Hur många megapixlar behöver du?

Fler megapixlar innebär inte alltid en bättre bild

När det gäller kameror är högre upplösning ofta synonymt med bättre bildkvalitet. Smartphones, tv-apparater och datorskärmar har lärt oss att 4K är standardupplösningen för video, och även när det gäller foton innebär fler megapixlar en bättre bild. Detta leder till att kunderna ofta vill ha en enhet med så hög upplösning som möjligt, så det är just den informationen man letar efter först i de tekniska specifikationerna.

Inom endoskopin sätter fysik och optik gränser, vilket gör att det kan vara missvisande att enbart fokusera på upplösningen. Vi ska nu förklara varför ett stort antal megapixlar ofta inte är nödvändigt i ett endoskop eller ens en tekniskt rimlig lösning.

Ett stort antal pixlar leder till mindre pixlar

Endoskopets viktigaste egenskap är dess förmåga att passa in i trånga rör och sprickor, ofta bara några millimeter breda. Detta innebär att sensorn (bildsensorn) i kamerans spets måste vara extremt liten.

Om man vill anpassa till exempel de 8,3 miljoner pixlar som krävs för 4K-upplösning till denna pyttelilla bildsensor, måste de enskilda pixlarna göras mycket exakta och otroligt tätt packade. Här kommer fysiken in i bilden. När sensorns storlek förblir densamma men antalet pixlar ökas, minskar den enskilda pixelens fysiska storlek. En liten bildpunkt är som en liten hink i regnet: den kan samla in mycket färre fotoner (ljus) på samma tid som en stor bildpunkt.

Eftersom en liten bildpunkt tar emot mindre ljus måste den elektriska signalen som den genererar förstärkas (ISO-värdet höjas). Förstärkningen av signalen förstärker även bakgrundsstörningarna, vilket syns på bilden som digitalt brus och oskärpa, särskilt vid fotografering i svagt ljus.

Slutresultatet blir en bild med 4K-upplösning på papper, som kan vara oskarpare och mer brusig än en bild tagen med en högkvalitativ sensor med lägre upplösning. Större pixlar kan nämligen utnyttja det svaga ljuset betydligt effektivare.

Optisk upplösning

Även om vi skulle lyckas skapa en mycket tät bildsensor är nästa begränsning endoskopets optik. När ljuset passerar genom en linsöppning av begränsad storlek bryts det. Detta fenomen kallas diffraktion.

Diffraktion sätter en grundläggande fysikalisk upplösningsgräns för optiken: den avgör hur små detaljer linsen kan urskilja från varandra. I små optiska system blir denna begränsning särskilt tydlig, eftersom den lilla öppningen och den miniatyriserade optiken gör det svårt att uppnå hög upplösning.

Om bildsensorns pixeltäthet överstiger linsens faktiska upplösningsförmåga ger ett högre antal megapixlar inte längre någon motsvarande ökning av detaljrikedomen. Sensorn registrerar då främst den bild som optiken skapar med högre noggrannhet, inte nya detaljer från motivet.

I praktiken bestäms bildkvaliteten av hela avbildningskedjan: samverkan mellan optiken, sensorn, belysningen och signalbehandlingen. En mycket tät bildsensor garanterar inte i sig hög upplösning om optiken inte kan återge en tillräckligt detaljerad bild.

Utmaningar när det gäller användbarhet

Bearbetningen av 4K-video kräver enorma mängder datorkraft. När denna bearbetning sker i endoskopets spets alstrar den betydande mängder värme.

Eftersom det inte går att montera fläktar eller stora kylflänsar i endoskopets spets blir spetsen snabbt varm. Värmebelastningen kan begränsa prestandan och kräva effektiv värmehantering, särskilt i en liten kameraspets.

Dessutom ställer den större datamängden högre krav på kabelns och elektronikens konstruktion, vilket kan påverka storlek, styvhet och pris. Detta gör oundvikligen att kabeln:

• tjockare
• Styvare
• svårare att styra

Därmed förlorar instrumentet just de egenskaper som var anledningen till att endoskopet ursprungligen anskaffades.

Vad bör man titta på istället för upplösningen?

När du utvärderar endoskopets prestanda ska du inte låta dig bländas av enbart megapixelantalet. Istället bör du vid inköpet först se till att kameran ser precis dit du vill. Det vill säga att manövrerbarhet och kabelns mått är de viktigaste faktorerna. När du har försäkrat dig om att kabeln fysiskt uppfyller kraven kan du fokusera på andra aspekter, såsom ljuskälla eller upplösning. Detta behandlas även i vår köpguide för endoskop.