Wie viele Megapixel benötigen Sie?

Mehr Megapixel bedeuten nicht immer ein besseres Bild

Bei Kameras gilt eine höhere Auflösung oft als Synonym für eine bessere Bildqualität. Smartphones, Fernseher und Computerbildschirme haben uns gelehrt, dass 4K der Standard für die Videoauflösung ist und dass auch bei Fotos mehr Megapixel ein besseres Bild bedeuten. Dies führt dazu, dass Kunden häufig ein Gerät mit möglichst hoher Auflösung wünschen, weshalb sie in den technischen Daten zunächst genau nach dieser Angabe suchen.

In der Welt der Endoskopie setzen Physik und Optik Grenzen, weshalb es irreführend sein kann, sich ausschließlich auf die Auflösung zu konzentrieren. Wir erläutern Ihnen nun, warum eine hohe Megapixelzahl bei Endoskopen oft weder notwendig noch technisch sinnvoll ist.

Eine hohe Pixelanzahl führt zu kleineren Pixeln

Die wichtigste Eigenschaft eines Endoskops ist seine Fähigkeit, in enge, oft nur wenige Millimeter breite Röhren und Spalten zu passen. Das bedeutet, dass der Sensor (die Bildzelle) an der Spitze der Kamera extrem klein sein muss.

Wenn man auf diesem winzigen Bildsensor beispielsweise die für eine 4K-Auflösung erforderlichen 8,3 Millionen Pixel unterbringen möchte, müssen die einzelnen Pixel sehr präzise und unglaublich dicht angeordnet sein. Hier kommt die Physik ins Spiel. Wenn die Größe des Bildsensors gleich bleibt, die Pixelanzahl jedoch erhöht wird, verringert sich die physikalische Größe eines einzelnen Pixels. Ein kleines Pixel ist wie ein kleiner Wassereimer im Regen: Es kann in derselben Zeit viel weniger Photonen (Licht) auffangen als ein großes Pixel.

Da ein kleines Pixel weniger Licht empfängt, muss das von ihm erzeugte elektrische Signal verstärkt werden (Erhöhung des ISO-Werts). Die Verstärkung des Signals verstärkt jedoch auch Hintergrundstörungen, was sich im Bild als digitales Rauschen und Unschärfe bemerkbar macht, insbesondere bei Aufnahmen in der Dämmerung.

Das Endergebnis ist ein Bild mit 4K-Auflösung auf dem Papier, das unschärfer und verrauschter sein kann als ein Bild, das mit einem hochwertigen Sensor mit geringerer Auflösung aufgenommen wurde. Größere Pixel sind nämlich in der Lage, das wenige Licht wesentlich effizienter zu nutzen.

Optische Auflösung

Selbst wenn es uns gelänge, einen Sensor mit extrem hoher Pixeldichte zu entwickeln, stellt die Optik des Endoskops die nächste Einschränkung dar. Wenn Licht durch eine Linsenöffnung begrenzter Größe fällt, wird es abgelenkt. Dieses Phänomen wird als Beugung bezeichnet.

Die Beugung setzt der Optik eine grundlegende physikalische Auflösungsgrenze: Sie bestimmt, wie kleine Details die Linse voneinander unterscheiden kann. In kleinen optischen Systemen tritt diese Grenze besonders deutlich zutage, da eine kleine Öffnung und Miniaturoptik das Erreichen einer hohen Auflösungsfähigkeit erschweren.

Übersteigt die Pixeldichte des Sensors die tatsächliche Auflösungsfähigkeit des Objektivs, führt eine höhere Megapixelzahl nicht mehr zu einer entsprechenden Verbesserung der Detailgenauigkeit. Der Sensor erfasst dann im Wesentlichen das von der Optik erzeugte Bild genauer, nicht jedoch neue Details des Motivs.

In der Praxis wird die Bildqualität durch die gesamte Bildgebungskette bestimmt: durch das Zusammenspiel von Optik, Bildsensor, Beleuchtung und Signalverarbeitung. Ein Sensor mit sehr hoher Pixeldichte allein garantiert keine hohe Auflösung, wenn die Optik kein ausreichend detailreiches Bild liefern kann.

Herausforderungen hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit

Die Verarbeitung von 4K-Videomaterial erfordert enorme Rechenleistung. Wenn diese Verarbeitung an der Spitze des Endoskops stattfindet, entsteht dabei erhebliche Wärme.

Da an der Spitze des Endoskops keine Lüfter oder großen Kühlrippen angebracht werden können, erwärmt sich die Spitze schnell. Die Wärmebelastung kann die Leistungsfähigkeit einschränken und erfordert insbesondere bei einer kleinen Kameraspitze ein effizientes Wärmemanagement.

Zudem stellen größere Datenmengen höhere Anforderungen an die Konstruktion von Kabel und Elektronik, was sich auf Größe, Steifigkeit und Preis auswirken kann. Dies führt zwangsläufig dazu, dass das Kabel:

• dicker
• steifer
• schwerer zu verlegen

Dadurch verliert das Gerät genau jene Eigenschaften, wegen derer das Endoskop ursprünglich angeschafft wurde.

Worauf sollten Sie anstelle der Auflösung achten?

Lassen Sie sich bei der Beurteilung der Leistungsfähigkeit eines Endoskops nicht allein von der Megapixelzahl blenden. Stattdessen sollten Sie beim Kauf zunächst sicherstellen, dass die Kamera genau dorthin blickt, wo Sie es wünschen. Das heißt, die Manövrierbarkeit und die Abmessungen des Kabels sind von vorrangiger Bedeutung. Sobald sichergestellt ist, dass das Kabel die Anforderungen physisch erfüllt, können Sie sich auf andere Aspekte konzentrieren, wie beispielsweise die Lichtquelle oder die Auflösung. Dieses Thema wird auch in unserem Leitfaden für Endoskop -Käufer behandelt.