CARACTÉRISTIQUES DE L'APPAREIL PHOTO

Obturateur électronique vs obturateur mécanique

Certains appareils photo disposent d'un obturateur électronique en plus de l'obturateur mécanique traditionnel, mais quelle est la différence ? Comment fonctionnent-ils et quand faut-il utiliser l'un plutôt que l'autre ? Voici tout ce que vous devez savoir sur ces deux types d'obturateurs.

L'obturateur d'un appareil photo contrôle la durée d'exposition du capteur à la lumière pour enregistrer une image. Le temps d'exposition est déterminé par la vitesse d'obturation.

Tous les appareils photo Canon EOS sont équipés d'un obturateur mécanique, et certains disposent en plus d'un obturateur électronique, comme l'EOS 90D et l'EOS-1D X Mark III. Tous les appareils photo hybrides du système EOS R disposent de deux types d'obturateurs. Dans cet article, nous expliquerons la différence entre les obturateurs électroniques et les obturateurs mécaniques, leur fonctionnement et les avantages et inconvénients de chacun.

Quelle est la différence entre un obturateur électronique et un obturateur mécanique ?

Dans un appareil photo reflex ou hybride récent, l'obturateur mécanique comporte deux rideaux, chacun composé de plusieurs lames, qui s'ouvrent pour laisser la lumière atteindre le capteur, puis se referment à la fin du temps d'exposition défini. Il utilise deux rideaux pour que l'exposition soit homogène sur l'ensemble du capteur. S'il n'y en avait qu'un, cela reviendrait à lever et baisser immédiatement le store de votre fenêtre : la première partie du capteur à être exposée serait également la dernière, et l'exposition serait inégale. Au lieu de cela, le rideau avant est initialement fermé et le rideau arrière ouvert. Le rideau avant s'ouvre, l'exposition démarre, et après le temps d'exposition défini, le rideau arrière se ferme pour terminer l'exposition. Les deux rideaux se déplacent dans la même direction (par exemple, de haut en bas), de sorte que toutes les parties du capteur sont exposées pendant la même durée. L'utilisation de deux rideaux signifie également que le temps d'exposition est déterminé par l'écart de temps entre la première ouverture et la seconde fermeture, qui peut être contrôlé très précisément.

Contrairement à un obturateur mécanique, un obturateur électronique ne comporte aucune pièce mobile. Les informations d'image sont recueillies par le capteur pendant le temps d'exposition défini, qui peut être bien plus court que n'importe quel mécanisme pourrait le supporter. Cependant, pour des raisons techniques telles que la bande passante électronique, les données du capteur ne peuvent pas être enregistrées en une seule fois et doivent être lues séquentiellement, une ligne (ou plusieurs lignes) de pixels à la fois, un peu comme une tête de scanner qui se déplace vers le bas du lit d'un scanner à plat. Résultat : la « vitesse d'obturation » (c'est-à-dire le temps d'exposition) peut être bien plus rapide, mais la vitesse de lecture peut générer des limitations et des problèmes potentiels.

Illustration de l'image d'un train à grande vitesse capturée sur un capteur. On voit le train entièrement sur la première image. Une bande apparaît en haut de la seconde image. Une bande apparaît en bas de la troisième image. Sur la quatrième image, le train apparaît déformé en raison de son déplacement entre les deux étapes du milieu.

Avec un obturateur mécanique, en principe, tout le capteur est exposé et un délai très court s'écoule entre le premier et le deuxième rideau d'obturateur. L'ensemble du cadre est alors photographié à ce moment (à gauche). Avec un obturateur électronique, cependant (deux illustrations du milieu), les données du capteur sont lues de haut en bas comme si elles étaient en tranches, une vitesse plus lente que la vitesse à laquelle les rideaux de l'obturateur mécanique se sont déplacés - et pendant ce temps, un objet se déplaçant très rapidement peut avoir changé de position. Résultat : l'objet en mouvement peut sembler déformé dans l'image enregistrée (à droite). C'est ce qu'on appelle la distorsion de l'obturateur roulant.

Quels sont les avantages d'un obturateur électronique ?

Les obturateurs électroniques présentent plusieurs avantages, mais l'un des plus évidents est qu'ils offrent des vitesses d'obturation plus rapides (expositions plus courtes) que les obturateurs mécaniques. Sur l'EOS R3, par exemple, la vitesse d'obturation la plus rapide avec l'obturateur mécanique est de 1/8000 s, et de seulement 1/64.000 s avec l'obturateur électronique. Cela permet de figer une action plus rapide et de saisir davantage de moments sur le vif.

Les obturateurs électroniques peuvent également augmenter la fréquence maximale de prise de vue en continu. Sur l'EOS R5 et l'EOS R6, par exemple, la cadence d'enregistrement passe de 12 im./s (images par seconde) avec l'obturateur mécanique à 20 im./s avec l'obturateur électronique, et sur l'EOS R3, l'augmentation est encore plus spectaculaire, passant de 12 im./s avec l'obturateur mécanique à 195 im./s avec l'obturateur électronique.* 

De plus, comme un obturateur électronique ne comporte aucune pièce mobile, il ne produit aucun bruit. Cela ouvre de nouvelles possibilités de prise de vue, et permet aux photographes de travailler dans des endroits auparavant interdits. Certains événements sportifs tels que les tournois de tennis, de billard et de golf, par exemple, ont des règles strictes et les bruits de l'appareil photo ne doivent en aucun cas distraire les joueurs à un moment crucial. Avec un obturateur électronique, le problème ne se pose plus. Avec un obturateur silencieux, les photographes peuvent prendre des photos lors d'une représentation théâtrale ou d'un concert de musique classique sans pour autant gêner le public. La prise de vue silencieuse peut s'avérer pratique dans de nombreux cas de figure, des portraits de bébés à la photographie de cérémonies de mariage en passant par la documentation de discours et d'événements.

Enfin, un avantage clé d'un appareil photo hybride par rapport à un reflex est qu'il n'y a pas de mouvement du miroir pour introduire des vibrations au point de capture. Un obturateur électronique présente un autre atout majeur : comme il n'a pas de pièces mobiles, même le flou de bougé relativement faible produit par le « choc de l'obturateur » est éliminé.

Quels sont les inconvénients des obturateurs électroniques ?

Le problème potentiel le plus important avec les obturateurs électroniques est l'effet « d'obturateur roulant ». Comme les informations d'imagerie sont lues à partir des pixels du capteur tranche par tranche, un sujet très rapide peut se déplacer pendant le temps nécessaire pour lire l'ensemble du capteur. Résultat : le sujet apparaît déformé sur l'image. Un train à grande vitesse, par exemple, peut se trouver juste à mi-chemin du cadre lorsque la ligne supérieure de pixels est lue, mais près du bord du cadre au moment où la ligne inférieure est lue. Résultat : le train apparaîtra déformé sur l'image. La vitesse d'obturation (ou, plus précisément, le temps d'exposition) est toujours de 1/8000 s (selon les paramètres définis) ; mais chaque tranche de l'image très légèrement différente, à 1/8000e de seconde près.

Les progrès de la technologie des capteurs, tels que la conception empilée de la puce CMOS rétro-éclairée de l'EOS R3, permettent des vitesses de lecture beaucoup plus rapides qu'auparavant, ce qui réduit considérablement la distorsion de l'obturateur roulant. Une autre évolution est l'obturateur global (ou obturateur total), qui lit les informations de l'ensemble du capteur en une seule fois plutôt que ligne par ligne. Toutefois, cette technologie est très complexe, elle ajoute à la fois du bruit sur l'image et impacte également son coût, et ne permet pas encore de produire des photos de très haute qualité. Aussi, bien qu'elle soit utilisée dans certaines applications vidéo, elle n'est pas pratique pour la vidéo ou les photos, où la qualité de l'image est cruciale.

Avec un obturateur électronique, le scintillement de certaines sources lumineuses, telles que les lampes fluorescentes et LED, peut également générer des bandes, car la luminosité et la couleur de la scène changent pendant la période de lecture du capteur. De la même manière, il peut être difficile de synchroniser un flash avec un obturateur électronique, car la plupart des flashs produisent une lumière très brillante, mais très brève. Résultat : l'intensité de l'éclairage n'est pas maintenue pendant la durée de lecture du capteur. Cependant, ces problèmes peuvent également survenir dans certaines circonstances avec des obturateurs mécaniques. Les dernières technologies de l'EOS R3 incluent la détection des scintillements haute fréquence avec l'obturateur électronique et également la synchronisation du flash avec l'obturateur électronique, à des vitesses d'obturation allant jusqu'à 1/180 s (très proche de 1/200 s, vitesse possible avec l'obturateur mécanique) et ce, avec des flashs Canon Speedlite ou des flashs tiers.

Deux schémas montrant la séquence d'obturation à une vitesse d'obturation inférieure à la vitesse de synchronisation du flash de l'appareil photo (à gauche) et plus rapide (à droite). Dans le premier cas, il y a un moment où le capteur est complètement exposé. Dans le second, ce moment n'existe pas et le capteur n'est exposé que par tranches.

Même les obturateurs mécaniques ne peuvent se synchroniser avec le flash que jusqu'à une certaine vitesse d'obturation. Découvrez pourquoi. Le schéma de gauche illustre ce qui se passe à une vitesse d'obturation équivalente à la vitesse de synchronisation du flash de l'appareil photo, par exemple 1/200 s. La lumière pénètre dans l'appareil photo (1) et la séquence d'obturation (2) se déroule comme suit. Le rideau avant (A) commence à s'ouvrir et à la fin du temps d'exposition défini, le rideau arrière (C) se ferme pour terminer l'exposition. Dans l'intervalle de temps, le capteur est entièrement exposé (B) et peut enregistrer l'intégralité de l'image lorsqu'elle est éclairée par le flash (3B). Lorsque la vitesse d'obturation est plus rapide que la vitesse de synchronisation du flash de l'appareil photo, à 1/2000 s par exemple (schéma de droite), le rideau arrière (C) commence à se fermer avant que le rideau avant (A) ne soit complètement ouvert, de sorte que le capteur est exposé à travers une fente mobile (B) plutôt qu'en une seule fois. L'image est exposée en « tranches » (6 A-B-C) en succession très rapide, et n'est à aucun moment exposée dans son ensemble. Un flash de courte durée, ou le scintillement d'une source lumineuse artificielle peut signifier que la luminosité et la couleur de l'image varient d'une tranche à l'autre, ce qui génère l'apparition de bandes.

Quels sont les avantages d'un obturateur mécanique ?

Les obturateurs mécaniques sont utilisés par les photographes depuis de nombreuses années et offrent encore quelques avantages par rapport aux obturateurs électroniques. Tout d'abord, bien que les obturateurs mécaniques exposent également le capteur par « tranches » à des vitesses d'obturation plus élevées (voir l'illustration ci-dessus) et puissent donc générer des bandes ou une exposition inégale et une couleur variable sous des sources lumineuses scintillantes, ces problèmes sont bien moins fréquents avec les obturateurs mécaniques qu'avec les obturateurs électroniques.

Deuxièmement, l'un des avantages les plus couramment cités de l'utilisation d'un obturateur mécanique est la réduction de la distorsion de l'obturateur roulant. L'effet demeure parfois, mais a tendance à être moins perceptible avec un obturateur mécanique qu'avec un obturateur électronique sur un appareil photo lorsque la vitesse de lecture du capteur est relativement lente. 

Enfin, la vitesse de synchronisation du flash d'un obturateur mécanique est bien souvent supérieure à celle d'un obturateur électronique, bien qu'elle dépasse rarement 1/250 s environ dans tous les cas, car à des vitesses d'obturation plus élevées, même avec un obturateur mécanique, le capteur est exposé à travers une fente mobile et il n'y a aucun moment où l'ensemble du cadre est éclairé par le flash.

Quels sont les inconvénients des obturateurs mécaniques ?

En effet, un obturateur mécanique possède des pièces qui doivent se déplacer avec précision avec des minutages spécifiques. La vitesse d'obturation maximale possible est donc nettement inférieure à celle d'un obturateur électronique. La réactivité d'un obturateur mécanique n'est pas non plus aussi rapide que celle d'un obturateur électronique, ce qui peut à nouveau poser problème lorsque la vitesse est cruciale. Vous ne pourrez pas figer des sujets très rapides ou des moments fugaces aussi efficacement avec un obturateur mécanique qu'avec un obturateur électronique.

De plus, le déplacement des rideaux mécaniques de l'obturateur produit un bruit qui, dans certaines circonstances, peut être assez intrusif ou perturbant. Il peut également provoquer de légères vibrations qui produisent un flou de bougé. Cela peut être particulièrement visible si vous utilisez des téléobjectifs et des vitesses d'obturation relativement lentes.

Enfin, en raison de la nature physique des obturateurs mécaniques, ils finiront fatalement par s'user.

Schéma d'un capteur d'appareil photo avec une ligne de données de pixels lue à la fois, à côté d'un deuxième schéma d'un capteur éteint, puis allumé, puis éteint à nouveau.

Avec les obturateurs électroniques actuellement utilisés (1), les données du capteur sont lues tranche par tranche. Avec un obturateur global (2), le capteur est lu en une seule fois. Ainsi, l'obturateur est entièrement fermé au départ, puis s'ouvre en grand avant de se refermer complètement. Cela permet d'éliminer bon nombre des lacunes des obturateurs électroniques, mais l'utilisation de cette technologie présente des difficultés techniques considérables, et exige notamment une vitesse de capteur et une bande passante de données suffisantes pour l'imagerie haute résolution.

Un obturateur de l'EOS R3.

Bien que l'obturateur mécanique de l' EOS R3 utilise une technologie de pointe, sa vitesse reste soumise à des limitations physiques, comme tout mécanisme. L'appareil photo atteint de nouveaux sommets en termes de vitesse d'obturation, de vitesse de synchronisation du flash et de détection des scintillements haute fréquence, essentiellement grâce à l'évolution des technologies de capteur.

Qu'est-ce qu'un obturateur électronique à rideau avant ?

De nombreux appareils photo récents sont équipés d'un obturateur électronique à rideau avant (EFCS) ou d'un d'obturateur électronique à premier rideau (EFSC). Il s'agit d'une combinaison d'obturateur mécanique et d'obturateur électronique. Tous les appareils photo Canon avec Visée par l'écran depuis l'EOS 40D (sorti en 2007) ont cette option, activée par défaut (Prise de vue VÉ silencieuse). Lorsque l'EFCS est activé, l'obturateur mécanique est initialement complètement ouvert (la lumière atteint donc le capteur, ce qui active la Visée par l'écran). Pour prendre une photo, l'exposition démarre électroniquement, mais se termine par la fermeture de l'obturateur mécanique (deuxième rideau).

Cela présente de nombreux avantages. En effet, bien que le système ne soit pas complètement silencieux, il n'est pas aussi bruyant qu'un obturateur entièrement mécanique. Lorsque vous utilisez l'obturateur électronique pour démarrer l'exposition, l'appareil photo est très réactif et les chocs de l'obturateur sont évités. (Le flou de bougé créé par le deuxième rideau n'est pas enregistré, car ce rideau met fin à l'exposition.) L'EFCS permet également une vitesse de synchronisation du flash plus rapide qu'avec l'obturateur mécanique ou l'obturateur électronique. Sur l'EOS R3, par exemple, la vitesse de synchronisation du flash monte à 1/250 s.

L'inconvénient de l'utilisation de l'EFCS est qu'il peut introduire des bandes sous des sources lumineuses artificielles scintillantes, bien que ce ne soit généralement pas aussi grave que lors de l'utilisation de l'obturateur électronique standard. De plus, le bokeh peut devenir un peu chargé ou « nerveux » lorsque des vitesses d'obturation rapides sont utilisées. Enfin, comme le processus utilise toujours le deuxième rideau mécanique, le nombre d'images par seconde reste le même que lors de l'utilisation de l'obturateur mécanique.

Quand utiliser un obturateur électronique ou un obturateur mécanique ?

Optez pour l'obturateur électronique lorsque vous avez besoin de la vitesse de prise de vue en continu la plus rapide et/ou de la vitesse d'obturation la plus rapide. Il s'agit également du choix logique si vous ne devez pas faire de bruit, car cette technologie est parfaitement silencieuse. 

Toutefois, si vous photographiez sous un éclairage artificiel ou si vous utilisez un flash, l'obturateur mécanique (ou l'obturateur électronique au premier rideau) offre des vitesses d'obturation plus élevées. Si vous constatez que l'obturateur électronique entraîne une distorsion dans les photos, le passage à l'obturateur mécanique ou à l'EFCS devrait résoudre le problème.

Il convient également de noter que, sur tous les reflex EOS Canon et sur les appareils photo hybrides, à l'exception de l'EOS R3, la profondeur de bits maximale passe de 14 bits avec l'obturateur mécanique à 12 bits avec l'obturateur électronique : aussi lorsque vous enregistrez en RAW avec l'obturateur électronique, l'appareil photo enregistre les images avec une gamme de couleurs et de tons légèrement plus restreinte. Cela ne s'applique pas lorsque vous enregistrez des fichiers JPEG ou HEIF, car ces types de fichiers ont déjà une profondeur de bits inférieure.

Un golfeur vêtu d'un pantalon blanc et d'une chemise jaune, photographié juste après avoir frappé la balle. La tige du club semble incurvée.

L'un des problèmes courants des obturateurs électroniques est l'effet d'obturateur roulant, qui déforme les objets en mouvement très rapide tels qu'un ventilateur ou une hélice en rotation ou la tige de ce club de golf, de sorte qu'elle semble légèrement incurvée. Photo prise avec un Canon EOS-1D X Mark III équipé d'un objectif Canon EF 70-200mm f/4L IS II USM à 200 mm, 1/2700 s, f/4 et ISO 800.

Le même golfeur vêtu d'un pantalon blanc et d'une chemise jaune, photographié au même moment, juste après avoir frappé la balle. La tige du club semble droite.

Le nouveau capteur empilé rétroéclairé de l'EOS R3 peut effacer les données d'image si rapidement que les effets de déformation sont pratiquement éliminés. Désormais, les photographes peuvent tirer pleinement parti de l'obturateur électronique pour figer le mouvement, à des vitesses allant jusqu'à 1/64.000 s, et ce, sans aucun bruit. Photo prise avec un Canon EOS R3 équipé d'un objectif Canon RF 70-200mm F4L IS USM à 200 mm, 1/2700 s, f/4 et ISO 800.

Comment limiter la distorsion et l'apparition de bandes ?

Comme indiqué, ces problèmes sont plus fréquents avec les obturateurs électroniques, mais peuvent également survenir avec les obturateurs mécaniques. Par conséquent, le simple fait d'utiliser cette technologie (comme généralement recommandé) pourrait ne pas résoudre le problème.

Bien que certains logiciels de retouche et de montage vidéo puissent corriger une partie de la distorsion causée par l'obturateur roulant, il est préférable de la minimiser autant que possible au stade de la prise de vue. Si vous avez de la chance, augmenter la vitesse d'obturation pourra résoudre le problème. Dans le cas d'une vidéo, vous devez également augmenter la fréquence d'enregistrement pour que l'appareil photo scanne le capteur plus rapidement.

La distorsion de l'obturateur roulant est plus prononcée lorsque le mouvement du sujet se fait d'un bord à l'autre du cadre, perpendiculairement au sens de lecture du capteur. Ainsi, changer l'angle de prise de vue pour que le sujet se déplace à 45° ou même à 90° par rapport à l'appareil photo peut réduire la distorsion.

L'effet de bande qui peut être observé sur les images enregistrées dans une lumière scintillante est le résultat de la variation de la luminosité de la lumière au cours du balayage du capteur. La plupart des sources lumineuses artificielles, en particulier les lampes fluorescentes et les LED, scintillent en phase avec l'alimentation électrique en courant alternatif. Aussi, régler la vitesse d'obturation sur 1/50 s (1/60 s aux États-Unis) ou sur 1/100 s (1/125 s aux États-Unis) peut résoudre le problème, mais si ce n'est pas le cas, essayez d'autres vitesses d'obturation pour en trouver une qui corresponde au cycle de scintillement de la source lumineuse. 

Il est également judicieux d'activer la fonction antiscintillement de votre appareil photo (si votre appareil est doté de cette fonction) qui configure l'appareil photo pour détecter le scintillement et retarder légèrement le déclenchement de l'obturateur pour l'éviter pendant l'exposition. Grâce aux avancées de Canon en matière de technologie de capteur, l'EOS R3 est le premier appareil photo hybride EOS à intégrer la détection des scintillements haute fréquence lors de l'utilisation de l'obturateur électronique, ce qui permet d'éliminer les bandes lors de la prise de vue sous des sources lumineuses LED.

*Réglage de prise de vue en continu Haute vitesse personnalisé, jusqu'à 195 im/s en rafale continue jusqu'à 50 images, disponible sur l'EOS R3 avec la mise à jour du micrologiciel.

Rédigé par Angela Nicholson and Alex Summersby


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