FUNZIONI DELLA FOTOCAMERA

Otturatore elettronico e otturatore meccanico a confronto

Alcuni modelli di fotocamera dispongono sia di un otturatore elettronico sia dell'otturatore meccanico tradizionale. Ma qual è la differenza? Come funzionano e come scegliere quando utilizzare l'uno o l'altro? Ecco tutto quello che c'è da sapere su questi due tipi di otturatore.

In una fotocamera, l'otturatore controlla la durata dell'esposizione del sensore alla luce al fine di registrare un'immagine. Il tempo di esposizione è determinato dalla velocità dell'otturatore.

Tutte le fotocamere Canon EOS dispongono di un otturatore meccanico, ma alcune dispongono anche di un otturatore elettronico, ad esempio i modelli EOS 90D ed EOS-1D X Mark III. Tutte le fotocamere mirrorless del sistema EOS R dispongono di entrambi i tipi di otturatore. Qui spiegheremo la differenza tra otturatori elettronici e otturatori meccanici, come funzionano, e i pro e i contro di entrambi.

Qual è la differenza tra un otturatore elettronico e un otturatore meccanico?

In una fotocamera mirrorless o reflex digitale moderna, l'otturatore meccanico è dotato di due tendine, ciascuna composta da diverse lamelle, che si aprono per far sì che la luce raggiunga il sensore e si chiudono alla fine del tempo di esposizione prestabilito. Questo tipo di otturatore utilizza due tendine in modo tale che l'esposizione sia omogenea per tutto il sensore. Se ce ne fosse soltanto una, sarebbe come sollevare la tapparella di una finestra: la prima parte del sensore ad essere esposta sarebbe anche l'ultima, risultando in un'esposizione non omogenea. Invece il processo inizia con la tendina anteriore chiusa e la tendina posteriore aperta. La tendina anteriore si apre, iniziando l'esposizione, e dopo il tempo di esposizione impostato la tendina posteriore si chiude per terminare l'esposizione. Entrambe le tendine si muovono nella stessa direzione (ad esempio dall'alto verso il basso), così che tutte le parti del sensore siano esposte alla luce per la stessa durata. L'utilizzo di due tendine implica anche che il tempo di esposizione viene determinato dal lasso di tempo compreso tra la prima apertura e la seconda chiusura, che può essere controllato in modo preciso.

Diversamente dall'otturatore meccanico, l'otturatore elettronico non presenta parti mobili. Le informazioni relative all'immagine vengono invece raccolte dal sensore nel tempo di esposizione specificato, che può essere di gran lunga inferiore a quelli supportati dagli otturatori meccanici. Lo svantaggio consiste nel fatto che, per ragioni tecniche, ad esempio la larghezza di banda elettronica, i dati del sensore non possono essere salvati tutti insieme ma devono essere letti in modo sequenziale, una riga (o diverse righe) di pixel alla volta, in modo simile al movimento della testina di uno scanner a piano fisso. Di conseguenza, la velocità dell'otturatore (ossia il tempo di esposizione) può essere di gran lunga superiore ma la velocità di lettura può introdurre limiti e potenziali problemi.

Illustrazione dell'immagine di un treno che si sposta a velocità elevata catturata dal sensore. Prima, l'immagine completa; poi, una striscia dell'immagine che viene catturata vicino al bordo superiore, poi una striscia catturata vicino al bordo inferiore; infine un'immagine distorta dovuta al fatto che il treno si è spostato nelle due fasi intermedie.

Con un otturatore meccanico, in principio, viene esposto tutto il sensore, con un brevissimo lasso di tempo tra la prima e la seconda tendina, in modo da catturare tutta l'inquadratura in quel momento (sinistra). Con un otturatore elettronico, tuttavia (due illustrazioni centrali), i dati del sensore vengono letti dall'alto verso il basso, a fette, e ciò avviene più lentamente rispetto alla velocità alla quale si sono mosse le tendine dell'otturatore meccanico: durante tale periodo di tempo un oggetto che si sposta in modo molto rapido potrebbe aver cambiato posizione. Di conseguenza, l'oggetto in movimento può apparire distorto nell'immagine registrata (destra). Questo fenomeno è noto come distorsione causata dal rolling shutter.

Quali sono i vantaggi di un otturatore elettronico?

Gli otturatori elettronici presentano diversi vantaggi. Tra i più evidenti troviamo la possibilità di sfruttare velocità dell'otturatore maggiori (esposizione più breve) rispetto agli otturatori meccanici. Nel modello EOS R3, ad esempio, la velocità massima dell'otturatore meccanico è di 1/8000 s, mentre quella dell'otturatore elettronico è di 1/64000 s. È quindi possibile catturare azioni più rapide e un maggior numero di attimi.

Gli otturatori elettronici consentono inoltre di aumentare la velocità massima di scatto continuo. Nei modelli EOS R5 ed EOS R6, ad esempio, questa velocità aumenta da 12 fps (fotogrammi al secondo) con l'otturatore meccanico fino a 20 fps con l'otturatore elettronico, e nel modello EOS R3 l'aumento è ancora più marcato, passando da 12 fps con l'otturatore meccanico fino a un massimo di 195 fps con l'otturatore elettronico.* 

Inoltre, in mancanza di parti mobili, l'otturatore elettronico funziona in modo del tutto silenzioso. Ciò offre nuove opportunità, consentendo ai fotografi e alle fotografe di scattare in luoghi considerati in precedenza come off-limits. Alcuni eventi sportivi, come ad esempio i tornei di tennis, snooker o golf, applicano regole stringenti per quanto riguarda il rumore delle fotocamere che potrebbe distrarre i giocatori e le giocatrici nei momenti cruciali. Con l'otturatore elettronico, il problema non si pone. Un otturatore silenzioso significa anche poter scattare fotografie durante uno spettacolo teatrale o un concerto di musica classica senza perturbarne la fruizione da parte del pubblico. La possibilità di realizzare scatti silenziosi può costituire un vantaggio in una miriade di situazioni e generi fotografici, dalla realizzazione di ritratti di neonati ai servizi fotografici in occasione di matrimoni, per documentare discorsi ed eventi.

Infine, un importante vantaggio delle fotocamere mirrorless rispetto alle reflex digitali è l'assenza di movimento dello specchio, il quale introduce una vibrazione nel punto di acquisizione. L'otturatore elettronico va persino oltre: poiché non dispone di parti mobili, anche la più piccola vibrazione della fotocamera dovuta allo "shock dell'otturatore" viene di fatto eliminata.

Quali sono gli svantaggi degli otturatori elettronici?

Il problema potenziale più importante degli otturatori elettronici è il cosiddetto effetto causato dal "rolling shutter". Poiché le informazioni relative all'immagine provenienti dal sensore vengono lette poco alla volta, un soggetto in rapido movimento può muoversi nel lasso tempo impiegato per leggere l'intero sensore. Di conseguenza, il soggetto risulterà distorto nell'immagine finale. Un treno che viaggia a velocità elevata potrebbe ad esempio trovarsi a metà dell'inquadratura quando viene letta la riga di pixel superiore e vicino al bordo nel momento in cui viene letta la riga inferiore. Apparirà quindi distorto nell'immagine. La velocità dell'otturatore (o, più precisamente, il tempo di esposizione) è sempre di 1/8000 s, o qualunque sia il valore impostato, ma ciascuna "fetta" dell'immagine è un 1/8000esimo di secondo leggermente diverso.

Gli sviluppi della tecnologia dei sensori, come il design "stacked" del chip CMOS retroilluminato presente nel modello EOS R3, consentono una velocità di lettura molto più rapida di prima, riducendo in modo significativo la distorsione causata dal rolling shutter. Un'altra tecnologia sviluppata consiste nel "global shutter" (o "total shutter"), che legge contemporaneamente le informazioni provenienti dal sensore anziché una riga alla volta. Questa tecnologia è tuttavia molto complessa e aggiunge rumore dell'immagine e costi, senza produrre risultati di alta qualità. Viene quindi utilizzata in alcune applicazioni video ma non è consigliata per video o foto in cui la qualità dell'immagine costituisce un requisito importante.

Lo sfarfallio di alcune fonti luminose, come le luci fluorescenti e a LED, può inoltre causare un effetto di banding quando si utilizza un otturatore elettronico, perché la luminosità e il colore della scena varia nel lasso di tempo necessario alla lettura del sensore. In modo del tutto simile, può essere difficile sincronizzare un flash con un otturatore elettronico, in quanto la maggior parte dei flash produce una luce molto intensa e molto breve: l'intensità dell'illuminazione non viene mantenuta per tutta la durata della lettura del sensore. Queste problematiche, tuttavia, possono insorgere in certe circostanze anche con gli otturatori meccanici, e le più recenti tecnologie incorporate nel modello EOS R3 includono il rilevamento dello sfarfallio ad alta frequenza con l'otturatore elettronico, così come la sincronizzazione del flash con l'otturatore elettronico, a velocità dell'otturatore fino a 1/180 s (prossima alla velocità di 1/200 s possibile con l'otturatore meccanico), con flash Canon Speedlite o di terze parti.

Due schemi che illustrano la sequenza dell'otturatore a velocità di otturatore inferiori (sinistra) e superiori (destra) rispetto alla velocità di sincronizzazione del flash. Nel primo caso, vi è un momento in cui il sensore è completamente esposto, ma nel secondo tale momento non esiste e il sensore viene esposto per "fette".

Anche gli otturatori meccanici possono essere sincronizzati con il flash, ma soltanto fino a una certa velocità dell'otturatore. Ecco perché. Lo schema sulla sinistra illustra quello che avviene a velocità dell'otturatore che corrispondono alla velocità di sincronizzazione del flash, ad esempio 1/200 s. La luce entra nella fotocamera (1), e la sequenza dell'otturatore (2) si svolge come segue. La tendina anteriore (A) inizia ad aprirsi e alla fine del tempo di esposizione impostato la tendina posteriore (C) si chiude per terminare l'esposizione. Per un certo lasso di tempo, il sensore è completamente esposto (B) e può registrare l'immagine completa così come viene illuminata dal flash (3B). A velocità dell'otturatore superiori alla velocità di sincronizzazione del flash, ad esempio 1/2000 s (schema sulla destra), la tendina posteriore (C) inizia a chiudersi prima che la tendina anteriore (A) sia del tutto aperta, pertanto il sensore viene esposto attraverso una fenditura mobile (B) anziché tutto insieme. L'immagine viene esposta a "fette" (6 A-B-C) in rapida successione e non vi è alcun momento in cui viene esposta insieme tutta l'inquadratura. Un flash di breve durata o lo sfarfallio di una fonte di luce artificiale possono far sì che la luminosità e il colore nell'immagine varino da una fetta all'altra, creando un effetto di banding.

Quali sono i vantaggi di un otturatore meccanico?

Gli otturatori meccanici hanno accompagnato per diverso tempo fotografi e fotografe, e continuano ad offrire alcuni vantaggi rispetto a quelli elettronici. Innanzitutto, sebbene gli otturatori meccanici espongano anch'essi il sensore a "fette" a velocità dell'otturatore superiori (vedi immagine sopra) e possano quindi presentare anch'essi fenomeni di banding o di esposizione non omogenea, nonché una colorazione variabile con fonti di luce sfarfallanti, tali fenomeni tendono a verificarsi meno spesso con gli otturatori meccanici che non con quelli elettronici.

In secondo luogo, uno dei più importanti vantaggi dell'uso di un otturatore meccanico è la riduzione della distorsione causata dal rolling shutter. L'effetto potrebbe comunque essere presente, ma in modo meno percettibile con un otturatore meccanico che non con uno di tipo elettronico su una fotocamera con una velocità di lettura del sensore relativamente lenta. 

Infine, gli otturatori meccanici offrono solitamente velocità di sincronizzazione del flash superiori rispetto a quelle possibili con un otturatore elettronico, sebbene si vada comunque raramente oltre 1/250 s in quanto, con velocità dell'otturatore superiori, anche nel caso di un otturatore meccanico, il sensore viene esposto attraverso una fenditura mobile e non vi è più un momento in cui l'intera inquadratura è illuminata dal flash.

Quali sono gli svantaggi degli otturatori meccanici?

Poiché un otturatore meccanico presenta parti che devono muoversi in modo preciso con tempi precisi, la velocità massima possibile dell'otturatore è di gran lunga inferiore a quella di un otturatore elettronico. La risposta di un otturatore meccanico, inoltre, non è rapida come quella di un otturatore elettronico, il che può costituire un problema quando la rapidità costituisce un fattore essenziale. Di conseguenza, con un otturatore meccanico non è possibile catturare soggetti in rapido movimento o attimi sfuggenti con la stessa efficacia di un otturatore elettronico.

In aggiunta, lo spostamento delle tendine dell'otturatore meccanico produce un rumore che può, in certe circostanze, risultare invasivo o perturbante. Quest'ultimo può inoltre provocare una leggera vibrazione che si ripercuote sulla fotocamera. Tale vibrazione può essere visibile soprattutto se si utilizzano un teleobiettivo e velocità dell'otturatore relativamente lente.

Infine, la natura fisica degli otturatori meccanici fa sì che siano soggetti a usura.

Illustrazione schematica di un sensore di una fotocamera in cui viene letta una riga di pixel alla volta, insieme a una seconda illustrazione di un sensore disattivato, poi attivato, e poi nuovamente disattivato.

Negli otturatori elettronici odierni (1), i dati del sensore vengono letti una riga alla volta. Con un global shutter (2), invece, il sensore viene letto tutto insieme e l'otturatore passa da completamente chiuso a completamente aperto e poi di nuovo a completamente chiuso. Ciò consente di eliminare alcuni difetti degli otturatori elettronici, ma le sfide tecniche per rendere pratica questa tecnologia sono notevoli, tra cui il raggiungimento di una velocità del sensore e di una larghezza di banda dei dati sufficienti per ottenere immagini ad alta risoluzione.

Un'unità otturatore di EOS R3.

L'unità otturatore meccanico del modello EOS R3 è di ultima generazione, ma qualsiasi meccanismo di questo tipo presenta limiti fisici per quanto riguarda la velocità. È soprattutto grazie agli sviluppi delle tecnologie dei sensori che la fotocamera raggiunge nuovi standard in termini di velocità dell'otturatore, velocità di sincronizzazione del flash e rilevamento dello sfarfallio ad alta frequenza.

Cos'è un otturatore con tendina anteriore elettronica?

Molte fotocamere recenti sono dotate di un otturatore con tendina anteriore elettronica (EFCS) o di un otturatore con una prima tendina elettronica (EFSC). Si tratta di un otturatore ibrido, a cavallo tra un otturatore meccanico ed uno elettronico. Tutte le fotocamere Canon con Live View, a partire dal modello EOS 40D lanciato nel 2007, dispongono di questa funzionalità, attivata di default come modalità di scatto LV silenziosa. Quando l'EFCS è attivo, l'otturatore meccanico è, in un primo momento, completamente aperto (così che la luce raggiunga il sensore e attivi la Live View). Per catturare l'immagine, l'esposizione viene avviata in modo elettronico, ma termina con la chiusura dell'otturatore meccanico (seconda tendina).

Ciò comporta una serie di vantaggi. Sebbene il sistema non sia del tutto silenzioso, non è rumoroso come un otturatore completamente meccanico. Utilizzare l'otturatore elettronico per avviare l'esposizione significa che la fotocamera è molto reattiva, e si evita inoltre lo shock dell'otturatore. (La vibrazione della fotocamera provocata dalla seconda tendina non viene registrata in quanto questa tendina termina l'esposizione). L'EFCS può inoltre consentire una velocità di sincronizzazione del flash più rapida rispetto a otturatori di tipo meccanico o elettronico. Nel modello EOS R3, ad esempio, la velocità di sincronizzazione del flash raggiunge 1/250 s.

Lo svantaggio dell'utilizzo dell'EFCS è che può introdurre un effetto di banding in caso di fonti luminose artificiali sfarfallanti, sebbene solitamente tale effetto non sia accentuato come quando si utilizza un otturatore elettronico standard. In aggiunta, il bokeh può risultare sovraccarico o "nervoso" quando vengono utilizzate velocità dell'otturatore rapide. Infine, poiché il processo utilizza comunque la seconda tendina meccanica, il numero di fotogrammi per secondo rimane lo stesso dell'otturatore meccanico.

Quando utilizzare un otturatore elettronico e quando uno meccanico?

L'otturatore elettronico è la scelta migliore se si desidera una velocità di scatto continuo più rapida e/o una velocità dell'otturatore più rapida. È inoltre la scelta più adatta quando si vuole scattare in modalità silenziosa. 

Se si scatta in condizioni di illuminazione artificiale, o utilizzando il flash, allora l'otturatore meccanico (o l'otturatore con tendina anteriore elettronica) potrebbe supportare maggiori velocità dell'otturatore. Se l'otturatore elettronico provoca distorsioni causate dal rolling shutter nelle immagini, passare a un otturatore meccanico o a un EFCS dovrebbe contribuire a risolvere il problema.

Vale anche la pena notare che in tutte le fotocamere reflex e mirrorless Canon EOS, eccetto il modello EOS R3, la profondità in bit cala da 14 bit con un otturatore meccanico a 12 bit con un otturatore elettronico, il che significa che quando si scattano immagini RAW utilizzando l'otturatore elettronico, la fotocamera salva le immagini con una gamma di colori e tonalità leggermene ridotta. Questo non si applica alle immagini salvate in formato JPEG o HEIF, perché questi tipi di file presentano già una profondità in bit inferiore.

Un giocatore di golf che indossa pantaloni bianchi e una maglia gialla, catturato poco dopo aver colpito la palla. L'asta della mazza appare curva.

Un problema tipico riscontrato con gli otturatori elettronici è il cosiddetto effetto causato dal rolling shutter, che distorce gli oggetti in rapido movimento come ad esempio una ventola o un'elica in azione o l'asta di questa mazza da golf, che appare leggermente curva. Scatto realizzato con Canon EOS-1D X Mark III e obiettivo Canon EF 70-200mm f/4 L IS II USM a 200 mm, 1/2700 s, f/4 e ISO800.

Lo stesso giocatore di golf, che indossa pantaloni bianchi e una maglia gialla, nello stesso momento, dopo aver colpito la palla. L'asta della mazza appare dritta.

Il nuovo sensore stacked retroilluminato del modello EOS R3 può pulire i dati dell'immagine così rapidamente che gli effetti causati dal rolling shutter vengono quasi del tutto eliminati. È ora possibile sfruttare al massimo un otturatore elettronico per catturare il movimento a velocità rivoluzionarie fino a 1/64.000 s e in modo del tutto silenzioso. Scatto realizzato con Canon EOS R3 e obiettivo Canon RF 70-200mm F4 L IS USM a 200 mm, 1/2700 s, f/4 e ISO800.

Come gestire i fenomeni di distorsione causata dal rolling shutter e banding

Come già detto, queste problematiche si presentano principalmente con gli otturatori elettronici ma possono insorgere anche con gli otturatori meccanici, per cui passare a questi ultimi (come viene solitamente consigliato) potrebbe non risolvere il problema.

Sebbene alcuni software di video-editing e image-editing possano correggere parzialmente la distorsione causata dal rolling shutter, è sempre meglio ridurre al minimo tale fenomeno durante la fase di scatto. Con un po' di fortuna, puoi farlo aumentando la velocità dell'otturatore. In caso di riprese video, è inoltre necessario aumentare la velocità di elaborazione dei fotogrammi per far sì che la fotocamera scansioni il sensore più rapidamente.

La distorsione causata dal rolling shutter è più pronunciata quando il movimento del soggetto va da un lato dell'inquadratura all'altro, in modo perpendicolare alla direzione in cui viene letto il sensore. Ciò significa che cambiare l'angolo di scatto affinché il soggetto si sposti in una direzione inclinata di 45° o 90° rispetto alla fotocamera può ridurre la distorsione.

L'effetto di banding può apparire nelle immagini catturate in condizioni di illuminazione sfarfallante, ed è il risultato della variazione della luminosità nel corso del tempo impiegato per scansionare il sensore. La maggior parte delle fonti di luce artificiale, in particolare le luci fluorescenti e a LED, sfarfallano in fase con l'alimentazione elettrica CA, per cui regolare la velocità dell'otturatore a 1/50 s (1/60 s negli USA) o a 1/100 s (1/125 s negli USA) può risolvere il problema. Altrimenti, si possono provare altre velocità dell'otturatore per trovare quella che corrisponde al ciclo di sfarfallio della sorgente luminosa. 

Se disponibile, è inoltre consigliabile attivare la funzione anti-sfarfallio, che permette alla fotocamera di rilevare lo sfarfallio e ritardare leggermente il rilascio dell'otturatore per evitare tale sfarfallio durante l'esposizione. I progressi nella tecnologia dei sensori Canon hanno fatto del modello EOS R3 la prima fotocamera mirrorless EOS a offrire una funzione di rilevamento dello sfarfallio ad alta frequenza quando si utilizza l'otturatore elettronico, consentendo di evitare l'effetto di banding nelle immagini scattate in presenza di luci a LED.

* Impostazione scatto continuo ad alta velocità personalizzabile, scatto continuo fino a 195 fps per un massimo di 50 fotogrammi, disponibile sul modello EOS R3 con aggiornamento firmware.

Scritto da Angela Nicholson and Alex Summersby


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