Ile megapikseli Państwo potrzebują?

Większa liczba megapikseli nie zawsze oznacza lepszą jakość zdjęcia

W przypadku aparatów fotograficznych wyższa rozdzielczość jest często równoznaczna z lepszą jakością obrazu. Smartfony, telewizory i monitory komputerowe przekonały nas, że 4K to standardowa rozdzielczość wideo, a w przypadku zdjęć większa liczba megapikseli oznacza lepszą jakość obrazu. W związku z tym klienci często poszukują urządzeń o jak najwyższej rozdzielczości, dlatego właśnie tę informację sprawdzają w specyfikacji technicznej w pierwszej kolejności.

W świecie endoskopii fizyka i optyka nakładają pewne ograniczenia, przez co skupianie się wyłącznie na rozdzielczości może wprowadzać w błąd. Wyjaśnimy teraz, dlaczego duża liczba megapikseli często nie jest w endoskopie konieczna, a nawet nie stanowi rozwiązania uzasadnionego z technicznego punktu widzenia.

Duża liczba pikseli oznacza mniejsze piksele

Najważniejszą cechą endoskopu jest jego zdolność do zmieszczenia się w wąskich, często mających zaledwie kilka milimetrów szerokości, rurkach i szczelinach. Oznacza to, że czujnik (matryca) umieszczony na końcu kamery musi być niezwykle mały.

Jeśli na tej maleńkiej matrycy ma zmieścić się na przykład 8,3 miliona pikseli wymaganych do rozdzielczości 4K, poszczególne piksele muszą być bardzo precyzyjne i niezwykle gęsto rozmieszczone. W tym miejscu do gry wkracza fizyka. Gdy rozmiar matrycy pozostaje niezmieniony, a liczba pikseli wzrasta, fizyczny rozmiar pojedynczego piksela maleje. Mały piksel jest jak małe wiadro podczas ulewy: w tym samym czasie jest w stanie zebrać znacznie mniej fotonów (światła) niż duży piksel.

Ponieważ mały piksel odbiera mniej światła, generowany przez niego sygnał elektryczny musi zostać wzmocniony (należy zwiększyć wartość ISO). Wzmocnienie sygnału powoduje również wzmocnienie zakłóceń tła, co na zdjęciu objawia się cyfrowym szumem i rozmyciem, szczególnie podczas fotografowania w słabym oświetleniu.

W rezultacie otrzymujemy zdjęcie o rozdzielczości 4K, które może być mniej ostre i bardziej zaszumione niż zdjęcie wykonane wysokiej jakości matrycą o niższej rozdzielczości. Większe piksele są bowiem w stanie znacznie skuteczniej wykorzystać słabe oświetlenie.

Rozdzielczość optyczna

Nawet gdyby udało się stworzyć matrycę o bardzo dużej gęstości, kolejnym ograniczeniem jest optyka endoskopu. Gdy światło przechodzi przez otwór soczewki o ograniczonych rozmiarach, ulega załamaniu. Zjawisko to nazywa się dyfrakcją.

Dyfrakcja wyznacza podstawową fizyczną granicę rozdzielczości układu optycznego: określa ona, jak małe szczegóły soczewka jest w stanie odróżnić od siebie. W małych układach optycznych ograniczenie to jest szczególnie widoczne, ponieważ niewielka przysłona i miniaturowa optyka utrudniają osiągnięcie wysokiej rozdzielczości.

Jeśli gęstość pikseli matrycy przekracza rzeczywistą rozdzielczość obiektywu, większa liczba megapikseli nie zapewnia już proporcjonalnego wzrostu szczegółowości. Matryca rejestruje wówczas przede wszystkim dokładniejszy obraz utworzony przez układ optyczny, a nie nowe szczegóły obiektu.

W praktyce jakość obrazu zależy od całego łańcucha obrazowania: od wspólnego oddziaływania optyki, matrycy, oświetlenia oraz przetwarzania sygnału. Sama matryca o bardzo dużej gęstości pikseli nie gwarantuje wysokiej rozdzielczości, jeśli układ optyczny nie jest w stanie przekazać wystarczająco szczegółowego obrazu.

Wyzwania związane z użytecznością

Przetwarzanie materiału wideo w rozdzielczości 4K wymaga ogromnej mocy obliczeniowej. Gdy przetwarzanie to odbywa się w końcówce endoskopu, powoduje to znaczne wydzielanie ciepła.

Ponieważ na końcówce endoskopu nie można zamontować wentylatorów ani dużych radiatorów, końcówka szybko się nagrzewa. Obciążenie cieplne może ograniczać wydajność i wymagać skutecznego zarządzania ciepłem, zwłaszcza w przypadku niewielkiej końcówki kamery.

Ponadto większa ilość danych zwiększa wymagania dotyczące konstrukcji kabla i elektroniki, co może wpływać na rozmiar, sztywność i cenę. To nieuchronnie sprawia, że kabel:

• Grubszy
• Sztywniejszy
• trudniejszy w prowadzeniu

W związku z tym urządzenie traci właśnie te cechy, dla których endoskop został pierwotnie zakupiony.

Na co warto zwrócić uwagę zamiast na rozdzielczość?

Oceniając wydajność endoskopu, nie należy skupiać się wyłącznie na liczbie megapikseli. Zamiast tego przy zakupie warto najpierw upewnić się, że kamera widzi dokładnie tam, gdzie tego Państwo oczekują. Oznacza to, że sterowalność i wymiary kabla mają priorytetowe znaczenie. Po upewnieniu się, że kabel fizycznie spełnia wymagania, można skupić się na innych kwestiach, takich jak źródło światła lub rozdzielczość. Kwestia ta została również omówiona w naszym przewodniku dla nabywców endoskopów.