Rolling Shutter : l’effet qui déforme vos photos et vidéos expliqué
Le rolling shutter est un phénomène technique qui touche la quasi-totalité des smartphones et caméras modernes, se manifestant par des distorsions visuelles lorsqu’un mouvement rapide se produit pendant la capture d’image. Les smartphones d’entrée et de milieu de gamme sont souvent plus affectés par le rolling shutter en raison de la vitesse de lecture du capteur, qui varie considérablement d’un modèle à l’autre.
Le rolling shutter, ou « obturateur déroulant » ou « obturateur à balayage », fait référence à une technique d’enregistrement d’images où le capteur ne saisit pas l’intégralité de la scène en une seule fois. Cette méthode est employée par pratiquement tous les appareils photo et smartphones sur le marché.
Contrairement à une idée reçue, quand vous appuyez sur le bouton de prise de vue ou démarrez un enregistrement vidéo, votre capteur ne capture pas toute la scène instantanément.
Il capte plutôt l’image ligne par ligne, généralement du haut vers le bas. Ce processus, bien que très rapide — en millisecondes — crée un décalage temporel entre l’enregistrement de la première et de la dernière ligne. C’est ce décalage qui entraîne les distorsions caractéristiques du rolling shutter.
Qu’est-ce que le rolling shutter ?
Pour comprendre le phénomène, pensez à un scanner à plat numérisant un document. La barre lumineuse se déplace lentement d’un bout à l’autre de la vitre. Si vous déplacez le document pendant la numérisation, l’image obtenue sera déformée, étirée ou compressée en fonction du sens du mouvement.
Le rolling shutter fonctionne sur le même principe : le 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 saisir le rolling shutter, il est utile de le comparer à son alternative : le global shutter (obturateur global).
Le global shutter capture tous les pixels du capteur en même temps, éliminant ainsi tout risque de distorsion temporelle. Cependant, cette technologie coûte plus cher à mettre en œuvre et n’est devenue accessible au grand public que récemment, notamment avec des appareils comme le Sony A9 III.
Le rolling shutter, un héritage technologique des capteurs CMOS
La majorité des appareils photo numériques, smartphones et caméras d’aujourd’hui se servent de capteurs CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Cette technologie a largement remplacé les capteurs CCD (Charge-Coupled Device) qui prédominaient 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 d’énergie réduite, vitesse de lecture élevée, intégration facile 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 traditionnel, 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 habituellement extraites rangée par rangée via des lignes de lecture communes.
Cette architecture « en lignes » est la cause 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 complique 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 ? Les raisons sont plusieurs :
1. Coût de fabrication : les capteurs global shutter nécessitent une architecture plus complexe
2. Taille des pixels : les composants supplémentaires diminuent la surface photosensible
3. Sensibilité : historiquement, les capteurs global shutter étaient moins performants en conditions de faible luminosité
4. Plage dynamique : certains compromis pouvaient affecter la latitude d’exposition
Ces limites expliquent pourquoi le rolling shutter reste la norme, même si les avancées technologiques récentes permettent désormais de proposer des capteurs global shutter avec des 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, aussi appelé « skew » en anglais. Ce phénomène se produit lorsque la caméra effectue un mouvement horizontal rapide (panoramique) ou lorsqu’un objet traverse rapidement le cadre.
Comment cela se produit-il ? Prenons l’exemple d’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, lorsque le bas est capturé, le bâtiment s’est « déplacé » vers la gauche dans le cadre (car la caméra a poursuivi son mouvement)
- Résultat : le bâtiment semble penché, comme s’il était incliné
Ce phénomène est particulièrement visible sur des éléments verticaux : immeubles, arbres, poteaux, encadrements de portes, cordes de guitare, etc.
L’effet de vibration ou « jello effect »
Lorsque la caméra est soumise à des vibrations au lieu d’un mouvement continu, le rolling shutter produit un effet ondulant caractéristique, souvent assimilé à de la gelée qui tremble – d’où son nom anglais « jello effect » ou « wobble ».
Ce phénomène est extrêmement courant dans les situations suivantes :
- Prise de vue depuis un véhicule en mouvement sur une route dégradée
- Utilisation de drones soumis aux vibrations des moteurs
- Marche ou course avec un smartphone ou une caméra d’action
- Fixation sur un vélo, une moto ou un casque sans stabilisation adéquate
Les images semblent alors « onduler » de façon désagréable, offrant une impression de distorsion permanente particulièrement pénible 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 :
- Les hélices d’avion ou d’hélicoptère qui semblent courbées, tordues ou fragmentées
- Les pales de ventilateurs 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 spécifique.
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, en particulier 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 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 est de même pour les écrans avec des taux de rafraîchissement de 30, 60 ou 120 Hz qui peuvent générer des bandes noires visibles à cause du rolling shutter. On parle alors d’effet de flickering, ou de scintillement.
L’effet de flash partiel
Lorsqu’un flash externe non synchronisé est utilisé ou lors 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 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 réapparaître 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 selon :
- La vitesse de lecture du capteur : les chips plus récents et de haute gamme offrent généralement des temps de lecture plus courts ;
- Le traitement logiciel : certains fabricants appliquent des corrections algorithmiques ;
- La stabilisation : OIS (optique) et EIS (électronique) peuvent soit masquer soit amplifier certains effets ;
- Les iPhone récents (à partir des séries 13/14) et les Samsung Galaxy S haut de gamme affichent souvent de bonnes performances, avec des temps de lecture courts limitant les distorsions. Les smartphones d’entrée et milieu de gamme sont souvent plus sensibles à ce phénomène.
Les appareils photo hybrides et reflex
Les appareils hybrides (sans miroir) sont particulièrement concernés car ils fonctionnent soit avec un obturateur mécanique, soit avec un obturateur électronique – ce dernier étant systématiquement en rolling shutter (à moins qu’il s’agisse d’un global shutter).
Avec obturateur mécanique : le rolling shutter est considérablement réduit car l’obturateur physique « découvre » et « recouvre » le capteur de manière contrôlée. Cependant, des artefacts peuvent apparaître à très haute vitesse.
Avec obturateur électronique : le rolling shutter est pleinement présent et peut devenir problématique, en particulier en mode rafale silencieuse ou en vidéo.
Les reflex traditionnels sont généralement moins affectés en photographie grâce à leur obturateur mécanique, mais le problème se pose à nouveau en mode vidéo (Live View).
Les caméras professionnelles et cinéma
Le secteur professionnel a longtemps dû composer avec le rolling shutter, développant des techniques de tournage adaptées.
Les caméras de cinéma haut de gamme (RED, ARRI, Blackmagic, Sony Venice) proposent des capteurs à lecture extrêmement rapide qui minimisent le problème, sans jamais l’éliminer totalement – sauf pour les modèles récents équipés de global shutter.
Les action cams et caméras embarquées
Les GoPro, DJI Action et autres caméras d’action sont particulièrement exposées 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 persiste.
Les drones
Les drones cumulent plusieurs facteurs aggravants :
- Vibrations des moteurs transmises à la nacelle
- Mouvements rapides (translations, rotations)
- Capteurs souvent compacts avec lecture plus lente
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 vulnérables.
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
Plus ce temps est court, moins les effets du rolling shutter seront visibles.
Test pratique : le panoramique rapide
Un test 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 prononcé. Plus l’inclinaison est marquée, 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 favorise souvent une approche plus cinématographique et posée.
2. Stabiliser au maximum
Une bonne stabilisation diminue 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
De nombreux appareils proposent un mode « anti-scintillement » automatique.
Les réglages de l’appareil
1. En photo, privilégier l’obturateur mécanique quand c’est possible
Pour les appareils hybrides, utilisez l’obturateur mécanique (ou le premier rideau électronique) plutôt que l’obturateur entièrement électronique lorsque le rolling shutter est problématique. 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.
Cependant, il existe 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 en post-production constitue un filet de sécurité, mais n’est pas une solution miracle. Il vaut mieux prévenir que guérir.
Le global shutter : la solution définitive ?
En 2023, un tournant a été franchi avec l’annonce du Sony A9 III, premier appareil hybride plein format doté d’un capteur global shutter empilé (stacked global shutter). Cette technologie, longtemps réservée aux caméras industrielles et scientifiques, est enfin accessible aux photographes et vidéastes.
Les avantages du global shutter
Aucune distorsion : par définition, le global shutter élimine tous les artefacts associés 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 posait des limitations, le global shutter permet un fonctionnement parfaitement silencieux sans 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 destinés au grand public présentent encore certaines caractéristiques à prendre en compte :
- Résolution : le Sony A9 III propose « seulement » 24,6 Mpx, un chiffre modeste comparé aux 45-60 Mpx de certains concurrents. Les composants supplémentaires du global shutter prennent de la place.
- Prix : le tarif reste élevé (environ 6 500 euros pour le boîtier seul), limitant son accessibilité.
- Plage dynamique : bien que les performances soient excellentes, certains tests suggèrent une légère différence avec les meilleurs capteurs rolling shutter dans des conditions extrêmes.
Ces compromis diminueront à mesure que la technologie progressera et se répandra.
L’entre-deux : capteurs empilés (stacked) et semi-empilés
Si le Global Shutter reste l’idéal, les fabricants ont mis au point une solution intermédiaire particulièrement 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 traditionnel, les photodiodes (qui enregistrent 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.
Cette intégration directe des données permet une extraction beaucoup plus rapide.
- Résultat : Le temps de lecture (readout time) chute considérablement. Sur des appareils tels que le Nikon Z9 ou le Sony A1, la lecture est si rapide (environ 4 ms) que l’obturateur mécanique devient superflu. 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 vise à offrir les bénéfices en vitesse sans le coût élevé du « tout empilé ».
Dans ce cas, seule une partie des circuits de traitement est positionnée sur les bords ou en couches partielles pour accélérer la lecture par rapport à un capteur classique, sans atteindre la complexité d’une architecture complètement empilée. C’est une solution qui permet de réduire le rolling shutter de deux à trois fois par rapport aux capteurs standards, rendant la vidéo 4K à haute fréquence d’images beaucoup plus propre pour le milieu de gamme.