таким образом, вам придется постоянно расходовать несколько ватт энергии, чтобы поддерживать температуру CCD/CMOS любого приличного размера. Есть причина, по которой астрофотографы таскают с собой гигантские аккумуляторы размером с автомобильный аккумулятор для питания своих охлаждаемых камер. Вам нужна емкость.
@FakeName - Энергетические причины были намного ниже моего списка ошибочных ответов. 1-я ссылка имела получасовую экспозицию «плата за шум». Это не незначительное улучшение, и в отдельных случаях было бы полезно сделать много выстрелов. Затем ...
@RussellMcMahon - Снижение шума от охлаждения датчика в значительной степени пропорционально продолжительности воздействия, поскольку охлаждение датчика в основном служит для уменьшения темнового тока. Таким образом, это действительно бессмысленно , если вы не делаете длительные выдержки. Кроме того, на рынке есть много продуктов, в которых используется самый маленький кулер, и даже в этом случае они потребляют много энергии . Смотрите мой ответ для большего.
Вы можете купить готовые вакуумные датчики изображения Пельтье. Они просто невероятно дорогие и потребляют много энергии.
ОП в основном спрашивает, «почему обычные камеры не оснащены кулерами». Ответ в основном таков: «Это бессмысленно, если вы не делаете длинные выдержки и в любом случае чрезмерно прожорливы».

Ответы (4)

Расходы. Каждое повышение цены приводит к снижению продаж.

Размер. Охлаждение надо куда-то пристроить, в этих рукоятках уже полно батареек...

Масса. Есть причина, по которой P&S популярны, и отказ от таскания кирпичей — одна из них =)

Срок службы батареи. Охлаждение требует энергии, потери энергии означают меньше выстрелов в каждом аккумуляторном блоке.

Незначительное улучшение: только выстрелы, выходящие за рамки, будут даже полезны.

Конденсация: искусственно пониженная температура + влажный воздух = вода. Вода + электроника = кирпич.

Теплоотвод: все это тепло должно куда-то уходить, в данном случае, вероятно, ваша рука.

Сложность: еще одна вещь, которая может пойти не так в полевых условиях.

Я только что видел один в куче сломанного оборудования на работе, и это было похоже на WTF. Я никогда раньше не видел камеры с жидкостным охлаждением. Старый парень сказал мне, что в 1990-х они платили около 50 тысяч долларов за новую вещь с насосом. Как-то странно, у него только одна линия для охлаждающей жидкости, с этилгликолем. Я думал о том, чтобы взять его, но насос был слишком большим, чтобы его можно было легко нести.

Это сводится к мощности и отсутствию рыночного спроса.

Существуют специальные камеры с охлаждаемым сенсором . Обычно они используются только для астрофотографии.

Охладитель, который используется почти во всех охлаждаемых камерах, называется термоэлектрическим охладителем , обычно в просторечии называемым «охладителем Пельтье» или «охладителем Зеебека».

Как правило, вам понадобится довольно толстый элемент Пельтье, чтобы охлаждать датчик изображения. Например, Orion StarShoot G3 потребляет 12 В при 1 А, чтобы охлаждать 1/3-дюймовый датчик изображения до -10°C. Это 12 Вт!

Чтобы рассчитать необходимый размер батареи, вы умножаете потребляемый ток на время работы. Таким образом, вам понадобится батарея емкостью 1 Ач, 12 В, чтобы охлаждаемый датчик работал всего один час . Для сравнения, обычная батарея Canon LP-E6 (используемая в Canon 5D2) имеет напряжение всего 7,2 В при 1,8 Ач. Даже если не учитывать разницу в напряжении, время работы с включенной камерой составляет менее двух часов для сенсора гораздо меньшего размера .

Кроме того, охлаждение сенсора вряд ли значительно уменьшит шум ISO! Охлаждение сенсора CCD/CMOS значительно снижает темновой ток . Тем не менее, эффекты темнового тока зависят исключительно от времени экспозиции, поэтому он действительно помогает только при длительных экспозициях. Шум экспозиции при высоких значениях ISO в большей или большей степени зависит от шума считывания датчика CCD/CMOS, чем от шума темнового тока датчика.
Охлаждение сенсора не влияет на шум считывания , поэтому высокие значения ISO будут шумными даже при охлаждении сенсора.

По сути, нет причин беспокоиться об охлаждении датчика изображения, кроме как при длительной выдержке. Он предлагает очень мало преимуществ и требует значительной дополнительной сложности системы и значительного увеличения потребляемой мощности. Охлаждаемая система должна работать непрерывно в течение всего времени, в течение которого предполагается делать фотографии, поскольку системе охлаждения, вероятно, потребуется много минут (10-30), чтобы охладить датчик и стабилизировать температуру.

Кроме того, термоэлектрические охладители очень неэффективны и рассеивают всю переданную тепловую энергию в виде тепла. Таким образом, элемент Пельтье мощностью 5 Вт будет рассеивать 5 Вт + любую энергию, удаленную от датчика изображения. Это почти наверняка потребует активного охлаждения , так как эффективность охлаждения напрямую связана с тем, насколько холодна «горячая» сторона элемента Пельтье.

На самом деле для высококачественных охлаждаемых датчиков изображения обычно используется жидкостное охлаждение , и они могут рассеивать много десятков или сотен ватт тепла.

FN: Мое постоянное и до сих пор несогласие с тем, что вы говорите, относится к уровням мощности, а не к другим аспектам, связанным с фотографией. То, что люди делают что-то очень плохо в настоящее время, не означает, что так и должно быть. Охладители Пельтье — замечательные инструменты, но ужасно неэффективные, как вы заметили. Вы вряд ли увидите кого-либо, производящего охладители с циклом Стирлинга для 35-мм датчиков внутреннего рынка, но они значительно превышают эффективность Пельтье и на самом деле «довольно просты» и могут быть довольно дешевыми, если, например, Sony решит их использовать. Время остыть...
FN ... Когда, например, холодный палец Стирлинга прикреплен к датчику, время охлаждения до температуры жидкого азота может составлять несколько секунд. Некоторые управляемые артиллерийские снаряды имеют циклокулеры с расширительным соплом Джоуля Томсона, используемые для охлаждения ИК-датчиков, которые наводят снаряды на цели (!). Цикл охлаждения запускается огневым ударом, датчик охлаждается до температуры LN по мере подъема снаряда, и к тому времени, когда он достигает своей баллистической дуги, ИК ГСН готова к работе. То, что они идут на эти усилия для использования в реальном времени, связанного с движением, предполагает существенную выгоду от использования ИК с короткой выдержкой.
@RussellMcMahon, уникальный для (дальнего) IR. Теплые объекты излучают ИК-излучение, включая сам ИК-датчик. Итак, вы хотите, чтобы датчик был как можно более холодным.

Скорее всего потому, что он будет громоздким и будет потреблять очень много энергии.

Большая часть охлаждения для электроники предназначена для того, чтобы приблизить ее к комнатной температуре, но это не сильно поможет датчику камеры, поскольку он в основном используется в течение долей секунды, поэтому он не будет сильно нагреваться. Вам понадобится охлаждающий элемент, чтобы снизить температуру, так что, по сути, это будет мини-холодильник или мини-кондиционер.

Для этого потребуется элемент снаружи камеры для отвода тепла, что, конечно, было бы очень неудобно. Батареи, необходимые для работы всего этого, еще больше увеличили бы размер.

Итак, вы получаете огромную, тяжелую камеру с горячей поверхностью и долгим временем запуска. Слишком непрактично, чтобы компенсировать сниженный уровень шума.

Камеры Hasselblad огромны. А в условиях низкой освещенности у вас есть все необходимое время. (звезды, звери в лесу при лунном свете)
@SkippyFastol: Да, вы бы мирились с камерой только тогда, когда она использовалась бы для таких вещей, как ночная съемка, и людей, которые купили бы дополнительную камеру только для этого, слишком мало, чтобы снизить цену до такой цены, по которой ее мог бы купить любой.
@Guffa - Есть много производителей, которые производят камеры с охлаждением. Они просто не предназначены для потребителей . Обычно они нацелены на научную визуализацию и астрофотографию. Они также составляют от многих тысяч до многих десятков тысяч долларов. Погуглите "cooled ccd", чтобы посмотреть. Я насчитал 6 разных производителей на первой странице результатов.
@FakeName: Да, но вопрос был в том, почему они не используются в цифровых зеркальных фотокамерах .
@Guffa - Хороший вопрос. Думаю, я обобщил вопрос так: «Почему нет камер с охлаждаемым сенсором с ручной помощью. Вы правы.

Я занимаюсь цифровыми камерами с 1994 года, постоянно. В настоящее время у нас есть линейка камер видеонаблюдения. До недавнего времени не было особенно веской причины добавлять кулер к камере видеонаблюдения среднего радиуса действия. В них стоят датчики за 10 долларов. Слабое освещение не является разумным ожиданием при более высоких разрешениях.

Но в последнее время тенденция к новым камерам идет по двум направлениям из-за снижения стоимости камер из Китая. Чтобы превзойти недорогие камеры, всем нужна плавная съемка 4K со скоростью 30 кадров в секунду или сверхнизкая освещенность со скоростью 1080p.

Я работаю над сверхнизким освещением, используя новый 2/3-дюймовый датчик от Fairchild. Это неслыханный размер для камеры слежения.

Это потрясающе. У меня возникает соблазн поставить на него кулер, потому что он лучше всего рассчитан на 68F. При такой температуре можно делать полноцветные фотографии на темной парковке и четко читать номерные знаки без ИК-подсветки.

Но при нормальных калифорнийских температурах и внутри этого герметичного корпуса камеры мощностью 4 Вт датчик будет работать при температуре около 140F, и поэтому, когда экспозиция превышает 1/160 секунды, появляются сотни горячих пикселей.

Пельтье очень заманчиво. Проблема в том, что они крайне неэффективны. Добавление одного увеличит мощность камеры до 10, что делает ее плохой модернизированной камерой. Модернизация должна использовать существующую мощность, которая обычно не превышает 5 Вт на камеру.

Результат: программный ремонт горячих пикселей вместо того, что надо, кулер.

Разве не стоит построить рассеиватель тепла с герметизацией?
Почему нет охлаждаемых ПЗС-сенсоров для снижения шума?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v