Capteurs CMOS : The rolling shutter, la nouvelle danse en vogue cet été ?

Mais malheureusement je n'avais pas entendu parler des défauts du rolling shutter avant de tomber sur ce topic, et Sony ne fait pas tellement la promo sur cette spécificité lors du lancement de la caméra. J'avais bien un petit stress en passant à une caméra Cmos au lieu du CCD, mais je ne pensais pas m'en mordre les doigts comme ça. Je sais, on ne doit pas descendre le Cmos, il a ses qualités, différentes par rapport au CCD....

Heureusement, mon domaine concerne le film d'architecture, et les batiments virtuels ou réels restent bien dans leur cadre. Le tracking que je pratique habituellement concerne plutôt de sage panoramique ou des tilts, mais dorénavant je redoublerai de lenteur quand je les réaliserai

sinon il y a The Foundry qui a sorti un plug-in pour corriger la derfomation du "Skew". Ca devient du délire... un plug-in pour corriger un défaut de capteur.... ...mais ça peut toujours être utile....

 

Au fait, ce problème touche tous les capteur CMOS? donc une caméra RED par exemple est affectée du même défaut?

 

techniquement, ce probleme touche tous les appareils qui capturent une image sur le principe du rolling shutter (donc certains appareils photos argentique aussi).
La red utilisant le principe du rolling shutter est donc soumise aussi a ce probleme dans une certaine mesure.
En fait le probleme est du au temps que met le rolling shutter pour balayer toute l'image.
plus ce temps est grand, plus l'effet sera marque.
Comme le CMOS de la RED est tres sensible, on peut faire aller ce rolling shutter tres vite (la Red peut filmer a une cadence d'image superieur a 100i/s).
Donc si ce balayement de l'image est tres rapide, il y a peu de chance qu'une deformation importante se produise, on ne filme pas des formule1 a 300Km'h tous les jours. L'inconvenient d'un shutter rapide, c'est que le temp d'exposition devient plus court, donc l'image plus sombre. il faut donc soit un capteur plus sensible, soit un capteur plus gros (ou les deux)

 

Tout ca me fais penser a red one et aux futurs capteurs de la 617 de 3,5 km / 2,2 km... ca va plus être du twist mais de la capoeira sur les pano rapide, parcequ'à mon avis le plus rapide des RS actuel ne pourra jamais parcourir la distance qu'impose ces capteurs surdimensionés en un temps suffisamment petit. Mais bon, j'ai confiance en red et leur capacité à étonner la galerie et à faire mentir leurs détracteurs.

 

"Ne vendons pas la peau de l'ours avant de l'avoir tué"... Même si, intuitivement, on pourrait se plaire à imaginer qu'un capteur plus grand nécessite forcément un temps de lecture/reset plus long, je n'ai pas encore entendu la moindre information officielle qui confirme cette hypothèse. Vu l'acharnement de Red à nous pondre les capteurs CMOS à RS les plus rapides au monde (pdv read/reset), je trouverais cela étonnant de leur part: voir Red nous pondre un système très haut de gamme (le plus haut de gamme chez eux) extrèmement affecté par un RS excécrable! Impensable.

Encore quelques mois de patience et nous verrons bien!

 

C'est comme un probléme de robinet qui fuit en 6éme

giroudf
Si j'ai bien compris le "best off" des' "Arkhamineries" c'est comme si que tu remplies une baignoire sous la pluie ...quand elle est pleine, enfin plutot au bout d'un certain temps? tu la bouches, tu la vides , tu la redresses et la débouches ...
A la mode CCD tu renverses la baignoire ...ça va vite.. A la mode CMOS y a comme une vidange ( plus ou moins grosse..et c'est plus mieux si elle est grosse la vidange ) dans le fond de la baignoire que tu ouvres ...là c'est forcément plus lent...
Et comme c'est plus lent tu rates les gouttes de pluies que les sagouins de CCD ont eux, eu le temps de récupérer.
Alors ..ben alors ..ben les gouttes qui manquent ça fait pencher les tours ..si .si
Promis ..Je sors
Bertrand

 

Est-ce un compliment?



héhéhé! Non franchement, au risque de me ridiculiser un peu plus, le Rolling Shutter n'a rien avoir avec le shutter speed! Rien!

Sur ce, je vais cuver mon LSD...

 

WOuîîîîîiii

Bertrand
N.B.

Tout à fait compris ..sérieux c'était lumineux ...( sans mauvais jeux de mots )

 

citation:"Si j'ai bien compris le "best off" des' "Arkhamineries" ..."

cette explication revient a dire la meme chose que ce que je dis.
on ne peut pas decoupler le temps de lecture des donnees du temps d'exposition du capteur .
donc quelque soit la maniere dont tu tortilles le truc, l'effet du rolling shutter est un effet dependant du temp d'exposition et du temps de lecture.
L'avantage du CMOS a se comporter comme une memoire (chaque pixel addressable directement) est en photo/video un handicap dans ce cas.
Si on veut supprimer l'effet rolling shutter, il faut donc simuler un CCD.
c'est dire faire lire tous les pixels dans un temps tres court, donc une image sombre.
pour compenser ceci, on peut lire le capteur plusieurs fois (pour additionner la lumiere) mais l'image devient floue (on superpose plusieurs images), et le temps qui reste pour faire la lecture du capteur est d'autant reduite.
le probleme se posait autant en argentique ou on avait pas de CMOS et autre joyeusete digitale, parce que le rolling shutter etait un rideau mecanique. la pellicule derriere etait elle comparable a un CCD (acquisition globale). C'est le rideau qui pose probleme (exposition progressive), pas la pellicule derriere. sur un CMOS, l'effet rideau (le couple acquisition/lecture) est lie a chaque pixel, ce qui rend une operation globale impossible.
sur un appareil photo on avait le choix. faire aller le rideau plus lentement (meilleure exposition, mais effet rolling shutter accentue) ou faire aller le rideau plus vite et mais faire un fente dans le rideau plus large (meilleure exposition, mais image plus floue). la troisieme solution est de faire un capteur plug grand pour capturer plus de lumiere.

 

Et pourquoi ça?

C'est en fait exactement le contraire: on peut parfaitement découpler le temps de lecture des données avec le temps d'exposition! Ils n'ont en réalité strictement rien à voir entre eux. Et c'est précisément ça la clé du problème!

Petit rappel:

1) L'exposition commence exactement au moment où le photosite est "remis à zéro" (reset). Elle dure le temps qu'elle dure (temps règlable: c'est le fameux "shutter speed" ou vitesse d'obturation), et prend fin exactement au moment où la valeur accumulée dans la cellule (le photosite) est lue (read).

2) Commence alors un "temps d'inactivité" (c'est une vue d'esprit: en réalité, le photosite n'est jamais inactif, mais ce qu'il capte sera de toute façon jeté à la poubelle au moment d'entamer le nouveau cycle d'exposition) du photosite qui précède le nouveau cycle.

Il va de soi que le cycle de reset doit (c'est une contrainte électronique absolue) prendre exactement le même temps que le cycle de lecture, sans quoi le temps d'exposition ne serait pas uniforme pour tous les pixels: si le cycle de reset allait à sa vitesse naturelle (beaucoup plus rapide que le cycle de lecture), les derniers pixels du capteur seraient systématiquement exposés d'avantage que les premiers pixels. Impossible à gèrer! Donc, on ralentit délibérément le cycle de RESET pour coller parfaitement à celle du READ.

Si l'angle d'obturation est rêglé à 360° (ou le shutter speed à 1/25 quand on filme à 25 images par secondes), alors le "temps d'inactivité" est réduit à néant: le "RESET" suit immédiatement le "READ". Si par contre l'angle d'obturation n'est pas rêglé sur 360°, alors, le "temps d'inactivité" sera d'autant plus long que l'angle d'obturation sera faible (ou le "shutter speed" elevé).

Mais tout ceci n'a STRICTEMENT rien à voir avec le temps que prend le système pour lire le contenu des photosites!

Un CMOS très lent (prenons 100 micro-secondes (il y a visiblement erreur sur les unités: ce ne sont pas des micro-secondes! Seul l'ordre de grandeur reste valable!) pour lire le capteur, contre 6 milli-secondes pour les meilleurs capteurs actuels, dont celui de la Scarlet) pourra toujours sans aucun problème se voir rêgler les mêmes angles d'obturation (360 degrés ou 1/25ième de seconde par ici) et ses photosites seront exposés exactement le même temps qu'un capteur très rapide en lecture!

La seule chose qui change entre un capteur lent et un capteur rapide, c'est le temps que prend le cycle de READ/RESET et donc le décalage temporel entre les premiers et les derniers pixels de ce capteur.

Et le seul moyen de changer le temps de "READ/RESET" d'un capteur CMOS, c'est, dans un certain sens, de l'overclocker! C'est pour ça, entre autres, qu'en augmentant la cadence d'image (en passant à 50 images/s), on réduit les effets néfastes dus au Rolling Shutter. Mais cela se fait au détriment d'autres petites choses (chaleur)...

Une chose est certaine: le temps de lecture/reset d'un CMOS est une donnée essentielle, inhérente à sa technologie de fabrication. Le réduire est aussi complexe que le fait de réduire le temps d'accès d'un disque-dur et ne peut se faire, comme toujours en électronique, que sur base de compromis!

 

arkham les constructeurs ne communiquent pas beaucoup !! sur cette valeur ..par exemple si la Scarlet c'est 6 microsecondes pour comparer une EX1 c'est quel ordre de grandeur ?
Bertrand

 

C'est tout le problème: Sony refuse de communiquer cette valeur! Tout comme Canon, Nikon, et les autres...

Seul Red accepte ouvertement de divulguer leurs valeurs, tout simplement parcequ'ils sont certain d'être parmi les meilleurs...

Tout ce que je sais, par Jim Jannard, c'est d'un obturateur film prend 4-5 micro-secondes pour se refermer (il y a visiblement erreur sur les unités: ce ne sont pas des micro-secondes! Seul l'ordre de grandeur reste valable!). Le Monstro (le capteur, entre autres, de la Scarlet FF35) ira un peu plus vite qu'un obturateur film (on peut donc supposer un temps de lecture de l'ordre de 3 micro-secondes). Le Mysterium-X (le capteur e.a. de l'EPIC-X et de la Scarlet S35 et 2/3") ira un peu plus lentement que celui d'une caméra argentique, donc... 5-6 microsecondes.

Le Mysterium (le capteur d'une RED-ONE) prend 8 microsecondes pour lire son contenu.

L'ancètre du Mysterium actuel, qui a été utilisé sur les premiers prototypes (dont celui qui a servi à faire le court-métrage de Peter Jackson) avait un cycle de lecture qui prenait 25 microsecondes.

Dans l'ordre des choses, la seule caméra qui s'approche de la rapidité du Mysterium, c'est l'EX1-EX3. J'estime, de part ce que j'ai pu en voir, donc que l'EX1 doit avoir un capteur qui prend aux alentours de 10-12 microsecondes pour lire son contenu.

Les Canon HV20/HV30 sont nettement derrière (estimation: 30-35 microsecondes). Le 5DMKII et le 7D doivent se situer autour des 35-40 microsecondes... Quant au D90, il doit allègrement passer la barrière des 80 microsecondes, ce qui le rend très difficilement utilisable en vidéo... A mon avis en tout cas!

Pour faire bref, l'idéal se situe aux alentours du temps que prend un obturateur mécanique argentique. Le global shutter n'est pas tout à fait "naturel" dans son rendu du mouvement. Mais un rolling-shutter trop lent, et c'est la cata sur les mouvements. Les premières caméras CMOS à RS ont été conçues avec des temps de lecture de l'ordre de 40 micro-secondes. Utilisable mais très limite... Dès qu'un mouvement devient trop rapide, c'est la cata assurée.

Autour voire en dessous de 10 micro-secondes ça devient pratiquement un non problème, sauf, bien entendu, pour les expositions partielles. Mais là, seul un global shutter pourra vous en affranchir totallement...

 

tu te contredis totalement dans ce que tu dis :
"C'est en fait exactement le contraire: on peut parfaitement découpler le temps de lecture des données avec le temps d'exposition! Ils n'ont en réalité strictement rien à voir entre eux. Et c'est précisément ça la clé du problème!

Petit rappel:

1) L'exposition commence exactement au moment où le photosite est "remis à zéro" (reset). Elle dure le temps qu'elle dure (temps règlable: c'est le fameux "shutter speed" ou vitesse d'obturation), et prend fin exactement au moment où la valeur accumulée dans la cellule (le photosite) est lue (read). "

Selon cette explication ,le temps d'exposition et le temps de lecture sont totalement lie.
tu le dis toi-meme, le temps d'exposition se termine exactement quand le temp de lecture commence. en terme de dependance, difficile de faire mieux.
evidemment on peut faire le temps d'exposition plus ou moins long, mais il faudra toujours laisser assez de temps pour permettre une lecture dans la limite imposee
, soit que le (Texp+Tlect)*nb de pixels soit plus petit que Ttotal (1/25 par expl)
Ce qui fait voir aussi , que plus il y a de pixels, plus le rolling shutter a de risque d'apparaitre. Donc un 5D a 21Mpixels aura plus de fil a retordre qu'une RED a 4Mpixel.
C'est pour ca que sur une camera video avec un capteur video (peu de pixels, maxi 1920x1080) on voit peu le rolling shutter. Avec une camera video a mode photo (genre 6Mpixel) on aura probablement plus de rolling shutter.
En plus la logique du rolling shutter le demontre bien, le temps d'exposition ne commence pas en meme temps pour tous les pixels , mais seulement a partir de la fin de la lecture (en supposant qu'il n'y ait pas de relaxation). On voit ca lors des flashes dans l'image qui decoupent des bandes noires ou blanches dans l' image .

Et de la vient le probleme du rolling shutter. Pour avoir une bonne exposition, il faut collecter assez de lumiere, ce qui peut se faire en ayant un grand pixel ou en l'exposant plus longtemps. Si on choisi la deuxieme solution (exposition longue) ca repousse la lecture d'autant. si le cycle exposition/lecture de chaque pixel est long, le temps entre le premier pixel lu et le dernier est long aussi. d'ou les problemes dit de rolling shutter.
en fait c'est dans le CCD (generalement une structure "interligne" mais encore plus pour une structure "full frame") que le temps d'exposition etait independant de la lecture, et le temps de lecture de l'ordre de la microseconde. Ca posait d'autre problemes (smear, sensibilite reduite), mais pas de rolling shutter.
C'est aussi pour ca que la "killer" camera ne sera jamais un appareil photo, trop de pixels. Que Canon sorte un capteur de la taille du 5D mais avec 3 ou 4 Mpixels seulement et la Jim Jannard aura du souci a se faire (c'est ce qu'il a fait avec la RED et on peut dire que dans ce sens c'etait "facile" de ne mettre QUE 4Mpixels sur un capteur aussi grand)
Ca sera d'ailleurs interessant de voir ce qu'une Scarlett haut de gamme a 13Mpixels donnera face a une scarlet a 4Mpixels en terme de problemes dus au rolling shutter.