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

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!

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.

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.

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.

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.