Qu’est-ce que le rolling shutter et le global shutter ?

Vous avez peut-être entendu parler du rolling shutter, souvent en mal : il provoque la déformation des objets mouvants sur les photos ou vidéo, et c’est devenu le cauchemar des cinéastes amateurs. Alors, on ne jure que par le global shutter… mais pourquoi ça ?

Le rolling shutter, un monstre à deux têtes

On parle souvent de rolling shutter pour parler des capteurs, mais il peut en réalité s’appliquer à deux phénomènes différents, l’un concernant essentiellement la photo et l’autre la vidéo.

Le « vrai » rolling shutter. A l’origine, ce terme ne s’appliquait qu’à l’obturateur (shutter, en anglais). En effet, sur les appareils photos argentique et les reflex numériques, le temps d’exposition est contrôlé par deux rideaux, un premier qui glisse vers le bas pour découvrir le capteur (ou la pellicule) suivi d’un autre qui le recouvre ensuite.

Passé une certaine vitesse (qui se trouve être la vitesse de synchronisation flash pour les mêmes raisons), la vitesse des rideaux ne suffit plus. Il faut alors déclencher le second rideau avant que le premier n’ait fini de tomber, afin de réduire le temps d’exposition de chaque ligne de la surface sensible.

Le bas de l’image a alors été photographié plus tard que le haut, ce qui fait qu’un objet se déplaçant rapidement, par exemple un train, apparaîtra penché, comme en italique, sur la photo finale. Dans le cas de mouvements circulaires, comme les pales d’un hélicoptère par exemple, il peut en résulter des déformations complètement exotiques.

Le rolling shutter de capteur CMOS. C’est celui qui fait le plus parler de lui aujourd’hui, en particulier en vidéo. Son origine est plus technique, mais on peut résumer au fait que cela est dû à la technologie du capteur. Une fois exposé, le capteur CMOS se « décharge » ligne par ligne, pixel par pixel, à la manière d’un scanner.

En photo, cela ne pose pas de problème, car c’est l’obturateur qui débute puis stoppe l’exposition : le capteur à tout le temps pour se décharger. Mais en vidéo, pas d’obturation mécanique. Les « frames » sont alors capturées et déchargées ligne par ligne, à la volée.  Aux plus hautes cadences, le haut du capteur peut même être en avance d’une image sur le bas. Le résultat est très similaire à celui cité plus haut, avec un effet encore plus dramatique du fait de la vidéo.

La solution : le global shutter

Pour éviter les défauts induits par le rolling shutter, la solution est toute trouvée : il faut que l’image soit prise en une seule fois, sur toute la surface sensible et en même temps. Les capteurs CCD, qui ont été délaissés au profit du CMOS pour des raisons de coût, ont naturellement cette capacité.

Aujourd’hui encore, les capteurs CCD sont privilégiés sur le matériel de cinéma professionnel, ainsi que dans les applications industrielles et scientifiques (notamment en microscopie et astronomie). Malheureusement, difficile de trouver aujourd’hui un appareil photo ou une caméra « tout public » utilisant un capteur CCD, une technologie qui reste chère à fabriquer et qui n’est pas très valorisante au niveau marketing (parce qu’elle est plus ancienne).

Mais les concepteurs de capteurs photographique, au premier rang desquels Sony (qui équipe entre autres de nombreux boîtiers Nikon et Pentax) et Canon, ont commencé à mettre au point des capteurs CMOS réduisant voire supprimant les désagrément du rolling shutter, ouvrant la voie à des performances supérieures en vidéo. Les touts premiers appareils ont vu le jour ces deux dernières années, et la technologie devrait se démocratiser dans les 5 ans à venir.