Почему нет охлаждающих ПЗС-датчиков для снижения шума?

Question

Сенсорное охлаждение является распространенной технологией для снижения шума. Почему он недоступен на высококачественных зеркальных фотокамерах?

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

Я не говорю, что D-SLR должны охлаждаться жидким азотом. Просто какая-то система охлаждения!

Answer 1

Стоимость. Каждый рост цен ведет к снижению продаж.

Размер. Охлаждение должно где-то подходить, эти ручки уже полны батарей ...

Вес. Есть причина, по которой P & S популярны, а не тащить за собой кирпич - одна из них =)

Срок службы батареи. Охлаждение требует энергии, потерянная энергия означает меньшее количество снимков в каждом батарейном блоке.

Незначительное улучшение: выигрывают только выстрелы, толкающие конверт.

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, чтобы пойти не так в поле.

Answer 2

Это сводится к власти и отсутствию рыночного спроса.

Там есть специальные камеры с сенсорным охлаждением. Они обычно используются только для астрофотографии.

Кулер, который используется почти во всех охлаждаемых камерах, это то, что называется термоэлектрический кулер , обычно называемый "кулер Пельтье" или "кулер Зеебека".

Как правило, вам понадобится довольно крупный пельтье для охлаждения датчика изображения. Например, Orion StarShoot G3 потребляет 12 В при 1 А для поддержания 1/3 "датчика изображения охлажденным до -10 ° C. Это 12 Вт!

Чтобы рассчитать требуемый размер батареи, вы умножаете текущее время на вытягивание. Таким образом, вам понадобится батарея на 1 Ач, 12 В для работы охлажденного датчика всего на один час . Для сравнения, обычная батарея Canon LP-E6 (используемая в Canon 5D2) составляет всего 7,2 В при 1,8 Ач. Даже если игнорировать разницу напряжения, это составляет менее двух часов работы при включенной камере, для намного меньшего датчика .

---

Более того, охлаждение датчика вряд ли поможет уменьшить шум ISO! Охлаждение датчика CCD / CMOS в значительной степени уменьшает темновой ток . Тем не менее, эффекты темнового тока являются функцией времени экспозиции, так что это действительно помогает только при длительной экспозиции. Шум воздействия высокого ISO является такой же или большей функцией от датчика CCD / CMOS считывание шума , а затем темнового тока датчика.
На считывание-шум не влияет охлаждение датчика , поэтому при высоких значениях ISO будет шумно даже при охлаждении датчика.

---

По сути, нет никакой причины беспокоиться о охлаждении датчика изображения, кроме длительной экспозиции. Он предлагает очень мало преимуществ и требует значительной дополнительной сложности системы и значительно увеличенного энергопотребления. Охлаждаемая система должна работать непрерывно в течение времени, в течение которого предполагается фотографировать, поскольку системе охлаждения, вероятно, потребуется много минут (10-30), чтобы охладить датчик и стабилизировать температуру.

Кроме того, термоэлектрические охладители крайне неэффективны и рассеивают всю передаваемую тепловую энергию в виде тепла. Таким образом, Пельтье 5 Вт будет рассеивать 5 Вт + вся энергия, извлекаемая из датчика изображения. Это почти наверняка потребует активного охлаждения , поскольку эффективность охлаждения напрямую связана с тем, насколько прохладной является "горячая" сторона Пельтье.

Обычно высокопроизводительные охлаждаемые датчики изображения используют жидкостное охлаждение , и они могут рассеивать многие десятки или сотни ватт тепла.

Answer 3

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

Большая часть охлаждения для электроники предназначена для того, чтобы приблизить ее к комнатной температуре, но это не слишком важно для датчика камеры, поскольку он в основном используется за доли секунды, поэтому он не сильно нагревается. Вам понадобится охлаждающий элемент, чтобы понизить температуру, так что это, по сути, мини-холодильник или мини-кондиционер.

Это потребует элемента на внешней стороне камеры для удаления тепла, что, конечно, будет очень неудобно. Батареи, необходимые для всего этого, еще больше увеличат размер.

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

Answer 4

Я непрерывно делаю цифровые камеры с 1994 года. В настоящее время у нас есть линейка камер безопасности. До недавнего времени не было особой причины для добавления кулера в камеру безопасности среднего диапазона. У них есть датчики за 10 $ в них. Слабое освещение не является разумным ожиданием при более высоких разрешениях.

Но в последнее время тенденция новых камер идет двумя путями из-за потери давления со стороны Китая. Чтобы превзойти недорогие камеры, каждый хочет получить плавную 4K при 30 кадрах в секунду или супер слабую освещенность при 1080p.

Я работаю на сверхслабом освещении, используя новый 2/3 дюймовый датчик от Fairchild. Это неслыханный размер камеры слежения.

Это потрясающе. Я испытываю желание поставить кулер на него, потому что он лучше всего оценен в 68F. При такой температуре вы можете делать полноцветные фотографии на темной парковке и четко читать номерные знаки без ИК-подсветки.

Но при нормальных температурах в Калифорнии и внутри этого герметичного корпуса камеры 4 Вт датчик будет работать при 140F, и поэтому, когда выдержка превышает 1/160-ю секунду, появляются сотни горячих пикселей.

Пельтье очень заманчиво. Проблема в том, что они крайне неэффективны. Добавление одного увеличило бы мощность камеры до 10, что делает ее плохой дооснащенной камерой. Для модернизации необходимо использовать существующую мощность, которая обычно не превышает 5 Вт на камеру.

Результат: программный «горячий» ремонт пикселей вместо того, что нужно, кулер.