Warum gibt es keine gekühlten CCD-Sensoren zur Rauschunterdrückung?

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Die Sensorkühlung ist eine gängige Technologie, um weniger Rauschen zu erzeugen. Warum ist es bei High-End-Spiegelreflexkameras nicht verfügbar?

( Ein extremes Beispiel finden Sie unter http://www.andor.com/scientific_cameras/ikon-m_cooled_ccd/. )

Ich sage nicht, dass Spiegelreflexkameras mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden sollten. Nur ein Kühlsystem!

sensor noise-reduction iso-noise Skippy Fastol
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Es wurde getan, aber ich denke, dies wird einige der Nachteile aufzeigen : youtube.com/watch?v=W4QYPIlMnVQ astro-fotografie.blogspot.com/2009/04/… astro-fotografie.blogspot.com/2010/05/ …
ESultanik
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Die Astrofotografen machen es jetzt. Es muss nicht so groß sein, wie sie es tun. Ich möchte es irgendwann versuchen. Die meisten Leute, die geantwortet haben, haben Ihren Standpunkt verfehlt. Sehr kleiner Peltier auf der Rückseite des Sensors ist ausreichend. Idealerweise sollten Sie es in einer trockenen Luftkammer aufbewahren, um ein Beschlagen zu vermeiden.
Russell McMahon
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@RussellMcMahon - Es ist immer noch gültig zu sagen, dass Sie es aus energetischen Gründen nicht tun können, auch wenn Sie die Technologie so klein wie möglich skalieren. Es ist im Grunde unmöglich, etwas perfekt zu isolieren. Aus diesem Grund müssen Sie kontinuierlich mehrere Watt Energie aufwenden , um ein CCD / CMOS mit angemessener Größe kühl zu halten. Es gibt einen Grund, warum Astrofotografen riesige Batterien in Autobatteriegröße umherfahren, um ihre gekühlten Kameras zu betreiben. Sie brauchen die Kapazität.
Fake Name
@FakeName - Die Gründe für Energie waren auf meiner Liste der fehlerhaften Antworten. Die erste Verbindung hatte eine halbstündige Lärmbelastung. Das ist keine geringe Verbesserung, und viele Schüsse würden in ausgewählten Fällen von Vorteil sein. Dann ...
Russell McMahon
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@RussellMcMahon - Die Rauschreduzierung beim Kühlen eines Sensors ist weitgehend proportional zur Belichtungsdauer, da das Kühlen eines Sensors hauptsächlich zur Reduzierung des Dunkelstroms dient. Insofern ist es wirklich sinnlos, es sei denn, Sie machen Langzeitbelichtungen. Darüber hinaus gibt es viele Produkte auf dem Markt, die den kleinsten Kühler verwenden, mit dem sie davonkommen können, und trotzdem verbrauchen sie viel Strom . Siehe meine Antwort für mehr.
Fake Name

Antworten:

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Kosten. Jede Preiserhöhung führt zu weniger Verkäufen.

Größe. Die Kühlung muss irgendwo passen, diese Handgriffe sind schon voller Batterien ...

Gewicht. Es gibt einen Grund, warum P & S beliebt sind und nicht um einen Ziegel herumzuschleppen einer von ihnen ist =)

Batterielebensdauer. Kühlung kostet Energie, Energieverlust bedeutet weniger Schüsse in jedem Akkupack.

Geringfügige Verbesserung: Nur Schüsse, die auf den Umschlag drücken, wären von Vorteil.

Kondensation: künstlich niedrigere Temperatur + feuchte Luft = Wasser. Wasser + Elektronik = Ziegel.

Kühlkörper: Die ganze Hitze muss irgendwo hingehen, in diesem Fall wahrscheinlich an Ihrer Hand.

Komplexität: Eine weitere Sache, die auf dem Gebiet schief gehen kann.

Patrick Hughes
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Ich habe gerade einen in dem kaputten Gerätestapel bei der Arbeit gesehen und war wie WTF. Ich hatte noch nie eine flüssigkeitsgekühlte Kamera gesehen. Ein alter Mann erzählte mir, dass sie in den 1990er Jahren etwa 50.000 Dollar für das neue Ding mit Pumpe bezahlt hätten. Es ist ein bisschen komisch, es gibt nur eine Leitung für Kühlmittel mit Ethylglykol. Ich überlegte, ob ich es nehmen sollte, aber die Pumpe war zu groß, um sie problemlos tragen zu können.
j0h
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Es läuft auf Macht und mangelnde Marktnachfrage hinaus.

Es gibt spezielle Kameras mit gekühlten Sensoren. Sie werden im Allgemeinen nur für die Astrofotografie verwendet.

Der Kühler, der in fast allen gekühlten Kameras verwendet wird, wird als thermoelektrischer Kühler bezeichnet , der umgangssprachlich als "Peltier" - oder "Seebeck-Kühler" bezeichnet wird.

Im Allgemeinen benötigen Sie ein ziemlich klobiges Peltier, um einen Bildsensor abzukühlen. Beispielsweise liefert der Orion StarShoot G3 12 V bei 1A, um einen 1/3 "-Bildsensor auf -10 ° C zu kühlen. Das sind 12 Watt!

Um die benötigte Batteriegröße zu berechnen, multiplizieren Sie die Stromaufnahme mit der Laufzeit. Aus diesem Grund benötigen Sie eine 12-V-Batterie mit 1 Ah, um einen gekühlten Sensor nur eine Stunde lang zu betreiben . Zum Vergleich: Der herkömmliche Canon LP-E6-Akku (wie er in einer Canon 5D2 verwendet wird) hat nur eine Spannung von 7,2 V bei 1,8 Ah. Selbst ohne Berücksichtigung der Spannungsdifferenz beträgt die Laufzeit bei eingeschalteter Kamera bei einem viel kleineren Sensor weniger als zwei Stunden .

Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich , dass durch die Kühlung eines Sensors das ISO-Rauschen verringert wird! Durch die Kühlung eines CCD / CMOS-Sensors wird der Dunkelstrom stark reduziert . Die Auswirkungen des Dunkelstroms sind jedoch nur eine Funktion der Belichtungszeit, so dass sie nur bei Langzeitbelichtungen wirklich hilfreich sind. High-ISO-Belichtungsrauschen ist eine Funktion des CCD / CMOS-Sensor- Lesegeräusches und mehr als das Dunkelstromrauschen des Sensors.
Das Auslese-Rauschen wird durch das Abkühlen des Sensors nicht beeinträchtigt , sodass hohe ISO-Werte auch bei gekühltem Sensor verrauscht sind.

Grundsätzlich gibt es keinen Grund, sich die Mühe zu machen, einen anderen Bildsensor als die Langzeitbelichtung zu kühlen. Es bietet nur sehr wenige Vorteile und erfordert eine beträchtliche zusätzliche Systemkomplexität und eine massiv erhöhte Leistungsaufnahme. Ein gekühltes System muss für die Dauer, in der man Fotos machen möchte, ununterbrochen laufen, da das Kühlsystem wahrscheinlich viele Minuten (10-30) benötigt, um den Sensor abzukühlen und um die Temperatur zu stabilisieren.

Darüber hinaus sind thermoelektrische Kühler äußerst ineffizient und geben die gesamte übertragene Wärmeenergie als Wärme ab. Ein 5-W-Peltier verbraucht daher 5 W + Energie, die vom Bildsensor entfernt wird. Dies erfordert mit ziemlicher Sicherheit eine aktive Kühlung , da die Kühleffizienz in direktem Zusammenhang mit der Kühlung der "heißen" Seite des Peltiers steht.

High-End-Bildsensoren verwenden normalerweise die Flüssigkeitskühlung und können viele zehn oder hundert Watt Wärme abgeben.

Falscher Name
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FN - Meine fortgesetzte und immer noch nicht übereinstimmende Meinung bezieht sich auf die Leistung, nicht auf andere fotografische Aspekte. Nur weil die Leute die Dinge derzeit wirklich schlecht machen, heißt das nicht, dass es so sein muss. Peltier-Kühler sind wunderbare Werkzeuge, aber schrecklich ineffizient, wie Sie bemerken. Es ist unwahrscheinlich, dass irgendjemand Stirling-Kühler für 35-mm-Sensoren auf dem heimischen Markt herstellt, aber sie würden die Peltier-Effizienz bei weitem übertreffen, und sie sind tatsächlich "ziemlich einfach" und könnten recht kostengünstig sein, wenn z. B. Sony sie verwenden würde. Abkühlzeiten ...
Russell McMahon
FN ... Wenn z. B. ein Stirling-Kaltfinger an einem Sensor angebracht ist, kann die Abkühlzeit auf Flüssigstickstoff einige Sekunden betragen. Einige gelenkte Artilleriegeschosse haben Joule Thomson-Expansionsdüsen-Cyrocooler, mit denen die IR-Sensoren gekühlt werden, die die Geschosse zu ihren Zielen führen (!). Der Kühlzyklus wird durch den Schuss ausgelöst, der Sensor wird auf LN-Temperaturen abgekühlt, wenn sich die Granate erhebt, und der IR-Sucher ist betriebsbereit, sobald er seinen ballistischen Bogen erreicht hat. Die Tatsache, dass sie sich für bewegungsbezogene Echtzeitanwendungen dieser Art widmen, legt erhebliche Vorteile für die kurzzeitige IR-Belichtung nahe.
Russell McMahon
@RussellMcMahon, das nur im (fernen) IR vorkommt. Warme Objekte senden IR aus, einschließlich des IR-Sensors. Sie möchten also, dass der Sensor so kalt wie möglich ist.
Derobert
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Höchstwahrscheinlich, weil es sperrig wäre und einen sehr hohen Energieverbrauch hätte.

Die meiste Kühlung für Elektronik dient dazu, sie näher an die Raumtemperatur zu bringen, aber das würde für einen Kamerasensor nicht viel ausmachen, da er meistens für Sekundenbruchteile verwendet wird und sich daher nicht sehr stark erwärmt. Sie benötigen ein Kühlelement, um die Temperatur zu senken. Es handelt sich also im Wesentlichen um einen Minikühlschrank oder eine Mini-Klimaanlage.

Dies würde ein Element an der Außenseite der Kamera erfordern, um die Wärme abzuleiten, was natürlich sehr unpraktisch wäre. Die Batterien, die benötigt werden, um all dies zu betreiben, würden die Größe weiter erhöhen.

Sie erhalten also eine riesige, schwere Kamera mit einer heißen Oberfläche und einer langen Startzeit. Zu unpraktisch, um das verminderte Geräusch auszugleichen.

Guffa
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Hasselblad-Kameras sind riesig. Und bei schlechten Lichtverhältnissen haben Sie die Zeit, die Sie brauchen. (Sterne, Tiere im Wald mit
Mondlicht
@SkippyFastol: Ja, Sie würden sich die Kamera nur gefallen lassen, wenn Sie für Dinge wie Nachtfotografie verwendet würden, und die Leute, die eine zusätzliche Kamera kaufen würden, sind zu wenig, um sie zu einem Preis zu bringen, den jeder kaufen würde.
Guffa
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@ Guffa - Es gibt viele Hersteller, die gekühlte Kameras herstellen. Sie sind nur nicht für Verbraucher gedacht . Sie sind in der Regel auf wissenschaftliche Bildgebung und Astrofotografie ausgerichtet. Sie sind auch viele tausend Dollar bis viele zehntausende Dollar. Google "abgekühlt ccd", um einen Blick darauf zu werfen. Ich zähle 6 verschiedene Hersteller auf der ersten Ergebnisseite.
Fake Name
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@FakeName: Ja, aber die Frage war, warum sie nicht in D-SLRs verwendet werden .
Guffa
@ Guffa - Guter Punkt. Ich schätze, ich habe die Frage verallgemeinert auf "Warum gibt es keine handgefertigten Kameras mit gekühlten Sensoren. Sie haben Recht.
Falscher Name
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Ich mache seit 1994 kontinuierlich Digitalkameras. Wir haben derzeit eine Reihe von Überwachungskameras. Bis vor kurzem gab es keinen besonders guten Grund, einer Überwachungskamera mit mittlerer Reichweite einen Kühler hinzuzufügen. Sie haben $ 10 Sensoren in ihnen. Schwaches Licht ist bei höheren Auflösungen keine vernünftige Erwartung.

In letzter Zeit geht der Trend bei neuen Kameras jedoch in zwei Richtungen, da der Kostendruck durch China verloren gegangen ist. Um die preisgünstigen Kameras zu übertreffen, möchte jeder flüssige 4K @ 30fps oder superleichte @ 1080p.

Ich arbeite an einem super schlechten Licht mit einem neuen 2/3 Zoll Sensor von Fairchild. Es ist eine unerhörte Größe in einer Überwachungskamera.

Es ist wunderbar. Ich bin versucht, es zu kühlen, weil es mit 68F am besten bewertet ist. Bei dieser Temperatur können Sie auf einem dunklen Parkplatz Farbfotos aufnehmen und Kennzeichen ohne IR-Beleuchtung deutlich lesen.

Bei normalen kalifornischen Temperaturen und in diesem versiegelten 4-W-Kameragehäuse läuft der Sensor jedoch um die 140-F-Marke. Wenn die Belichtung 1 / 160stel Sekunde überschreitet, sind Hunderte heißer Pixel vorhanden.

Ein Peltier ist sehr verlockend. Das Problem ist, dass sie sehr ineffizient sind. Durch Hinzufügen einer wird die Leistung der Kamera auf 10 Watt erhöht, was sie zu einer schlechten Nachrüstkamera macht. Nachrüstungen müssen mit der vorhandenen Leistung betrieben werden, die in der Regel 5 W pro Kamera nicht überschreitet.

Ergebnis: Software Hot Pixel Repair statt was benötigt wird, ein Kühler.

Daniel Lawton
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Lohnt es sich nicht, einen Wärmeableiter mit Versiegelung zu bauen?
Euri Pinhollow