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

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!

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.

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.

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.

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.