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Chi di noi non ha mai scattato una foto dal finestrino di un treno in corsa, ritrovandosi con un'immagine stranamente distorta, in cui i pali della luce sembrano inclinati o gli edifici appaiono piegati come se fossero di gomma? Questo fenomeno ha un nome preciso: rolling shutter, ovvero “otturatore a scorrimento”.
Si tratta di una distorsione dell'immagine che si verifica quando il sensore della fotocamera – tipicamente quello di uno smartphone – non cattura l'intera scena in un singolo istante, ma la “scansiona” progressivamente, di solito dall'alto verso il basso. Il risultato è che le diverse porzioni dell'immagine vengono registrate in momenti leggermente diversi tra loro. Se nel frattempo la fotocamera o il soggetto inquadrato si stanno muovendo rapidamente, ciò che vediamo nella foto finale è un'immagine composta da linee si inclinano, da forme che appaiono storte, come se la realtà catturata dalla fotocamera fosse stata in qualche modo “stirata” lateralmente. Questo effetto è ben diverso dal classico mosso fotografico: non è una sfocatura, ma una vera e propria distorsione geometrica dell'immagine.
Come funziona davvero la fotocamera dello smartphone
Per capire perché questo avviene bisogna richiamare qualche nozione sul funzionamento dei sensori fotografici moderni. Nella maggior parte degli smartphone e delle fotocamere digitali moderne si utilizzano sensori CMOS configurati con lettura di tipo rolling shutter, in cui l'immagine viene acquisita riga per riga. Il rolling shutter non è una caratteristica intrinseca del CMOS: esistono anche sensori (CMOS e, in passato, CCD) con otturatore globale.
Quando siamo fermi e fotografiamo qualcosa di statico, questa scansione progressiva non causa alcun problema visibile: le differenze temporali tra la lettura della prima e dell'ultima riga sono talmente piccole da risultare impercettibili. Ma quando c'è del movimento, sia del soggetto che della fotocamera stessa, la situazione cambia radicalmente. Immaginiamo di filmare le pale di un elicottero in volo: le pale ruotano così velocemente che, nel tempo impiegato dal sensore a scansionare il fotogramma dall'alto verso il basso, esse si trovano già in una posizione completamente diversa rispetto a quando è stata letta la prima riga di pixel. Il risultato è che le pale appaiono deformate, curve, quasi liquide.
Lo stesso principio si applica perfettamente alla classica foto fatta dal finestrino del treno in corsa. Mentre il mezzo corre sui binari, la fotocamera si sposta orizzontalmente in modo rapido. Le righe superiori del sensore catturano il paesaggio in un determinato istante, quelle inferiori lo catturano una frazione di secondo dopo, quando la fotocamera si è già spostata. Ne consegue un'inclinazione diagonale dell'immagine: gli elementi verticali del paesaggio (pali, alberi, edifici, etc.) appaiono piegati in avanti o all'indietro rispetto alla direzione di movimento.
Come si evita questo effetto: il Global Shutter
Esiste un'alternativa tecnica che elimina questo problema: l'otturatore globale (global shutter), che espone tutti i pixel del sensore esattamente nello stesso istante, come uno scatto fotografico tradizionale. Le fotocamere dotate di global shutter non soffrono di distorsioni da rolling shutter, e per questo sono molto usate in ambiti professionali come le riprese sportive o il cinema ad alta velocità, nonché nelle telecamere per il controllo del traffico. Il loro limite principale è stato a lungo il costo e alcune compromissioni in termini di gamma dinamica e sensibilità, anche se le tecnologie più recenti stanno rapidamente riducendo queste differenze.
Va detto che il rolling shutter non sempre è considerato un difetto. Alcuni fotografi e videomaker lo sfruttano deliberatamente per creare effetti grafici particolari e surreali, trasformando quello che è un limite tecnico (almeno sulla carta) in uno strumento espressivo, artistico.
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