Définition

Le Rolling Shutter (en français : effet d'obturateur déroulant ou balayage ligne par ligne) est une méthode d'exposition où un capteur numérique n'expose pas tous les pixels simultanément, mais ligne par ligne, successivement – typiquement de haut en bas. C'est la technique standard dans les capteurs CMOS modernes et elle s'oppose au Global Shutter, où tous les pixels sont exposés simultanément.

La durée d'exposition peut varier entre 0,5 et 50 ms pour des fréquences d'images courantes, ce qui entraîne des artefacts visibles lors de mouvements rapides :

• Effet Jello : Déformation ondulatoire
• Skew/Shear : Inclinaison des lignes verticales
• Aliasing : Motifs de moiré sur des structures régulières

Principe physique

Comment fonctionne le Rolling Shutter

Chronologie d'une exposition en Rolling Shutter (24 ips) :

Durée d'une image : 41,67 ms
Nombre de lignes : 2160 lignes (4K)
Temps gagné par ligne : 41,67 ms / 2160 = ~19,3 µs

 t=0ms t=10ms t=20ms t=41.67ms
 ↓ ↓ ↓ ↓
Ligne 1 : [████████]
Ligne 2 : [████████]
Ligne 3 : [████████]
...
Ligne 2160 : [████████]

Pendant que la dernière ligne est exposée, la première
ligne contient déjà des informations "anciennes" de 40 ms.

Exemple avec Global Shutter pour comparaison

Global Shutter (toutes les lignes simultanément) :

t=0ms t=41.67ms
Toutes les lignes sont exposées Ici, elles sont lues
[██████████████████████████████████████]

CMOS vs CCD

• CMOS (standard actuel) : Lecture ligne par ligne, Rolling Shutter
• CCD (plus ancien) : Exposition globale possible, mais coûteux et obsolète
• CMOS Global Shutter (technologie la plus récente) : Rolling Shutter sans artefacts

Spécifications techniques

Rolling Shutter dans les caméras modernes

Calcul du temps de balayage

Temps de balayage (Nombre de lignes / Vitesse de lecture) :

ARRI Alexa Mini à 24 ips :
 Durée d'image = 1000 ms / 24 ips = 41,67 ms
 Nombre de lignes = 1620
 Temps de balayage effectif ≈ 10 ms (~24 % de la durée d'image)

Sony FX30 à 24 ips :
 Durée d'image = 41,67 ms
 Nombre de lignes = 2160
 Temps de balayage effectif ≈ 8 ms (~19 % de la durée d'image)

RED Komodo à 24 ips :
 Durée d'image = 41,67 ms
 Nombre de lignes = 3160 (6K)
 Temps de balayage effectif ≈ 15 ms (~36 % de la durée d'image)

Important : Fréquences d'images plus élevées = temps de balayage plus court = moins d'effet Rolling Shutter

Sony FX30 à différentes fréquences d'images :

24 ips : Durée d'image de 41,67 ms → Balayage d'environ 8 ms = Marqué
60 ips : Durée d'image de 16,67 ms → Balayage d'environ 3,2 ms = Subtil
120 ips : Durée d'image de 8,33 ms → Balayage d'environ 1,6 ms = À peine visible

Artefacts et leurs causes

1. Effet Jello (Wobbling)

L'effet Jello classique se produit lors de mouvements de caméra perpendiculaires à la direction du balayage :

Panoramique horizontale rapide :

En haut (exposé tôt) : Position A
 (La caméra était ici)
Au milieu (exposé plus tard) : Position B
 (La caméra est ici)
En bas (exposé en dernier) : Position C
 (La caméra est déjà ici)

Résultat : Le contenu de l'image apparaît déformé en forme d'onde
L'effet est plus fort avec :
 - Des panoramiques plus rapides
 - Des fréquences d'images plus rapides (plus grande différence de trajet)
 - Des capteurs plus grands (plus de résolution spatiale)

Exemple visuel :

• Panoramique rapide de 30° à 24 ips : TRÈS visible (5-10° de déformation)
• Panoramique lent de 10° à 24 ips : À peine visible

2. Skew (Cisaillement)

Les lignes verticales ou quasi verticales sont inclinées lors d'un mouvement horizontal :

Maison verticale fixe :

Global Shutter : Rolling Shutter (panoramique rapide) :
 | /
 | (parfaitement vertical) / (incliné 1-3°)
 | /

3. Aliasing (Effets de moiré)

Des motifs de moiré apparaissent avec des structures très régulières et certains mouvements :

Comparaison de textures :

Façade avec des motifs de fenêtres réguliers :
 Global Shutter : Lignes de fenêtres nettes
 Rolling Shutter : Motifs de moiré, les lignes de fenêtres ondulent

Rotors d'hélicoptère :
 Global Shutter : Mouvement normal du rotor
 Rolling Shutter : Aliasing, le rotor semble ralenti ou inversé

4. Décalage des lignes verticales

Un objet partiellement exposé peut apparaître lors d'un mouvement :

Lancer de balle (chute verticale) :

Global Shutter : Rolling Shutter :
[O] (balle nette) [O] en haut
 [O] au milieu (décalé)
 [O] en bas (très décalé)

Impacts pratiques

Seuils de vitesse de mouvement

ARRI Alexa Mini à 24 ips :
 Vitesse de panoramique | Visibilité
 5°/seconde | Non visible
 15°/seconde | À peine visible
 30°/seconde | Clairement visible
 60°/seconde | Fortement gênant

 Règle générale : En dessous de 10°/sec, c'est invisible

Sony FX30 à 24 ips (capteur plus petit) :
 10°/seconde | Non visible
 25°/seconde | À peine visible
 50°/seconde | Clairement visible

 Règle générale : En dessous de 15°/sec, c'est invisible

Scènes critiques

Le Rolling Shutter devient problématique dans les situations suivantes :

1. Scènes d'action/poursuite

• Traversées de caméra rapides
• Plans d'hélicoptère
• Images de drone (mouvements particulièrement rapides)

1. Techniques d'éclairage

• Panneaux LED à haute fréquence (aliasing)
• Lampes fluorescentes (scintillement de 50 Hz)

1. VFX et suivi

• Capture de mouvement basée sur des marqueurs
• Correction de perspective en post-production

1. Mouvements d'objets rapides

• Objets en chute
• Pales de rotor
• Roues qui tournent

Le Rolling Shutter en pratique

Pré-production

Questions auxquelles il faut répondre :

1. Quelle caméra sera utilisée ? (Connaître les caractéristiques du Rolling Shutter)
2. Quelle sera la vitesse des mouvements de caméra prévus ?
3. Y aura-t-il des séquences d'action potentiellement problématiques ?
4. Des drones sont-ils prévus ? (Rolling Shutter extrême)

Planifier les solutions à l'avance :

Si des panoramiques rapides sont prévus :

Option A : Choisir une caméra avec un Rolling Shutter minimal
 → ARRI Alexa 35 (la meilleure)
 → RED Komodo (bonne)
 ✗ Sony FX30 (RS marqué)

Option B : Fréquence d'images plus élevée
 → Filmer en 60 ips au lieu de 24 ips (4x moins de RS)
 → Mais : 2,5x plus de stockage, moins d'aspect naturel du mouvement

Option C : Adapter la conception du mouvement de la scène
 → Mouvements doux au lieu de panoramiques rapides
 → Zoomer au lieu de faire un panoramique (le zoom ne montre pas d'effet Jello)

Tournage

1. Planification des mouvements de caméra :

Scène : Poursuite dans une ruelle étroite (Action)

Problème : Des panoramiques rapides sont nécessaires
Solution 1 : Fréquence d'images plus élevée
 - Filmer en 24 ips normalement + 60 ips pour les inserts d'action
 - En post-production : étirer le temps de 60 ips à 24 ips (look ralenti)

Solution 2 : Utiliser la stabilisation
 - Gimbal au lieu de la prise en main libre (mouvements plus fluides)
 - Tête télécommandée (mouvements très précis et contrôlés)

Solution 3 : Travelling au lieu de la prise en main
 - Mouvements doux et planifiés = moins de RS
 - Le directeur de la photographie obtient plus de contrôle

2. Éclairage LED :

Scénario : Studio avec des panneaux LED modernes

Problème : LED sans PWM à une certaine fréquence = scintillement + aliasing

Solution :
 ✓ Utiliser des LED PWM à haute fréquence (100+ kHz)
 ✓ Adapter la fréquence des LED à la fréquence d'images
 ✓ Ou : À une fréquence de 50 Hz, filmer à 50 ips (ou 100 ips)

3. Images de drone :

DJI Mavic 3 (Rolling Shutter extrême) :

Mouvement rapide du drone :
 - Effet Jello prononcé
 - Souvent inévitable

Meilleures pratiques :
 ✓ Mouvements lents et doux
 ✓ Utiliser le zoom au lieu du panoramique
 ✓ Ou : Drone professionnel basé sur gimbal (Freefly)

Post-production

Correction du Rolling Shutter en post-production :

1. Warp Stabilizer / Optical Flow

 Adobe Premiere / After Effects :
 Effets > Distorsion > Warp Stabilizer

 - Peut lisser les déformations légères
 - Ne fonctionne qu'avec des effets modérés
 - Peut entraîner de nouveaux artefacts

1. Logiciel de correction RS dédié

 - ReelSteady (images de drone)
 - Gyroflow Toolbox
 - Suivi de caméra 3D + correction de distorsion

1. Roto et correction image par image

 Pour les cas extrêmes :
 - Corrections basées sur des nœuds (Nuke, Fusion)
 - Cependant, très long
 - Ne peut pas être utilisé en standard

Rolling Shutter vs Global Shutter

Comparaisons directes

Caméras Global Shutter (2024-2026)

Technologies émergentes :

SONY BURANO (à partir de 2024) :
 - Global Shutter (!) - première caméra de cinéma professionnelle
 - Mais : Chaleur extrême
 - Très cher

Panasonic LUMIX GH7 (2024) :
 - Rolling Shutter, mais algorithme amélioré

Canon EOS R8 (2023) :
 - Mode "Electronic Global Shutter"
 - Pas un véritable Global Shutter, mais un algorithme

Règle générale pratique pour la production cinématographique

Matrice d'acceptation du Rolling Shutter :

┌─────────────────────────────────────────┐
│ Mouvement de caméra / Genre │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Drame (lent) → RS acceptable │
│ Thriller (modéré) → RS problématique│
│ Action (rapide) → RS inacceptable │
│ Documentaire (variable) → Selon la scène│
│ Ralenti (60 ips+) → RS minimisé │
│ Prise en main / Found Footage → RS invisible│
│ (correspond à l'esthétique) │
└─────────────────────────────────────────┘

Cas spéciaux

Drones et Rolling Shutter

Les drones ont des problèmes extrêmes de Rolling Shutter :

DJI Mavic 3 (Drone grand public) :
 - Très petits capteurs
 - Temps de balayage très rapide
 - Effet Jello à chaque mouvement rapide
 → Ne convient pas à la production cinématographique

Freefly Astro professionnel (Drone professionnel) :
 - Capteur plus grand
 - Meilleur traitement
 - Stabilisation par gimbal des mouvements (moins d'effet)
 → Acceptable pour la production cinématographique

Stabilisation de caméra et Rolling Shutter

Fait intéressant : la stabilisation intégrée à la caméra peut aggraver le RS :

ARRI Alexa Mini avec EIS (Stabilisation d'image électronique) :
 - La caméra compense numériquement les mouvements
 - Cela peut entraîner des déformations supplémentaires
 - De nombreux directeurs de la photographie désactivent délibérément l'EIS

Ralenti et Rolling Shutter

Scène : Balle tombant de 1 mètre (ralenti normal)

24 ips Global Shutter :
 La balle semble lisse, mouvement net

120 ips Rolling Shutter :
 - La balle est partiellement exposée (temps de balayage court)
 - Effet RS minimal
 - Visuellement plus net !

Paradoxe : Des fréquences d'images plus élevées réduisent le RS,
mais le ralenti à 120 ips semble "peu naturel".

Voir aussi

• Global Shutter – Alternative au Rolling Shutter
• Shutter Speed – Durée d'exposition
• Frame Rate – Images par seconde
• Motion Blur – Flou de mouvement
• ARRI Alexa – Caractéristiques du Rolling Shutter
• RED Komodo – Analyse du Rolling Shutter