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Otturatore elettronico VS meccanico


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Otturatore elettronico VS meccanico, testo e foto by Juza. Pubblicato il 12 Giugno 2014; 123 risposte, 65939 visite.


Ai tempi della pellicola esisteva un solo tipo di otturatore, quello meccanico. Con l'avvento del digitale sono arrivati gli otturatori ibridi e quelli completamente elettronici, che col tempo sostituiranno completamente il tradizionale otturatore meccanico: cerchiamo di capire come funzionano i vari sistemi e i pro e contro di ciascuno.


L'otturatore meccanico di una fotocamera Canon, fotografato durante un'esposizione veloce. Come potete vedere, la tendina superiore ha già iniziato a chiudersi anche se la prima tendina (quella inferiore) non si è ancora aperta del tutto.


L'otturatore meccanico

Anche se ci sono vari tipi di otturatori meccanici, quelli utilizzati nelle moderne reflex e mirrorless sono composti da sottilissime tendine che rapidamente espongono o oscurano il sensore. L'esposizione può avvenire in due modi diversi:

1) La prima tendina si apre ed espone l'intero sensore, quindi la seconda tendina si chiude e termina l'esposizione. Questo è possibile solo con tempi di scatto relativamente lenti: il tempo più rapido che permette alla fotocamera di funzionare in questo modo è il cosiddetto "sincro-X" o "sincro-flash", che solitamente è attorno a 1/250 di secondo. Quando l'otturatore funziona in questo modo, è paragonabile al global shutter degli otturatori completamente elettronici.

2) Con tempi di scatto veloci, la seconda tendina comincia a chiudersi quando la prima non è ancora del tutto aperta: il risultato è che l'intero fotogramma non viene esposto allo stesso istante, ma viene raggiunto dalla luce in istanti leggermente diversi (ovviamente parliamo di minuscole frazioni di secondo!). Quando l'otturatore opera in questa modalità, è comparabile al rolling shutter degli otturatori elettronici. Può sembrare strano, dato che in genere si associano gli artefatti del rolling shutter con le fotocamere digitali, ma in realtà anche le fotocamere a pellicola utilizzavano un 'rolling shutter' (ovviamente meccanico) per le foto scattate con tempi più rapidi di 1/250!

Perchè quindi non vediamo artefatti con l'otturatore meccanico? Il motivo è che il rolling shutter meccanico è molto, molto più veloce di quello elettronico presente nelle fotocamere attualmente in commercio, quindi gli artefatti sono così ridotti da essere praticamente invisibili.


L'otturatore elettronico

L'otturatore elettronico ha diversi vantaggi in confronto a quello meccanico:

1) è più robusto e affidabile perchè non ci sono parti in movimento.

2) è completamente silenzioso: nelle situazioni in cui il rumore dello scatto può essere un problema, per esempio per alcune foto di animali, in teatro, oppure per street e reportage, l'otturatore elettronico permette di passare inosservati e non spaventare il soggetto.

3) elimina il rischio del mosso dovuto alle vibrazioni dell'otturatore con tempi di scatto lenti. Le vibrazioni dello specchio non sono l'unica causa di mosso: nella fotografia macro è chiaramente possibile vedere anche il mosso causato dai movimenti dell'otturatore, a meno che la fotocamera non abbia qualche sistema per evitarlo come l'otturatore elettronico o quello ibrido.

4) permette tempi di scatto velocissimi: mentre la maggior parte degli otturatori meccanici si ferma a 1/8000, quelli elettronici possono andare ben oltre.

5) aumenta la durata della batteria dato che non ci sono tendine da muovere.

6) nelle fotocamere mirrorless, migliora la velocità e il tracking dell'autofocus, dato che i sensori AF (incorporati all'interno del sensore principale) sono sempre esposti alla luce.

Perchè allora l'otturatore elettronico non è ancora diventato lo standard? In realtà, quasi tutte le fotocamere prodotte dal 2006 hanno già l'otturatore elettronico: se la vostra fotocamera ha il live view, ha anche l'otturatore elettronico, ma... lo utilizza solo per il live view e il video, mentre per le foto usa l'otturatore meccanico. Per capire il motivo, vediamo come funzionano i due tipi di otturatore elettronico attualmente disponibili.

1) Il 'Rolling shutter' è simile all'otturatore meccanico: invece di registrare l'intera immagine in un colpo solo, la 'scansiona' dall'alto al basso. Se fotografate qualcosa in rapido movimento, la parte superiore del sensore e quella inferiore lo registreranno in momenti leggermente diversi, e il risultato sarà una foto distorta. Questo problema potrebbe essere eliminato se gli otturatori elettronici raggiungessero la 'velocità di scansione' di quelli meccanici, ma purtroppo non ci siamo ancora: anche le fotocamere e le cineprese di altissimo livello con rolling shutter mostrano artefatti.

2) Il 'Global Shutter' registra l'intera foto in un singolo momento, come avviene con l'otturatore meccanico a tempi di scatto lenti; l'otturatore elettronico globale, invece, può farlo a qualsiasi tempo di scatto! Questo otturatore elimina completamente gli artefatti del rolling shutter e potrebbe effettivamente sostituire l'otturatore meccanico in qualsiasi ambito, ma ha due svantaggi: è più complesso e difficile da realizzare e richiede più circuiti all'interno di ciascun fotosito ('pixel') del sensore, riducendo l'area disponibile per la raccolta della luce, quindi le foto sono leggermente più rumorose e perdono un pò di gamma dinamica.

Grazie ai continui miglioramenti nella tecnologia dei sensori, come le microlenti, la perdita di qualità è ridotta, ma al giorno d'oggi (2014) i prezzi delle fotocamere con global shutter sono ancora estremamente alti: la Sony F55, ad esempio, costa 30000 euro.


L'otturatore ibrido

Molte fotocamere consumer attualmente sul mercato hanno l'otturatore ibrido, che talvolta è l'unica opzione mentre in altri casi viene attivato su richiesta. Per esempio, nelle fotocamere Canon l'otturatore ibrido, chiamato anche 'prima tendina elettronica', viene utilizzato quando si attiva la modalità Silent Shooting (Scatto Silenzioso).

L'otturatore ibrido inizia l'esposizione utilizzando l'otturatore elettronico, mentre la termina con quello meccanico. Ha il vantaggio di essere più silenzioso dell'otturatore totalmente meccanico, elimina la maggior parte delle vibrazioni e non ha gli artefatti del rolling shutter. Lo svantaggio è che richiede comunque la presenza di un otturatore meccanico e quindi ha molte limitazioni di questo tipo di otturatore.


Un test con vari tipi di otturatore a tempi veloci. 1) foto di riferimento con ventilatore fermo. 2) Foto scattata con otturatore meccanico; non ci sono artefatti visibili 3) Foto scattata con otturatore ibrido ('prima tendina elettronica'); anche in questo caso non ci sono artefatti. 4) Foto scattata con otturatore totalmente elettronico, di tipo 'rolling shutter'; c'è una pesante distorsione dovuta al lento sensor readout della Canon 70D. Questa foto è un fotogramma estratto dal video, dato che la 70D utilizza l'otturatore completamente elettronico solo in modalità video.


Errori comuni e curiosità

1) CCD vs CMOS: non è vero che solo i CCD possono avere il global shutter. In realtà, sia i CCD che i CMOS possono averlo, ma mentre per i CCD è lo standard, per i CMOS è più costoso e complesso. Tuttavia, esistono già fotocamere con CMOS e global shutter, come la già citata Sony F55.

2) Shutter Speed vs Sensor Readout: col rolling shutter, se scattate una foto a, per esempio, 1/4000 di secondo non state veramente immortalando 1/4000 di secondo nella vostra foto; di solito lo scatto richiede molto più tempo, quindi la vostra esposizione di 1/4000 in realtà può impiegare 1/10s. Come è possibile?

Potete selezionare il tempo di scatto, che è la quantità di tempo in cui ogni pixel viene esposto alla luce, ma non il 'sensor readout time', che dipende dalla fotocamera. Il tempo di readout è il tempo richiesto per 'leggere' il sensore dall'alto al basso.

In altre parole, se selezionate un tempo di scatto di 1/4000 e il readout più veloce del vostro sensore è 1/10, ogni pixel registrerà la luce solo per 1/4000 di secondo, ma i pixel nella parte bassa del sensore faranno la loro esposizione di 1/4000 circa 0.1 secondi più tardi dei pixel nella parte alta. Questo è ciò che causa gli artefatti del rolling shutter.

3) Il tempo di readout di alcune fotocamere attualmente sul mercato: la Panasonic GH3 richiede 0.100s (1/10 di secondo); la nuova Panasonic GH4 ha migliorato a 0.050s; la Nikon 1 V3 ha un eccellente (per la sua fascia di prezzo) tempo di 0.012s; la Red Epic ha un tempo di 0.005s. L'equivalente dell'otturatore meccanico, che elimina gli artefatti visibili del rolling shutter, è attorno a 0.004 - 0.005s.

(aggiornamento aprile 2017: Sony ha annunciato la Sony A9, con un sensor readout di 0.006s, il miglior otturatore elettronico sul mercato consumer - quasi pari all'otturatore meccanico!)


Al giorno d'oggi, a chi conviene?

Attualmente ci sono poche reflex e mirrorless che offrono l'opzione di utilizzare l'otturatore elettronico anche per le foto: la Sony A7s, le Nikon 1, la Panasonic GH4 e poche altre. Tutte queste fotocamere hanno sensori CMOS con rolling shutter.

Se avete una di queste e fotografate principalmente paesaggi, macro, ritratti e altri soggetti fermi o in lento movimento, potete attivare l'otturatore totalmente elettronico e sfruttarne i vantaggi. Invece, se fate foto di sport, animali e altri soggetti in azione, vi consiglio di evitare l'otturatore elettronico, almeno finchè il global shutter o velocissimi rolling shutter saranno diventati una realtà a prezzi abbordabili.



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avataradmin
inviato il 12 Giugno 2014 ore 18:30

Vi segnalo anche questi approfondimenti (in inglese):

www.red.com/learn/red-101/global-rolling-shutter

www.red.com/learn/red-101/cinema-temporal-aliasing

Qui invece trovate un semplice test che confronta videocamere con otturatore elettronico, le prime due (Arri e Red) con rolling shutter, la terza (Sony) con global shutter:



(il global si dimostra migliore perchè le linee appaiono dritte, come nella realtà, mentre le altre due le distorcono. inoltre, nello scatto con flash il rolling shutter espone in modo disomogeneo, mentre il global shutter permette di illuminare l'intero fotogramma in mood uniforme)

avatarjunior
inviato il 12 Giugno 2014 ore 18:45

Ma per esempio la mia d7000 che tipo di otturatore monta?

avataradmin
inviato il 12 Giugno 2014 ore 18:51

per esempio la mia d7000 che tipo di otturatore monta?


meccanico per le foto ed elettronico (di tipo rolling shutter) per il video Sorriso

avatarsenior
inviato il 13 Giugno 2014 ore 9:17

Bel confronto Juza!
L'otturatore elettronico sulla prima tendina è una funzione molto importante per ridurre l'effetto del shutter shock, in macro è molto evidente la differenza. Lo dico con un po' di amarezza visto che la d800e ne è sprovvista, mentre la piccola olympus m10,grazie all'ultimo aggiornamento, si.Confuso

avatarsenior
inviato il 13 Giugno 2014 ore 11:14

articolo davvero interessante

avatarsupporter
inviato il 13 Giugno 2014 ore 11:44

Grande Juza.
Bel approfondimento.

aggiungo che tutte le sony slt nonchè mirrorless, hanno l'opzione di prima tendina elettronica che si utilizzi il mirino o il live view non fa differenza.

la A7s è l'unica a poter usufruire anche della seconda tendina elettronica (fra le FF).

Un saluto

avatarsupporter
inviato il 13 Giugno 2014 ore 12:10

Articolo tecnico molto interessante, complimenti.
Credo che i maggiori marchi stiano tutti studiando per un "global shutter" che, con le nuove tecnologie di miniaturizzazione sarà possibile avere sul mercato amatoriale in non più di una decina di anni.
Con quello e con un mirino elettronico di elevatissima qualità i migliori corpi professionali potranno avere pesi nell'ordine dei 600/700 gr., avendo anche meno necessità di energia (il mirino si accenderà con un sensore di prossimità dell'occhio).
I vantaggi per gli utenti?
- pesi minori da trasportare;
- ricarica delle attrezzatture più veloce (anche wireless);
- scelta dei tempi di esposizione praticamente infinita;
Gli altri vantaggi tecnici li hai già citati tu.
Aspettiamo pantofolati sul divano e vediamo...

avatarsupporter
inviato il 13 Giugno 2014 ore 12:35

Grazie tante, Juza! Ecco qui si impara. Impagabile questo articolo! Buona giornata.

avatarjunior
inviato il 13 Giugno 2014 ore 13:00

"tutte le sony mirrorless hanno l'opzione di prima tendina elettronica"

Mastro78 sei sicuro? Anche la A7R?

avatarsupporter
inviato il 13 Giugno 2014 ore 13:04

No, se non erro la A7r è un'eccezione...

Comunque la funzionalità va ompoststa.

Io la trovo utilissima sulla a99.
Scatto a 1/15 a mano libera senza problema alcuno. Nel macro poi è quasi indispensabile...

avatarsupporter
inviato il 13 Giugno 2014 ore 13:29

bello e interessante.
mi sorge una domanda.
se scatto una fotografia con tempi rapidi (es. 1/4000s) ad un oggetto veloce sto utilizzando l'otturatore elettronico? rischio che la foto venga distorta?

ps: seconda domanda a Juza, sull'orlo del cratere a Darvaza scattavi foto ad un ventilatore???AHAHAHHAHAHAHAH

avatarsenior
inviato il 13 Giugno 2014 ore 13:44

Grazie delle spiegazioni, Juza, l'articolo è molto interessante!

avatarsenior
inviato il 13 Giugno 2014 ore 16:06

Ottimo approfondimento come sempre!

Io credo e spero che il futuro sarà mirrorless e shutterless... tra gli effetti collaterali ci sarà il fatto che le fotocamere invecchieranno meno e meno in fretta (o almeno non saranno svalutate sul mercato dell'usato in base al numero degli scatti sul groppone, come oggi)

avataradmin
inviato il 13 Giugno 2014 ore 16:27

se scatto una fotografia con tempi rapidi (es. 1/4000s) ad un oggetto veloce sto utilizzando l'otturatore elettronico? rischio che la foto venga distorta?


No, a meno che tu non abbia una delle fotocamere citate a fine articolo (Panasonic GH3/4, Nikon 1, Sony A7s) e che tu abbia esplicitamente attivato l'otturatore completamente elettronico.

sull'orlo del cratere a Darvaza scattavi foto ad un ventilatore?


:-D

avatarsenior
inviato il 13 Giugno 2014 ore 16:56

Bell'articolo, grazie! Sorriso





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