Järjestelmäkameran harmaasävymodaus - Ei heikkohermoisille

[Kuulapaa]

Ja Nikon D5100 kohinavertailua 10min/ISO1600 darkeista Pixinsight noise analysis-työkalulla otettuna. Lämpötila on valotuksen keskimääräinen lämpötila, mutta se antaa tarpeeksi tarkan tuloksen taulukoituna.


Käännekohta on 20°C taitteilla. Pikkupakkasilla kuvattaessa kennon lämpötila pysynee aikaisemman taulukon perusteella siinä 5-10 °C tuntumilla. Kovilla pakkasilla pitkässä sessiossa kennon kohina on optimaalisella tasolla.

Alkuosa tarkempana, sillä sehän meitä juuri kiinnostaa:

Kohinassa tapahtuu pieni muutos ~0°C kohdilla. Tämän perusteella optimikohinaan näyttää riittävän, että D5100 kenno on joitakin asteita pakkasen puolella. Toisaalta jäähdytystä aletaan tarvita ympäristön ollessa ≥-10°C (jos oletetaan kennon lämmön nousevan aina sen ~12°C ympäristöstä) ja sen tarve kasvaa ympäristön lämpötilan noustessa kohti nollaa sekä korostuu + asteilla.

Summa summarum:
-15 - -20°C pakkasilla pitkässä sessiossa kamera jäähtyy kenno mukaan luettuna kohinan kannalta optimilämpöön. Toisaalta tätä lämpimämmällä lisäjäähdytystä tarvitaan, jos kennon kohinan halutaan pysyvän optimaalisella alueella.

[kurja]

erittäin mielenkiintoista dataa, kiitos

[Kuulapaa]

Tuo kennon muutaman pakkasasteen sääntö vaikuttaisi mahdollisesti pätevän muillakin rungoilla.
Ohessa Canon 500D kohinakäyrä, hieman eri yksiköillä, mutta muoto on se joka merkkaa.


Taulukko siis raskalaista alkuperää (lupa on).

Ps. Tuo D5100 kohina on siis pimeävirtavähentämätöntä.

[Kuulapaa]

Olen yrittänyt laajentaa skaalaa Canoniin, etenkin 550D:hen mutta täytyy todeta sen olevan vähän vaikeampi modattava kuin Nikon D5100.
Kenno on Canonissa herkempi, siis fyysiselle muokkaukselle ja se alkaa tehdä hommasta turhan kallista ja aikaa vievää hupia. Taidan siis lopettaa niiden osalta.

EDIT: Canon-projektin ainoa hedelmä, toimiva monomodattu 550D ilmestyi myyntipalstalle.

[Kuulapaa]

Kuten ylemmistä kaavioista käy ilmi, järkkärikennon kohina kasvaa selvästi lämpötilan noustessa ja vastaavasti vakautuu lämpötilan laskiessa alle nollan. Tuttu juttu, mutta mikä kaaviosta käy myös ilmi on se, että kennon tavoitelämpötila kohinan suhteen on jossain siinä -5 °C tuntumilla. Sama näyttäisi pätevän sekä Nikon D5100- että Canon 550D-malleihin. Tästä johdannosta onkin jo helppo päätellä, että seuraava askel on kennon aktiivijäähdytys.

Jäähdytys on tarkoitus toteuttaa kuparisella jäähdytyslevyllä, jolla lämpö pumpataan TEC/Peltier-elementin avulla kamerasta ulos. Tällaisia modeja on netti pullollaan mm. 550D:lle. Nikonille niitä on vähemmän, mikä sinänsä on outoa, sillä kennojen rakenteen perusteella D5100:n kenno näyttäisi helpommalta jäähdytettävältä.

550D:ssä kennon ja piirilevyn välissä on muutamien millin kymmenyksien kokoinen väli, johon ohut jäähdytyselementti työnnetään. D5100:ssa on taas suuri alumiininen jäähdytysrunko, josta menee kuusi lämpösiltaa piirilevyn läpi sensoriin.

Vertailua: 550D:ssä kuparikontakti saadaan suoraan sensorirunkoon, mutta kovin ohuella kuparipalalla. D5100:ssa voidaan kiinnittää jopa 2mm paksuinen kuparilevy suoraan alumiiniseen jäähdytysrunkoon, mutta kontakti sensoriin ei ole suora.


Vasemmalla Canon 550D-kenno ja oikealla Nikon D5100-kenno.

Lisäys: Kongreettinen esimerkki jäähdytyksen vaikutuksesta ISO1600/10min (huom pimeävirtavähennys ja kaikki muutkin disabloituna).

Klikkaa isommaksi

[Timpe]

Hyvää dokumenttia pukkaa sieltä suunnalta, kiitos. Näitä lukee mielellään vaikkei olekaan mitään aikomusta ryhtyä tuollaiseen

[Kuulapaa]

Kyllähän tämä aikamoista virittelyä on. Jäähdytyksen rakentelu on jo ihan mukavaa puuhastelua, mutta nuo harmaasävymodit ovat kyllä sellaisia, että niitä en juuri suosittele tekemään ilman poikkeuksellisen korkeaa riskinsietokykyä. Voin kokemuksesta sanoa, että homma on toisinaan hiuskarvan varassa ja vaikka kaikki olisikin mennyt putkeen, niin lopputuloksena saattaa olla kameran ruudulla error-ilmoitus. Siinä vaiheessa ei enää mitkään ärräpäät, itku tai korjaustoimenpiteet auta.

Olen maksanut itse oppirahoja kahden rungon verran ja lisäksi olen käynyt muutaman sähköpostikeskustelun muiden epäonnisten kanssa. Ei siis ehkä kannata ainakaan modata ainoaa kameraansa Mutta hauskan haastavaa hommaahan tämä on 

Tuplamodi on kuitenkin edennyt suotuisien tuulten alla ja kennossa on nyt lämmönsiirrin kiinni. Materiaaliksi valikoitui 2 mm kuparilevy, joskin olisi ollut ehkä fiksua rajoittaa se muutaman kymmenyksen ohuemmaksi. Kameran sisäinen tila kun on aina enemmän tai vähemmän kortilla. D5100-kennon alumiinisessä jäähdytyselementissä on kolme kohollaan olevaa, noin millin korkuista rakennetta, ja ne täytyy hioa pois ennen jäähdytyslevyn liittämistä. Vaihtoehtoisesti kuparin pinta-alan voi mitoittaa pienemmäksi, mutta tässä haettiin nyt optimaalista jäähdytystehoa/watti.

Jäähdytyslevyn viimeistely voisi olla perusteellisempaa, mutta sen merkitys ei ole suuri, sillä koko kuparilevy ja sensorin alumiinielementti maalataan vielä pariin otteeeseen butyylimaalilla kondenssioikosulkujen estämiseksi. Maailmalla on sattunut ainakin pari tapausta, joissa kondensoituminen on hajoittanut jäähdytetyn kameran, joten varotoimenpiteenä kameraa ei pidä päästää sulamaan (lämpenemään) kesken kuvaussession. Vastaavasti lämpenevästä kamerasta on syytä katkaista virransyöttö.


Tässä pisteessä siis ollaan nyt:

Seuraavassa vaiheessa kuparilevyyn lisätään eristys ja aktiivijäähdytys lämpösiileineen.

[Kuulapaa]

Tähän väliin hieman käytännön valotustestiä. Ensimmäinen jäähdytetty manuaaliprototyyppi oli eilen testissä ja käytin jäähdytystä noin 1/3 teholla. Tuolla teholla kenno jäähtyi TEC-12706-elementillä hyvin ja pysyi rasituksen alla koko ajan noin -4C lämpötilassa. Mielenkiintoisena ilmiönä huomasin, että itse valotus ei lämmitä kameraa ollenkaan niin paljon kuin live view:n käyttö. Joten ei kannata pitää järkkärin liveview:ta päällä turhaan.

Ongelmia oli tyypilliseen tapaan tietenkin matkassa. Kuitenkin, tapeltuani ensin pitkän kiinalaisen USB-johdon kanssa ja lopulta revittyäni sen huitsin hiiteen, sain muutaman testivalotuksen otettua O-III ja S-II suotimilla. Valotuksia oli lopulta riittämätön määrä, mutta tuli niistä jonkinlainen kuva. Voimakkaan luminanssikikkailun jäljet ovat kuitenkin näkyvissä.

[einari]

Hyvä kuva.
Paljonko oli ulkoilman lämpötila ?

[Kuulapaa]

Ulkoilma oli loppuillasta siinä -1°C tuntumilla.

Jäähdytin kameraa ennen kuvausta noin kaksi tuntia passiivisesti ulkona nollakelissä ja tuossa ajassa lämpö oli tippunut kameran sisällä noin +1°C asteeseen. Kun kytkin kameraan virrat niin lämpö alkoi kohota suhteellisen nopeasti. Kenno ja elektroniikka tuntuu tuottavan selvästi lämpöä.

Edit 8.2. ilta : Nyt se on uudestaan pihalla ja jäähdytystehoa sai vähentää noin neljäsosaan ja sillä kennon lämpötila oli -8°C. Kylmempi ilma auttaa selvästi.

Edit2 9.2. : Täydellä teholla kennon saa suhteellisen nopeasti jäähtymään -25°C nurkille. Maksimia en ole kokeillut saavuttaa, mutta jäähdytystehoa tuntuisi olevan riitävästi. Jäähdytysteho riippuu tosin täysin ulkoilman lämpötilasta. 

[Kuulapaa]

Ovat mittailleet Nikonhacker:issä D5100/D7000-kennojen pimeävirtaa ja liitän taulukot tänne (luvalla):



Mittausten perusteella pimeävirta tippuu noin 1/10:aan kun lämpötila muuttuu 20°C -> -5°C
D5100 kenno alkaa näyttää jäähdytettynä hyvältä, todella hyvältä :)

En tunne astro CCD-tasoja, mutta jos jollain on tiedossa niin postatkaa perään vertailumielessä.

[einari]

Onhan tuo aika hyvä.
Omassa kamerassa (Starlight Xpress Trius SX694) on näin:
"Dark current: Less than 0.003 electrons/second @ - 10C CCD temperature."

[Kuulapaa]

Yllättävän lähelle se pääsee pimeävirrassa. Toinen asia on tietysti ns kaivokapasiteetti, joka järkkäreillä pienenee rajusti herkkyyttä nostettaessa CCD-kameroihin verrattuna.

http://www.sensorgen.info/NikonD7000.html

[Timpe]

Tämä kannattaa luultavasti linkittää tähän ketjuun: http://www.qsimaging.com/blog/understanding-ccds-dark-current-versus-noise/
(ks. KAF-8300 Dark Current vs. Temperature)

[Kuulapaa]

Aina (läheskään) ei mene putkeen, tai riippuu pitkälti mitä putkella tarkoitetaan.
Nyt kuitenkin tarkoitaan epäonnistumista.

Tavoitteenani on ollut saada aikaan kinokokoinen monomodattu järkkäri ja olen paininut Nikonin D600:n kanssa. Jossain vaiheessa on kuitenkin pakko todeta, ettei ko mallin modaaminen vain onnistu. Se hetki tuli vastaan nyt. Kennojen valmistustekniikka on sen verran erilainen ja kenno herkempi, ettei modaaminen samalla metodilla vain toimi.

Ihanan halpaa lystiä 

Ps. Rikkinäisiä D600 kennoja kaupan