X-T1 : Obturateur électronique
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Les limites de l’obturateur électronique

L’obturateur électronique, arrivé en 2014 avec le Fujifilm X-T1, permet d’atteindre des vitesses qui vont au delà du 1/4000s maximum autorisé par l’obturateur mécanique de l’appareil. Mais en l’utilisant, certains photographes ont eu quelques surprises…

 

L’été dernier, en balade photographique dans un parc, j’ai croisé deux personnes qui pilotaient un drone équipé d’une caméra vidéo. Ce drone assez impressionnant par son envergure, et qui ressemblait à une grosse araignée volante, m’a amusé et j’ai sorti mon X-T1 et mon XF 55-200 pour lui tirer le portrait.

Par cette belle journée ensoleillée, la luminosité ambiante était largement suffisante pour travailler à 200 ISO et j’ai réglé mon ouverture sur f/4 laissant l’appareil choisir la vitesse adéquate pour l’exposition. Comme le boîtier était configuré pour utiliser l’obturateur mécanique + électronique, c’est ce dernier qui fut utilisé pour atteindre les 1/4700s calculés par le processeur.

Voici la photo :

X-T1 : Utilisation de l'obturateur électronique

X-T1, obturateur électronique, 1/4700s à f/4, ISO 200

 

Le résultat est surprenant : les hélices sont complètement déformées et des morceaux semblent même désolidarisés du reste.

Constatant mon erreur, j’ai désactivé l’obturateur électronique et pris une autre photo cette fois avec l’obturateur mécanique et à f/8 pour que la vitesse d’obturation soit inférieure au 1/4000s maximum dans ce mode :

X-T1 : Utilisation de l'obturateur mécanique

X-T1, obturateur mécanique, 1/1250s à f/8, ISO 200

 

C’est beaucoup mieux : les hélices montrent un flou de mouvement mais elles ne sont pas déformées comme sur la photo précédente.

 

Pourquoi l’obturateur électronique déforme t-il l’image ?

L’explication découle du principe de fonctionnement de l’obturateur électronique.

Lorsque vous choisissez ce mode, le capteur est balayé électroniquement comme illustré ici :

 

Durant ce balayage, effectué ligne par ligne, chaque pixel est ré-initialisé, exposé durant le temps de pose choisi, puis lu. Par exemple, si vous choisissez une vitesse d’obturation de 1/16000s, chaque ligne de l’image est exposée durant 1/16000s, puis la ligne suivante est exposée, puis la suivante, et ainsi de suite jusqu’à la fin du processus de balayage.

Mais, et c’est très important pour comprendre le phénomène de déformation, ceci ne veut pas dire que l’ensemble du capteur est balayé en 1/16000s ! Le processus dans sa globalité est bien plus lent (approximativement 1/30s* pour balayer tout le capteur). Il faut donc bien comprendre que le délai de 1/16000s s’applique au temps d’exposition de chaque ligne de pixels, mais que l’exposition et la lecture de l’ensemble des pixels de l’image prend beaucoup plus de temps.

C’est le temps de balayage complet du capteur qui provoque le phénomène de déformation.

Pour illustrer le problème, prenons l’exemple d’une balle de tennis qui traverse l’image de gauche à droite à haute vitesse :

 

Au moment où le photographe appuie sur le déclencheur, la balle de tennis de trouve dans la zone de pixels encadrée ci-dessous :

 

Mais durant le temps nécessaire au balayage du capteur dans sa totalité (nos 1/30s arbitraires), la balle a changée de position de par son mouvement rapide :

 

Ce changement de position permanent de la balle durant le processus progressif de balayage du capteur fait qu’au moment de la lecture d’un pixel ou se trouvait la balle au déclenchement, celle-ci n’y est plus, et inversement la balle se trouve sous à la position d’un autre pixel alors qu’elle n’y était pas lors du déclenchement. Pour comprendre cette dernière phrase, le graphique suivant est explicite :

 

L’image finale étant recomposée, à la fin du processus de balayage, à partir des données de chaque pixel lu, la photo ressemble (schématiquement) à ceci :

 

Voila pourquoi la photo du drone montre des hélices complètement déformées, elles tournent tellement vite par rapport au temps de balayage complet du capteur que le même effet expliqué ci-dessus s’est produit.

* je ne connais pas avec exactitude le temps total de balayage, mais sur le forum du site Luminous Landscape un internaute a effectué un calcul qui semble donner une valeur approchant les 1/30s, je reprend donc cette valeur en remerciant la personne qui m’a fait passer cette information !

 

Et l’obturateur mécanique ?

L’obturateur mécanique fonctionne différemment : il s’agit de deux volets mécaniques (aussi appelés « rideaux ») qui recouvrent le capteur et qui s’ouvrent durant le temps de pose choisi pour laisser la lumière atteindre le capteur.

Suivant la vitesse d’obturation demandée, le capteur peut-être complètement ou partiellement découvert. Dans le 2ème cas les volets agissent comme une fenêtre glissante d’exposition.

On pourrait penser que ce « balayage » provoque le même phénomène de déformation. En théorie, oui. Mais il faut savoir que l’obturateur mécanique est infiniment plus rapide à balayer la surface du capteur que ne l’est l’obturateur électronique, et de ce fait, même s’il peut y avoir une déformation de l’image, celle-ci est négligeable et le plus souvent imperceptible.

C’est pourquoi, pour les sujets aux mouvements très rapides, il est nécessaire d’employer l’obturateur mécanique uniquement.

 

Obturateur électronique et flash

La documentation indique qu’il n’est pas possible d’utiliser le flash avec l’obturateur électronique. Ceci découle du même phénomène qu’expliqué précédemment : le flash émet un éclair extrêmement rapide, bien plus rapide que le temps de balayage du capteur. Ainsi, comme pour notre balle de tennis, la lecture de certains pixels de l’image est effectuée durant l’illumination par le flash, alors que la lecture des autres pixels est effectuée après que le flash ait coupé son éclairage. Au final la photo est éclairée en partie et non dans sa totalité. Comme il n’est pas possible d’obtenir une photo homogène au flash avec l’obturateur électronique, Fujifilm a désactivé l’usage du flash dans ce mode.

Il en va de même avec les éclairages fluorescents dont la lumière est scintillante : à cause du même phénomène il est déconseillé de l’utiliser avec ce type d’éclairage au risque de se retrouver avec des bandes d’intensités lumineuses variables sur la photo.

 

Quand utiliser l’obturateur électronique ?

Comme nous l’avons vu, l’obturateur électronique est à proscrire dans certains conditions : sujets en mouvement rapide, utilisation du flash, éclairages scintillants.

En dehors de ces conditions particulières, l’obturateur électronique est tout aussi valable que sa version mécanique, et même parfois préférable car il offre certains avantages :

  • il est complètement silencieux, ceci est très appréciable durant les concerts et les cérémonies
  • il évite les micro flous de bouger provoqués par les vibrations de l’obturateur mécanique en mouvement
  • il permet d’atteindre une vitesse d’obturation allant jusqu’à 1/32000s
  • il consomme moins d’énergie et est plus fiable car il n’y a aucune pièce en mouvement

N’hésitez donc pas à l’utiliser pour tous les sujets statiques ou en déplacement lent.

L’activation de l’obturateur électronique s’effectue dans le menu MENU PARAMÈTRES 5 > TYPE DE DÉCLENCHEUR

  • DÉCLENCHEUR MÉCANIQUE : active l’obturateur mécanique uniquement
  • DÉCLENCHEUR ÉLECTR. : active l’obturateur électronique uniquement
  • MÉCANIQUE + ÉLECTRONIQUE : donne la priorité à l’obturateur mécanique, mais active automatiquement l’obturateur électronique au delà du 1/4000s
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6 Commentaires

  • Répondre Occo Hellendoorn 1 septembre 2016 à 21 h 46 min

    Bonjour Gil,
    Le hasard faisant bien les choses, j’ai lu cet article il y a une semaine environ.
    Hier et ce matin, prenant des photos de travaux, je remarque sur l’image finale des bandes plus claires verticales.
    Peu prononcées sur certains clichés, j’ai mis un certain temps à les remarquer, il faut dire que j’ai un peu perdu l’habitude de contrôler mes images à l’écran arrière.
    Ce matin le premier cliché ressemblait à une prison : les bandes verticales étaient si prononcées que la photo était inexploitable…
    J’étais dans un atelier aux grandes baies vitrées mais avec des ensembles de néons allumés au plafond…
    J’éteins les néons pour un cliché d’essai…plus la moindre bande verticale…
    Je rallume les néons, pour les ouvriers en cours de travail et passe en…obturateur mécanique !
    Bingo ! Les clichés sont impeccables !
    J’ai songé à votre article…
    J’avais choisi le déclencheur électrique parce que la moitié des ouvrier ont marqué une réticence, pas une hostilité mais un doute, en déclencheur électrique je ménageait leur sensibilité…

    • Répondre Gil 2 septembre 2016 à 14 h 08 min

      Bonjour Occo,
      Voila qui me fait plaisir, lorsque l’écriture de ces articles rend service comme c’est le cas pour vous.

  • Répondre Djano 6 juin 2016 à 20 h 46 min

    Excellent article, mais il y a une chose qui me chiffonne, il y a longtemps déjà (20 ans) je travaillais sur des capteurs ccd en matrice et nous avions la possibilité de figer tous les pixels de la matrice simultanément . Alors pourquoi pas maintenant ? Surement un problème électronique de gravure, de place, d’épaisseur ??
    Mystère

    • Répondre Gil 7 juin 2016 à 9 h 15 min

      Bonjour Djano,
      C’est étonnant en effet, mais je ne saurai vous répondre, mes compétences en électronique ne sont pas assez étendues pour cela.

      • Répondre FMN 13 juin 2016 à 13 h 59 min

        Bonjour,
        les CCD en matrices permettent effectivement de figer tous les photosites simultanément. Mais les CCD se font rares, quasiment tous les capteurs d’images sont maintenant des CMOS. Leur mode d’adressage est plus fin, mais fonctionnent ligne par ligne (rolling shutter), d’où le problème. Il existe des capteurs destinés à la vidéo rapide avec un fonctionnement plus global (global shutter), mais c’est très cher.

        • Répondre Gil 13 juin 2016 à 14 h 04 min

          Bonjour,
          Merci pour vos explications !

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