Pourquoi n'y a-t-il pas de capteurs CCD refroidis pour réduire le bruit?

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Le refroidissement par capteur est une technologie courante pour réduire le bruit. Pourquoi n'est-il pas disponible sur les reflex numériques haut de gamme?

(voir http://www.andor.com/scientific_cameras/ikon-m_cooled_ccd/ pour un exemple extrême)

Je ne dis pas que les reflex numériques devraient être refroidis avec de l'azote liquide. Juste un système de refroidissement!

sensor noise-reduction iso-noise

— Skippy Fastol
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Cela a été fait, mais je pense que cela démontrera certains des inconvénients: youtube.com/watch?v=W4QYPIlMnVQ astro-fotografie.blogspot.com/2009/04/… astro-fotografie.blogspot.com/2010/05/ …

— ESultanik

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Les astrophotographes le font maintenant. Il n'a pas besoin d'être aussi grand qu'ils le font. Je veux l'essayer un jour. La plupart des personnes qui ont répondu ont raté votre argument. Très petit Peltier à l'arrière du capteur. Idéalement, vous l'auriez dans une chambre à air sec pour éviter la buée.

— Russell McMahon

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@RussellMcMahon - Dire que vous ne pouvez pas le faire pour des raisons énergétiques est toujours valable, même si vous faites évoluer la technologie aussi petite que possible. Il est fondamentalement impossible d'isoler parfaitement quelque chose. En tant que tel, vous devrez continuellement dépenser plusieurs watts pour garder au frais un CCD / CMOS de toute taille décente. Il y a une raison pour laquelle les astrophotographes font le tour de batteries géantes de la taille d'une batterie de voiture pour faire fonctionner leurs caméras refroidies. Vous avez besoin de la capacité.

— Fake Name

@FakeName - Les raisons énergétiques étaient bien en bas de ma liste de réponses erronées. Le premier lien avait une exposition de «redevance sur le bruit» d'une demi-heure. Ce n'est pas une amélioration mineure et de nombreux clichés en bénéficieraient dans certains cas. Alors ...

— Russell McMahon

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@RussellMcMahon - La réduction du bruit du refroidissement d'un capteur est largement proportionnelle à la durée d'exposition, car le refroidissement d'un capteur sert principalement à réduire le courant d'obscurité. En tant que tel, c'est vraiment un peu inutile à moins que vous ne fassiez de longues expositions. En outre, il existe de nombreux produits sur le marché qui n'utilisent le plus petit refroidisseur ils peuvent sortir avec, et même, ils utilisent encore beaucoup de puissance . Voir ma réponse pour en savoir plus.

— Fake Name

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Coût. Chaque augmentation de prix entraîne une baisse des ventes.

Taille. Le refroidissement doit rentrer quelque part, ces poignées sont déjà pleines de piles ...

Poids. Il y a une raison pour laquelle les P&S sont populaires et ne pas trimballer une brique en est un =)

Vie de la batterie. Le refroidissement coûte de l'énergie, la perte d'énergie signifie moins de tirs dans chaque batterie.

Amélioration mineure: seuls les plans poussant l'enveloppe en bénéficieraient même.

Condensation: température artificiellement plus basse + air humide = eau. Eau + électronique = brique.

Dissipateur de chaleur: toute cette chaleur doit aller quelque part, dans ce cas probablement votre main.

Complexité: encore une chose à se tromper sur le terrain.

— Patrick Hughes
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Je viens d'en voir un dans la pile de matériel cassé au travail, et j'étais comme WTF. Je n'avais jamais vu de caméra refroidie par liquide auparavant. Un vieil homme m'a dit qu'ils avaient payé environ 50K $ pour la nouveauté, avec pompe, dans les années 1990. C'est un peu bizarre, il n'a qu'une seule ligne pour le liquide de refroidissement, avec de l'éthylglycol. J'ai pensé à la saisir mais la pompe était trop grosse pour être transportée facilement.

— j0h

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Cela se résume à la puissance et au manque de demande du marché.

Il existe des caméras spécialisées à capteur refroidi. Ils sont généralement juste utilisés pour l'astrophotographie.

Le refroidisseur qui est utilisé dans presque toutes les caméras refroidies est ce qu'on appelle un refroidisseur thermoélectrique , communément appelé "refroidisseur Peltier" ou "refroidisseur Seebeck".

En règle générale, vous aurez besoin d'un peltier assez épais pour garder un capteur d'image refroidi. Par exemple, l' Orion StarShoot G3 consomme 12 V à 1 A pour garder un capteur d'image 1/3 "refroidi à -10 ° C. C'est 12 watts!

Pour calculer la taille de la batterie nécessaire, vous multipliez les temps de tirage actuels par le temps de fonctionnement. En tant que tel, vous auriez besoin d'une batterie 1 Ah, 12V pour faire fonctionner un capteur refroidi pendant seulement une heure . À titre de comparaison, la batterie commune LP-E6 de Canon (telle qu'utilisée dans un Canon 5D2) ne fait que 7,2 V à 1,8 Ah. Même en ignorant la différence de tension, cela représente moins de deux heures d'autonomie avec la caméra allumée, pour un capteur beaucoup plus petit .

De plus, le refroidissement d'un capteur ne devrait pas faire grand-chose pour réduire le bruit ISO! Le refroidissement d'un capteur CCD / CMOS réduit considérablement le courant d'obscurité . Cependant, les effets du courant d'obscurité sont purement fonction du temps d'exposition, donc cela n'aide vraiment que pour les expositions longues. Le bruit d'exposition ISO élevé est autant ou plus fonction du bruit de lecture du capteur CCD / CMOS que du bruit de courant d'obscurité du capteur.
Le bruit de lecture n'est pas affecté par le refroidissement du capteur , donc les niveaux ISO élevés seront bruyants, même avec un capteur refroidi.

Fondamentalement, il n'y a vraiment aucune raison de déranger le refroidissement d'un capteur d'image autre qu'une longue exposition. Il offre très peu d'avantages et nécessite une complexité système supplémentaire considérable et une consommation d'énergie considérablement accrue. Un système refroidi doit fonctionner en continu pendant toute la durée de la prise de vue, car le système de refroidissement prendra probablement plusieurs minutes (10-30) pour refroidir le capteur et pour que la température se stabilise.

De plus, les refroidisseurs thermoélectriques sont très inefficaces et dissipent toute l'énergie thermique transférée sous forme de chaleur. En tant que tel, un peltier de 5 W dissipera 5 W + toute énergie retirée du capteur d'image. Cela nécessitera presque certainement un refroidissement actif , car l'efficacité du refroidissement est directement liée à la fraîcheur du côté "chaud" du peltier.

Il est courant que les capteurs d'image refroidis haut de gamme utilisent un refroidissement liquide , et ils peuvent dissiper plusieurs dizaines ou centaines de watts de chaleur.

— Faux nom
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FN - Mon désaccord persistant, et toujours, avec ce que vous dites concerne les niveaux de puissance, pas d'autres aspects liés à la photographie. Ce n'est pas parce que les gens font vraiment mal les choses actuellement. Les refroidisseurs Peltier sont de merveilleux outils, mais terriblement inefficaces, comme vous le constatez. Il est peu probable que quiconque produise des refroidisseurs à cycle Stirling pour des capteurs de marché domestique de 35 mm, mais ils dépasseraient largement les performances Peltier et sont en fait "assez faciles" et pourraient être assez peu coûteux si, par exemple, Sony décidait de les utiliser. Temps de récupération ...

— Russell McMahon

FN ... Quand par exemple un doigt froid Stirling est attaché à un capteur, le temps de refroidissement à l'azote liquide, l'ordre des températures peut être de quelques secondes. Certains obus d'artillerie guidée ont des refroidisseurs à buse d'expansion Joule Thomson utilisés pour refroidir les capteurs IR qui guident les obus vers leurs cibles (!). Le cycle de refroidissement est déclenché par l'impact de la mise à feu, le capteur est refroidi aux températures LN lorsque la coque se lève et au moment où il atteint son arc balistique, le chercheur IR est prêt à travailler. Qu'ils fassent cet effort pour une utilisation liée au mouvement en temps réel suggère des gains substantiels pour une utilisation IR à courte exposition.

— Russell McMahon

@RussellMcMahon qui est unique à (loin) IR. Les objets chauds émettent des IR, ce qui inclut le capteur IR lui-même. Vous souhaitez donc que le capteur soit aussi froid que possible.

— derobert

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Probablement parce qu'il serait encombrant et aurait une consommation d'énergie très élevée.

La plupart du refroidissement pour l'électronique est de le ramener plus près de la température ambiante, mais cela ne ferait pas grand-chose pour un capteur de caméra, car il est principalement utilisé pendant des fractions de seconde, donc il ne chauffera pas beaucoup. Vous auriez besoin d'un élément de refroidissement pour abaisser la température, il s'agirait donc essentiellement d'un mini-réfrigérateur ou d'une mini-climatisation.

Cela nécessiterait un élément à l'extérieur de la caméra pour évacuer la chaleur, ce qui bien sûr serait très gênant. Les batteries nécessaires pour faire fonctionner tout cela augmenteraient encore la taille.

Donc, ce que vous obtenez est un appareil photo énorme et lourd, avec une surface chaude et un long temps de démarrage. Trop peu pratique pour compenser le bruit réduit.

— Guffa
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Les caméras Hasselblad sont énormes. Et dans des conditions de faible luminosité, vous avez tout le temps dont vous avez besoin. (étoiles, animaux dans la forêt au clair de lune)

— Skippy Fastol

@SkippyFastol: Oui, vous ne supporteriez l'appareil photo que lorsqu'il est utilisé pour des choses comme la photographie de nuit, et les gens qui achèteraient un appareil photo supplémentaire juste pour cela sont trop peu nombreux pour le faire descendre à un prix où n'importe qui l'achèterait.

— Guffa

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@Guffa - Il existe de nombreux fabricants qui fabriquent des caméras refroidies. Ils ne sont tout simplement pas destinés aux consommateurs . Ils sont généralement destinés à l'imagerie scientifique et à l'astrophotographie. Ils sont également de plusieurs milliers de dollars à plusieurs dizaines de milliers de dollars. Google "ccd refroidi" pour voir. Je compte 6 fabricants différents sur la première page de résultats.

— Fake Name

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@FakeName: Oui, mais la question était de savoir pourquoi ils ne sont pas utilisés dans les reflex numériques .

— Guffa

@Guffa - Bon point. Je suppose que j'ai généralisé la question à "Pourquoi n'y a-t-il pas de caméras à capteur refroidi d'aide à la main? Vous avez raison.

— Fake Name

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Je fabrique des appareils photo numériques depuis 1994, en continu. Nous avons actuellement une gamme de caméras de sécurité. Jusqu'à récemment, il n'y avait pas de raison particulière d'ajouter un refroidisseur à une caméra de sécurité à portée modérée. Ils ont des capteurs à 10 $. Une faible luminosité n'est pas une attente raisonnable à des résolutions plus élevées.

Mais dernièrement, la tendance des nouveaux appareils photo va dans les deux sens, en raison de la perte de pression des caméras en Chine. Pour surpasser les caméras à faible coût, tout le monde veut une 4K fluide à 30 ips, ou une très faible luminosité à 1080p.

Je travaille sur une très faible luminosité, en utilisant un nouveau capteur 2/3 pouces de Fairchild. C'est une taille inouïe dans une caméra de sécurité.

C'est incroyable. Je suis tenté de mettre une glacière dessus, car il est mieux noté à 68F. À cette température, vous pouvez prendre des photos en couleur dans un parking sombre et pouvoir lire clairement les plaques d'immatriculation, sans éclairage infrarouge.

Mais à des températures californiennes normales, et à l'intérieur de ce boîtier d'appareil photo 4W scellé, le capteur va tourner autour de 140F, et il y a donc des centaines de pixels chauds une fois que l'exposition dépasse 1 / 160e de seconde.

Un peltier est très tentant. Le problème est qu'ils sont très inefficaces. En ajouter un augmenterait la puissance de l'appareil photo à 10, ce qui en fait un mauvais appareil photo rétrofit. Les modifications doivent utiliser la puissance existante, qui ne dépasse généralement pas 5 W par caméra.

Résultat: logiciel de réparation à chaud des pixels au lieu de ce qui est nécessaire, un refroidisseur.

— Daniel Lawton
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La construction d'un dissipateur thermique avec étanchéité n'en vaut-elle pas la peine?

— Euri Pinhollow