Si sente parlare di Global Shutter come panacea per tutti i mali.
Soprattutto c'è stato il momento del lancio della Sony a9 III in cui si è detto di tutto.
Ma anche adesso nei rumors sulla oramai già mitica Nikon Z9 II che dovrebbe avvicendare l'attuale Z9 entro questo 2026.
Sappiamo che RED DIGITAL CINEMA (e quindi Nikon USA) utilizza nelle sue videocamere 35mm e super 35mm sensori global shutter.
E molto della qualità di quelle macchine deriva da quel tipo di sensore.
Ma al fotografo serve un sensore con Global Shutter ?
il più classico degli artefatti indotti dal ritardo di lettura tra le striscioline di pixel su cui opera il rolling shutter
Forse servirà un ripassino per chiarirci le idee prima di pensare a chi serve e a chi non serve.
La gran parte delle mirrorless attuali ha un sensore con il tradizionale otturatore elettronico a rolling shutter.
Questo lo possiamo immagine come se fosse la tapparella di una finestra.
Scende dall'alto verso il basso lasciando illuminata solo una parte dell'area sensibile alla luce.
In particolare, nella simulazione del funzionamento dell'otturatore meccanico, le tendine elettroniche sono virtualmente due.
In pratica viene lasciata solo una striscia di righe del sensore che viene messa in tensione per catturare la luce mentre la restante parte del sensore resta, per così dire "al buio".
Nella realtà viene comunque colpita dalla luce, non c'è nulla che copre fisicamente il sensore, ma la sola parte attiva è la striscia individuata dalle due tendine elettroniche nel loro movimento verso il basso.
Il movimento avviene per righe, i dati vengono letti come farebbe uno scanner o una fotocopiatrice.
Poi si passa alla striscia successiva, verso il basso.
Finita la lettura, si ricomincia dall'alto per ridiscendere nuovamente.
Fino a 20-30-120 volte al secondo, secondo del tipo di raffica che abbiamo impostato.
Questo avviene a prescindere che noi stiamo scattando o meno, perché la previsione a mirino è comunque catturata allo stesso modo.
Così come la precattura nel caso sia attiva.
I dati vengono messi in memoria e da li interpretati nel flusso di elaborazione della fotocamera.
E' intuitivo e non ci vuole una laurea in fisica che questo movimento non individua una lettura simultanea ma temporizzata.
Nella pratica tra la lettura della prima striscia in alta e la lettura dell'ultima striscia in basso ci sarà uno sfasamento temporale.
Un vero e proprio ritardo.
Che si identifica come tempo di lettura o di readout del sensore. Si misura in millisecondi.
Ci sono macchine molto veloci, come la Z9 e la Z8 che hanno un tempo di lettura di 3.7 millisecondi.
Macchine meno veloci ma non lente, come la Z6 III, che ha un tempo di readout di circa 14.4 millisecondi.
Macchine più lente la Z5 che ha un tempo di readout di 110 millisecondi (ovvero più di un decimo di secondo)
Fotocamera | Tempo di readout del sensore |
|---|---|
Nikon Z8 e Z9 (stacked sensor, 45 MP) | ~3,7 ms (circa 1/270 o 1/268) |
Nikon Z6 III (partially stacked, 24 MP) | ~14,4 ms (circa 1/69) |
Nikon Z50, Z50 II, Zfc (DX, 20 MP | ~46,6 ms (circa 1/21) |
Nikon Z6, Z6 II, Zf (24 MP) | ~50-51 ms (circa 1/20) |
Nikon Z7, Z7 II (45 MP) | ~65-66 ms (circa 1/15) |
Nikon Z5 (24 MP) | ~110 ms (circa 1/9) |
ma ci sono macchine anche più veloci delle nostre, la Canon R1 che si ferma a 2.7 ms, o molto più lente come le medioformato con il sensore da 100 megapixel che hanno un tempo di readout fino a 200 ms (ovvero 2 decimi di secondo).
un sensore molto lento come quello di Z7 e Z5 può produrre distorsioni come questa senza tanti problemi. In quei casi è necessario scattare con l'otturatore meccanico.
le bande nere indotte dall'otturatore elettronico rolling shutter in sensori lenti come quello di Z50 etc. Si sistema in foto passando in otturatore meccanico.
Ma in video è impossibile.
Bene. Ecchissene del tempo di lettura ?
Eh, non la si può fare così facile e banalizzare la questione.
Quel ritardo sarà quasi ininfluente se abbiamo davanti un soggetto immobile o inanimato (quasi perché in alcuni casi ci sono comunque fenomeni di interferenza che creano artefatti anche in soggetti fermi).
Ma se questo si muove, il ritardo tra la lettura della prima striscia e l'ultima potrà creare artefatti e distorsioni.
Anche un umano lento farà del movimento in un decimo di secondo, ma pure un impercettibile spostamento di un millimetro nel tempo breve di 3.7 ms in cui viene letto il sensore della Z9 può creare degli effetti distorsivi.
Che nel video saranno ancora più evidenti, in quanto ci sarà la presa continua della ripresa.
Non solo, in luci oscillanti o in luci miste, con frequenze intorno ad 1/60'' si creerà il fenomeno del banding, cioé la formazione di bande nere orizzontali nelle immagini e nei video.
Tanto più strette quanto è più veloce il sensore, tanto più larghe quanto è più lento il sensore.
Ma non finisce qui.
L'autofocus nelle nostre mirrorless Z funziona per righe orizzontali, non verticali. E il soggetto sarà tenuto d'occhio solo quando la striscia in cui è il punto di messa a fuoco, sarà illuminata. Per cui sempre proporzionalmente al tempo di readout del sensore, ci sarà una frazione di tempo in cui il soggetto non sarà sotto controllo dal sistema di messa a fuoco che comunque dovrà ad intermittenza ricatturare il fuoco mettendolo a punto in modo fine tra una lettura e un'altro.
Un lavoro sfibrante cui sottoponiamo di continuo le nostre macchine, i loro sensori e i loro processori.
la Sony a9 III è l'unica mirrorless con sensore a global shutter sul mercato. Partita come oggetto del desiderio per tanti, è stata svalutata brevemente in quanto le vendite effettive sono state ampiamente sotto le attese, quando la gente ha capito che c'era un prezzo da pagare oltre al costo, molto salato, del corpo macchina.
Bene, chiarito come è il sensore con otturatore elettronico a rolling shutter, vediamo brevemente come è quello a global shutter.
In questo caso le cose sono semplicissime.
Il sensore dispone della memoria sufficiente per scaricare in tempo reale e di continuo tutte le informazioni che riceve in termini di luce in modo praticamente simultaneo.
Possiamo dire che il tempo di readout di un sensore con otturatore elettronico global shutter è praticamente zero.
Questo consente di non aver alcun ritardo di lettura, eliminando di fatto alla radice le cause di artefatti di lettura indotti da quel ritardo.
E anche di tenere sempre sotto tiro il punto di messa a fuoco in tempo reale, senza intermittenze. Che si stia scattando oppure no.
Quindi niente distorsioni, niente effetti mazza da golf o elica distorta, niente banding. Autofocus più reattivo.
L'arma finale ?
Fino ad un certo punto, perché non ci sono mai pasti gratis.
Un sensore di questo tipo richiede più elettronica ed è più complesso da produrre per l'allineamento degli strati sovrapposti (il sensore con global shutter è di fatto un sensore di tipo stacked più affollato di uno normale).
Più elettronica e la lettura di tanti dati in simultanea, significa maggior consumo, maggior produzione di calore.
Maggior produzione di calore induce maggiore rumore digitale (in lettura, una cosa che non alcuna relazione con la sensibilità ISO, con l'amplificazione o con il rumore fotonico di fondo).
Maggior rumore significa minore dinamica in gamma bassa.
E anche la necessità di impostare sensibilità base più elevate di quelle nominali per mantenere una curva di amplificazione decente.
E' il caso della famosa Sony a9 III che tante perplessità ha destato all'uscita, una volta ricavata la curva di lettura del rumore e la sua dinamica inferiore al modello precedente avente la stessa risoluzione ma un più normale sensore stacked.
Ci sono trucchi per risolvere questo problema che però non sono sempre applicabili.
RED DIGITAL impiega la lettura ad alta velocità e in questo modo riesce a sommare due fotogrammi consecutivi che vengono fusi insieme per ricavarne uno più pulito da rumore e disturbi.
Nikon ha fatto tempo fa un brevetto per un sensore che può funzionare in modo misto, rolling e global shutter ad aree in modo da dosare la potenza, il calore e il rumore e tenere sempre il soggetto sotto fuoco.
Ma lasciamo queste problematiche agli ingegneri, loro sanno come giocarsela.
Quindi dopo questo - mi scuso - lungo preambolo andiamo alla domanda.
A chi serve il Global Shutter (ovvero a chi servirebbe una Nikon Z9 II qualora avesse, come qualcuno dice , un sensore con global shutter derivato da quelli di RED ) ?
Principalmente a chi fa video, specie in condizioni di luci critiche.
E a chi fotografa soggetti animati, lenti o veloci e non vuole in nessun modo che ci siano artefatti nelle sue immagini.
Oppure a chi usa flash in luce ambiente e necessità di potenza.
Una macchina a global shutter può sincronizzare il flash potenzialmente con tempi rapidissimi (nell'ordine dei decimillesimi di secondo fino teoricamente ad 1/80000'' ammesso che il flash riesca a scattare a quelle velocità) senza il depotenziamento del flash in modalità HSS.
Quindi fotografi sportivi, videografi, cerimonialisti, fotografi di wildlife estremo, fotoreporter, fotografi di moda che usano flash potenti in luce ambiente con il sole.
A questi potenzialmente non daranno fastidio i problemi portati dal Global Shutter rispetto ad un normale Rolling Shutter con tempo di readout molto rapido.
Come la sensibilità di base più elevata o la perdita di dinamica in bassa gamma.
Si avvantaggeranno della migliore reattività dell'autofocus, dell'assenza totale di black-out a mirino, oltre ovviamente, all'assenza di artefatti da movimento in qualsiasi condizione di luce, incluso il banding.
A chi NON serve il Global Shutter ?
Principalmente a chi non fa le cose che fanno quelli a cui serve il Global Shutter.
Quindi paesaggisti, fotografi di still-life e di macro, chi riproduce opere d'arte, a chi fa della scienza del colore e della post-elaborazione alla ricerca di ogni stilla di qualità di immagine possibile, la ragione ultime della sua fotografia.
Questo fotografi avranno solo danni dall'uso di un sensore con global shutter, non vantaggi. Quindi dovranno tenersene alla larga.
Tranne che i produttori nel frattempo non si inventino qualche escamotage per aggirare i limiti indotti da questa tecnologia.
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