Le phénomène de rolling shutter fait référence à la distorsion qui se produit lorsqu’une caméra capture un sujet en mouvement rapide. Cette distorsion, parfois appelée distorsion de rolling shutter, survient lorsque l’image est prise avec un capteur dont les lignes sont exposées successivement plutôt que simultanément. Par exemple, si vous filmez un train passant à grande vitesse depuis un quai, l’image capturée peut présenter une déformation en biais, comme celle montrée dans l’exemple de rolling shutter ci-dessous. Cela illustre le phénomène de distorsion de rolling shutter.
Ce phénomène provoque une distorsion en biais lorsque des objets se déplacent horizontalement, mais si un objet se déplace verticalement, il semble s’étirer ou se contracter. De plus, ce phénomène se produit également lorsque des objets en rotation rapide, comme un ventilateur ou une hélice, sont filmés. Alors, pourquoi ce phénomène se produit-il ? Voyons les causes de cette distorsion.
Causes du phénomène de distorsion du rolling shutter
Le phénomène de distorsion du rolling shutter est principalement causé par le mode de fonctionnement du capteur d’image CMOS. Il existe deux modes de fonctionnement pour les capteurs d’image : le mode rolling shutter et le mode global shutter.
- Global shutter : Cette méthode permet de déclencher simultanément le déclencheur sur toute la matrice de pixels du capteur.
- Rolling shutter : Dans ce mode, le déclencheur s’active ligne par ligne, de haut en bas, sur la matrice de pixels.
Le phénomène de distorsion se produit dans le mode rolling shutter car les timings de déclenchement sont différents entre la partie supérieure et la partie inférieure du capteur. Par exemple, lorsqu’un objet se déplace rapidement de gauche à droite sur l’écran, la partie supérieure de l’image commence à être exposée à partir du côté gauche, tandis que la partie inférieure est exposée à partir du côté droit, créant ainsi une distorsion.
Cette différence de timing entre la partie supérieure et la partie inférieure du capteur est donc la cause principale de la distorsion, ce qui explique pourquoi un objet en mouvement horizontal apparaît déformé en biais.
Solutions pour résoudre le phénomène de distorsion du rolling shutter
Il existe plusieurs solutions pour résoudre le problème du rolling shutter. Voici trois approches possibles :
- Utiliser un appareil photo équipé d’un obturateur mécanique : Le phénomène de distorsion du rolling shutter se produit lorsqu’un capteur CMOS avec un obturateur électronique est utilisé. En revanche, avec un obturateur mécanique, ce problème n’apparaît pas, car l’obturateur fonctionne de manière instantanée sur toute l’image. Cependant, cette solution n’est pas adaptée pour la vidéo, car l’obturateur mécanique ne peut pas être utilisé lors de l’enregistrement vidéo.
- Améliorer la vitesse de lecture du capteur CMOS avec rolling shutter : Le décalage des timings entre la partie supérieure et inférieure du capteur est la cause du phénomène de distorsion. Une solution consiste à rendre la lecture du capteur suffisamment rapide pour que ce décalage n’ait plus d’impact sur l’image. Cela permet de minimiser la distorsion. Cette technologie a déjà été mise en œuvre dans certains capteurs, comme ceux fabriqués par Sony.
Ces deux solutions technologiques permettent de réduire ou d’éliminer l’effet de distorsion du rolling shutter, améliorant ainsi la capture d’objets en mouvement rapide.
La dernière solution consiste à utiliser un capteur d’image équipé d’un global shutter. Il existe deux types de capteurs d’image : les CCD et les CMOS. Le capteur CCD utilise un global shutter, ce qui élimine complètement le phénomène de rolling shutter. Les capteurs CMOS, qui étaient initialement conçus avec un rolling shutter, ont vu l’apparition de modèles équipés d’un global shutter grâce aux progrès de la technologie.
Dans les cas où l’utilisation d’un obturateur mécanique n’est pas possible, comme pour les caméras de smartphones ou les caméras embarquées dans les véhicules, les capteurs d’image à global shutter pourraient devenir la norme. Cela est particulièrement important pour les caméras de conduite autonome, où le phénomène de rolling shutter pourrait causer des distorsions menaçant la sécurité et pouvant entraîner des accidents. En réponse à cela, les fabricants sont susceptibles de développer des solutions adaptées pour ces applications.
Résumé
Revenons sur le phénomène de rolling shutter :
Q. Qu’est-ce que le phénomène de distorsion du rolling shutter ?
R. C’est un phénomène qui se produit lorsque des sujets à grande vitesse sont capturés avec des appareils photo numériques, provoquant une distorsion de l’image du sujet.
Q. Quelle est la cause du phénomène de distorsion du rolling shutter ?
R. La cause réside dans le fait que, dans le mode rolling shutter, les timings de lecture sont différents entre la partie supérieure et inférieure du capteur.
Q. Quelles sont les solutions pour résoudre le phénomène de distorsion du rolling shutter ?
R. Il existe trois solutions :
Utiliser un capteur d’image avec global shutter.
Utiliser un obturateur mécanique.
Augmenter la vitesse de lecture du capteur d’image.
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