Le rolling shutter, que l’on pourrait traduire par « obturateur déroulant » ou « obturateur à balayage », désigne une méthode de capture d’image où le capteur n’enregistre pas l’intégralité de la scène au même instant. C’est même la méthode de pratiquement tous les appareils photo et smartphones du marché.
Contrairement à ce que l’on pourrait intuitivement penser, lorsque vous appuyez sur le déclencheur ou lancez un enregistrement vidéo, votre capteur ne capture pas toute la scène d’un seul coup.
À la place, l’image est capturée ligne par ligne, généralement du haut vers le bas du capteur. Ce processus, bien qu’extrêmement rapide — nous parlons de millisecondes — crée un décalage temporel entre le moment où la première ligne est enregistrée et celui où la dernière ligne l’est. C’est précisément ce décalage qui est à l’origine des distorsions caractéristiques du rolling shutter.
Qu’est-ce que le rolling shutter ?
Pour bien comprendre le phénomène, imaginez un scanner à plat en train de numériser un document. La barre lumineuse se déplace progressivement d’un bout à l’autre de la vitre. Si vous bougez le document pendant la numérisation, vous obtiendrez une image déformée, étirée ou compressée selon le sens du mouvement.
Le rolling shutter fonctionne exactement sur le même principe : votre capteur « scanne » la scène de haut en bas, et tout mouvement survenant pendant ce balayage sera enregistré de manière déformée.
Rolling shutter vs Global shutter : deux philosophies opposées
Pour mieux appréhender le rolling shutter, il est essentiel de le comparer à son alternative : le global shutter (obturateur global).
Le global shutter capture l’ensemble des pixels du capteur exactement au même moment, et élimine ainsi tout risque de distorsion temporelle. Cependant, cette technologie reste plus coûteuse à implémenter et n’est devenue accessible pour le grand public que très récemment, notamment avec des appareils comme le Sony A9 III.
Le rolling shutter, un héritage technologique des capteurs CMOS
L’immense majorité des appareils photo numériques, smartphones et caméras actuels utilisent des capteurs CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Cette technologie a largement supplanté les capteurs CCD (Charge-Coupled Device) qui dominaient le marché dans les années 1990 et 2000.
Pour aller plus loin
Tout comprendre des capteurs de vos appareils photo et smartphones
Les capteurs CMOS présentent de nombreux avantages : consommation électrique réduite, vitesse de lecture élevée, intégration facilitée de fonctions supplémentaires directement sur le capteur, et coûts de production maîtrisés. Cependant, leur architecture favorise naturellement une lecture séquentielle des données, ligne après ligne.
Une question d’architecture électronique
Dans un capteur CMOS classique, chaque photosite (pixel) possède son propre amplificateur et peut être lu individuellement. Toutefois, pour des raisons d’efficacité et de simplicité de conception, les données sont généralement extraites rangée par rangée via des lignes de lecture communes.
Cette architecture « en lignes » est à l’origine directe du rolling shutter. Modifier ce fonctionnement pour obtenir un global shutter nécessite d’ajouter des composants supplémentaires (notamment des condensateurs de stockage pour chaque pixel), ce qui complexifie la conception, augmente les coûts et peut réduire la surface photosensible effective de chaque pixel.
Les compromis techniques du global shutter
Si le global shutter semble être la solution idéale, pourquoi n’est-il pas généralisé ? La réponse tient en plusieurs points :
1. Coût de fabrication : les capteurs global shutter nécessitent une architecture plus complexe
2. Taille des pixels : les composants supplémentaires réduisent la surface photosensible
3. Sensibilité : historiquement, les capteurs global shutter étaient moins performants en basse lumière
4. Plage dynamique : certains compromis pouvaient affecter la latitude d’exposition
Ces limitations expliquent pourquoi le rolling shutter reste la norme, même si les progrès technologiques récents permettent désormais de proposer des capteurs global shutter aux performances comparables, voire supérieures dans certains domaines.
Les manifestations visuelles du rolling shutter
L’effet le plus courant et le plus reconnaissable du rolling shutter est le cisaillement, également appelé « skew » en anglais. Il se manifeste lorsque la caméra effectue un mouvement horizontal rapide (panoramique) ou lorsqu’un objet traverse rapidement le cadre.
Comment ça se produit ? Imaginons un panoramique vers la droite filmant un bâtiment vertical :
- Quand le haut de l’image est capturé, le bâtiment se trouve à une certaine position
- Quelques millisecondes plus tard, quand le bas est capturé, le bâtiment s’est « déplacé » vers la gauche dans le cadre (puisque la caméra a continué son mouvement)
- Résultat : le bâtiment apparaît penché, comme s’il était incliné
Ce phénomène est particulièrement visible sur les éléments verticaux : immeubles, arbres, poteaux, encadrements de portes, cordes de guitare, etc.
L’effet de vibration ou « jello effect »
Lorsque la caméra subit des vibrations plutôt qu’un mouvement continu, le rolling shutter produit un effet ondulant caractéristique, souvent comparé à de la gelée qui tremble – d’où son nom anglais de « jello effect » ou « wobble ».
Ce phénomène est extrêmement courant dans les situations suivantes :
- Prise de vue depuis un véhicule en mouvement sur route dégradée
- Utilisation de drones soumis aux vibrations des moteurs
- Marche ou course avec un smartphone ou une action cam
- Fixation sur vélo, moto ou casque sans stabilisation adaptée
L’image semble alors « onduler » de manière désagréable, donnant une impression de distorsion permanente particulièrement gênante à regarder.
La déformation des objets en rotation
C’est sans doute la manifestation la plus spectaculaire du rolling shutter : les objets en rotation rapide apparaissent complètement déformés, parfois de manière surréaliste.
Les exemples les plus frappants incluent :
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- Les hélices d’avion ou d’hélicoptère qui semblent courbées, tordues ou fragmentées
- Les pales de ventilateur qui prennent des formes impossibles
- Les roues de voiture qui apparaissent ovales ou déformées
- Les rotors de drone qui dessinent des motifs étranges
Cette déformation s’explique par le fait que, pendant le temps de balayage du capteur, l’objet en rotation a changé de position. Chaque ligne de l’image capture donc l’hélice ou la roue à un angle différent, créant cette distorsion caractéristique.
Le banding sous éclairage artificiel
Un effet moins connu mais tout aussi problématique est l’apparition de bandes horizontales lors de prises de vue sous certains éclairages artificiels, particulièrement les néons et les LED fonctionnant en PWM (modulation de largeur d’impulsion).
Ces sources lumineuses ne produisent pas une lumière continue, mais clignotent à très haute fréquence (généralement synchronisée avec la fréquence du réseau électrique : 50 Hz en Europe, 60 Hz en Amérique du Nord). L’œil humain ne perçoit pas ce scintillement, mais le capteur en rolling shutter peut « voir » ces variations d’intensité ligne par ligne, créant des bandes plus ou moins lumineuses sur l’image.
Il en va de même pour les écrans avec leur taux de rafraîchissement de 30, 60 ou 120 Hz qui peuvent générer des bandes noires visibles en raison du rolling shutter. C’est ce qu’on qualifie d’effet de flickering, ou de scintillement.
L’effet de flash partiel
Lors de l’utilisation d’un flash externe non synchronisé ou d’un éclair naturel, le rolling shutter peut capturer une image partiellement éclairée. Seule une portion de l’image (correspondant aux lignes exposées au moment précis de l’éclair) apparaîtra correctement illuminée, le reste étant sous-exposé.
Ce phénomène était historiquement géré par la « vitesse de synchronisation flash » sur les appareils à obturateur mécanique, mais il peut ressurgir avec les obturateurs électroniques modernes.
Quels appareils sont concernés par le rolling shutter ?
Les smartphones
Tous les smartphones utilisent des capteurs CMOS en rolling shutter. Cependant, les performances varient considérablement d’un modèle à l’autre en fonction de :
- La vitesse de lecture du capteur : les puces les plus récentes et haut de gamme offrent généralement des temps de lecture plus courts ;
- Le traitement logiciel : certains fabricants implémentent des corrections algorithmiques ;
- La stabilisation : OIS (optique) et EIS (électronique) peuvent masquer ou amplifier certains effets ;
- Les iPhone récents (à partir de la série 13/14) et les Samsung Galaxy S haut de gamme présentent généralement de bonnes performances, avec des temps de lecture courts limitant les distorsions. Les smartphones d’entrée et milieu de gamme sont souvent plus affectés.
Les appareils photo hybrides et reflex
Les appareils hybrides (sans miroir) sont particulièrement concernés car ils peuvent fonctionner soit avec un obturateur mécanique, soit avec un obturateur électronique – ce dernier étant systématiquement en rolling shutter (sauf global shutter).
Avec obturateur mécanique : le rolling shutter est fortement atténué car l’obturateur physique « découvre » et « recouvre » le capteur de manière contrôlée. Des artefacts peuvent toutefois apparaître à très haute vitesse.
Avec obturateur électronique : le rolling shutter est pleinement présent et peut poser problème, notamment en rafale silencieuse ou en vidéo.
Les reflex traditionnels sont généralement moins affectés en photo grâce à leur obturateur mécanique, mais le problème resurgit intégralement en mode vidéo (Live View).
Les caméras professionnelles et cinéma
Le monde professionnel a longtemps composé avec le rolling shutter, développant des techniques de tournage adaptées.
Les caméras cinéma haut de gamme (RED, ARRI, Blackmagic, Sony Venice) proposent des capteurs à lecture extrêmement rapide qui minimisent le problème, mais ne l’éliminent pas totalement – sauf pour les modèles récents équipés de global shutter.
Les action cams et caméras embarquées
Les GoPro, DJI Action et autres action cams sont des candidates naturelles aux problèmes de rolling shutter en raison de leur utilisation typique : sports extrêmes, vibrations, mouvements rapides. Les fabricants ont considérablement amélioré les temps de lecture ces dernières années, mais le phénomène reste présent.
Les drones
Les drones cumulent plusieurs facteurs aggravants :
- Vibrations des moteurs transmises à la nacelle
- Mouvements rapides (translations, rotations)
- Capteurs souvent compacts avec lecture moins rapide
Les modèles haut de gamme (DJI Mavic 4 Pro, Air 3S, Mini 5 Pro, etc.) intègrent des nacelles stabilisées sophistiquées et des capteurs performants qui limitent considérablement le problème. Les drones d’entrée de gamme restent plus sensibles.
Comment mesurer le rolling shutter de votre appareil ?
Le readout time : la mesure de référence
La mesure objective du rolling shutter est le readout time (temps de lecture), exprimé en millisecondes (ms). Il représente le temps nécessaire au capteur pour lire l’intégralité de l’image, du premier au dernier pixel.
Voici des ordres de grandeur typiques :
- Smartphone haut de gamme récent : 5-10 ms
- Smartphone milieu de gamme : 15-30 ms
- Appareil hybride (obturateur électronique) : 10-30 ms
- Caméra cinéma professionnelle : 8-15 ms
- Caméra global shutter : 0 ms (théorique) ou < 1 ms
Plus ce temps est court, moins les effets du rolling shutter seront visibles.
Test pratique : le panoramique rapide
Un test plus empirique, mais révélateur, consiste à réaliser un panoramique horizontal très rapide en filmant un environnement comportant de nombreuses verticales (immeubles, forêt, bibliothèque).
Analysez ensuite l’image en pause : si les verticales sont significativement inclinées, votre appareil présente un rolling shutter marqué. Plus l’inclinaison est prononcée, plus le temps de lecture est long.
Comment éviter ou réduire les effets du rolling shutter
Au moment du tournage vidéo
1. Ralentir les mouvements de caméra
Les panoramiques lents génèrent moins de distorsions que les mouvements brusques. Cette contrainte peut sembler limitante, mais elle encourage souvent une approche plus cinématographique et posée.
2. Stabiliser au maximum
Une bonne stabilisation réduit les vibrations sources de jello effect :
- Utilisation d’un trépied ou monopode pour les plans fixes
- Gimbal (stabilisateur 3 axes) pour les mouvements fluides
- Steadicam ou systèmes similaires pour les suivis
- Cage et poignées pour un meilleur contrôle manuel
3. Éviter de filmer des objets en rotation rapide
Si possible, évitez de cadrer directement des hélices, ventilateurs ou roues en mouvement. Lorsque c’est inévitable, une vitesse d’obturation très élevée peut figer l’objet et limiter (sans éliminer) la distorsion.
4. Gérer l’éclairage artificiel
Sous néons ou LED, synchronisez votre vitesse d’obturation avec la fréquence du réseau :
- Europe (50 Hz) : 1/50, 1/100 ou multiples
- Amérique du Nord (60 Hz) : 1/60, 1/120 ou multiples
Beaucoup d’appareils proposent un mode « anti-scintillement » automatique.
Les réglages de l’appareil
1. En photo, privilégier l’obturateur mécanique quand c’est possible
Sur les appareils hybrides, utilisez l’obturateur mécanique (ou le premier rideau électronique) plutôt que l’obturateur entièrement électronique lorsque le rolling shutter pose problème. Vous perdrez la rafale silencieuse et certaines vitesses maximales, mais gagnerez en fidélité géométrique.
2. Explorer les différents modes vidéo
Certains appareils présentent des temps de lecture différents selon le mode vidéo choisi :
- Le mode crop peut avoir un readout plus rapide (moins de lignes à lire)
- Les résolutions inférieures sont parfois moins affectées
- Le mode HFR (haute fréquence d’images) peut modifier le comportement
- Testez les différentes options de votre appareil pour identifier les modes les moins sensibles.
3. Augmenter la vitesse d’obturation
Une vitesse d’obturation élevée (1/500, 1/1000 ou plus) ne supprime pas le rolling shutter, mais peut atténuer certains effets en figeant le mouvement au sein de chaque ligne. C’est un palliatif partiel, pas une solution.
La correction en post-production
Les logiciels de montage vidéo modernes intègrent des outils de correction du rolling shutter plus ou moins efficaces :
- Adobe Premiere Pro : effet « Correction de l’obturateur déroulant » (Rolling Shutter Repair) dans les effets vidéo. Permet d’ajuster l’intensité de correction.
- DaVinci Resolve : correction intégrée dans l’onglet stabilisation, avec contrôle du rolling shutter.
- Final Cut Pro : option de correction dans l’inspecteur vidéo, fonctionnant bien sur les séquences légèrement affectées.
- After Effects : effet « Réparation de l’obturateur déroulant » offrant un contrôle plus fin pour les cas complexes.
Mais attention, il y a des limites à la correction logicielle :
- Fonctionne bien sur le skew (cisaillement) simple
- Moins efficace sur le jello effect complexe
- Peut introduire des artefacts ou du flou sur les bords
- Augmente le temps de rendu
- Ne peut pas récupérer des informations perdues
La correction post-production est un filet de sécurité, pas une solution miracle. Mieux vaut prévenir que guérir.
Le global shutter : la solution définitive ?
L’année 2023 a marqué un tournant avec l’annonce du Sony A9 III, premier appareil hybride plein format équipé d’un capteur global shutter empilé (stacked global shutter). Cette technologie, longtemps réservée aux caméras industrielles et scientifiques, devient enfin accessible aux photographes et vidéastes.
Les avantages du global shutter
Zéro distorsion : par définition, le global shutter élimine tous les artefacts liés au rolling shutter. Hélices, panoramiques, vibrations : tout est capturé fidèlement en une seule fois.
Synchronisation flash illimitée : sans contrainte de balayage, le flash peut être synchronisé à n’importe quelle vitesse, ouvrant de nouvelles possibilités créatives (flash en plein jour à 1/8000s par exemple).
Obturateur silencieux sans compromis : là où l’obturateur électronique en rolling shutter imposait des limitations, le global shutter permet un fonctionnement parfaitement silencieux sans aucun inconvénient.
Rafales ultra-rapides : le Sony A9 III peut atteindre 120 images par seconde sans blackout ni distorsion.
Les compromis actuels
Les premiers capteurs global shutter grand public présentent encore quelques caractéristiques à connaître :
- Résolution : le Sony A9 III propose « seulement » 24,6 Mpx, un chiffre modeste face aux 45-60 Mpx de certains concurrents. Les composants supplémentaires du global shutter occupent de la place.
- Prix : le tarif reste élevé (environ 6 500 euros pour le boîtier seul), limitant l’accessibilité.
- Plage dynamique : si les performances sont excellentes, certains tests suggèrent une légère différence avec les meilleurs capteurs rolling shutter dans les conditions extrêmes.
Ces compromis diminueront à mesure que la technologie mûrira et se démocratisera.
L’entre-deux : capteurs empilés (stacked) et semi-empilés
Si le Global Shutter reste le graal, les constructeurs ont développé une solution intermédiaire extrêmement efficace pour réduire le rolling shutter à un niveau presque imperceptible : l’évolution de l’architecture CMOS.
Le capteur empilé (Stacked CMOS) : la vitesse pure
Dans un capteur CMOS classique, les photodiodes (qui captent la lumière) et les circuits de traitement sont sur la même couche. Cela crée un goulot d’étranglement pour l’évacuation des données.
Le capteur empilé (Stacked) change la donne en superposant plusieurs couches :
- La couche photo-sensible en haut.
- Une couche de mémoire vive (DRAM) et de circuits logiques juste en dessous.
Grâce à cette mémoire intégrée directement au « dos » du capteur, les données sont évacuées à une vitesse bien plus élevée.
- Résultat : Le temps de lecture (readout time) chute drastiquement. Sur un appareil comme le Nikon Z9 ou le Sony A1, la lecture est si rapide (environ 4 ms) que l’obturateur mécanique devient inutile. Le rolling shutter est toujours présent techniquement, mais il est devenu invisible à l’œil nu dans 99 % des situations.
Le capteur semi-empilé : le nouveau compromis
Apparu plus récemment (notamment avec le Nikon Z6 III), le capteur semi-empilé cherche à offrir les bénéfices de la vitesse sans le coût exorbitant du « tout empilé ».
Ici, seule une partie des circuits de traitement est placée sur les bords ou en couches partielles pour accélérer la lecture par rapport à un capteur classique, sans atteindre la complexité d’une architecture empilée complète. C’est une solution qui permet de diviser le rolling shutter par deux ou trois par rapport aux capteurs standards, rendant la vidéo 4K à haute fréquence d’images bien plus propre pour le milieu de gamme.
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