6 vragen en antwoorden over Sony's global shutter

De Sony Alpha 9 III baart opzien in de fotografiewereld. Het is de eerste full-frame CMOS camera met een globale sluiter. Maar wat betekent dat eigenlijk? Wat doet het en wat betekent het voor de toekomst? Hier zijn de antwoorden op de zes meest prangende vragen.

Camera

Sony Alfa 9 III

24.60 Mpx, Volledig formaat

18

Camera

Sony Alfa 9 III

24.60 Mpx, Volledig formaat

18

1. wat is een global shutter

Global shutter betekent "globale sluiter". Het is een proces waarbij alle pixels van de camerasensor tegelijkertijd worden gelezen. De term "sluiter" is eigenlijk een anachronisme, maar het is belangrijk om te begrijpen:

Klassieke camera's hebben een mechanische spleetsluiter. Hij gaat open en dan valt er licht op een analoge film of een digitale sensor. Na de opgegeven tijd sluit hij weer. Dit gebeurt met twee sluitergordijnen, waarbij de tweede de eerste volgt. Bij snelle sluitertijden belicht een spleetsluiter nooit de hele sensor. Het tweede sluitergordijn begint de sensor van tevoren weer te bedekken.

Een modern alternatief voor de mechanische sluiter is de elektronische sluiter. Hierbij wordt de sensor fysiek permanent belicht. Als je op de ontspanknop drukt, leest de camera gewoon het beeld van dat moment uit en slaat het op. Eerdere CMOS sensoren deden dit regel voor regel. Eerst wordt de bovenste rij pixels uitgelezen, dan de onderste. Dit neemt een bepaalde tijd in beslag - die verschilt per sensor. De Sony Alpha 7R V met een sensor met achtergrondverlichting en 61 megapixels heeft bijvoorbeeld ongeveer 1/30 van een seconde nodig. De Nikon Z 8 met een gestapelde sensor en 45 megapixels heeft slechts 1/270 van een seconde nodig.
De nieuwe Sony Alpha 9R V met een sensor met achtergrondverlichting en 61 megapixels heeft ongeveer 1/30 van een seconde nodig.
De nieuwe Sony Alpha 9 III is de eerste die het helemaal anders doet. Hij activeert de sensor onmiddellijk volledig en leest alle pixels tegelijkertijd. Dit is een technologische doorbraak.

2 Wat zijn de voordelen?

De globale sluiter elimineert verschillende problemen waar andere sluitersystemen mee worstelen en opent nieuwe mogelijkheden:

• **Geen vervorming:**De beeldinhoud kan veranderen in de tijd die klassieke sensoren nodig hebben om lijn voor lijn beelden vast te leggen. Dit is een probleem bij snelle bewegingen: een golfclub in volle zwaai legt relatief veel af in een fractie van een seconde. Op het moment dat de bovenste lijn van de sensor wordt belicht of uitgelezen, bevindt deze zich in een andere positie dan de laatste lijn. Daardoor wordt hij scheef op de foto. Met een globale sluiter blijft hij recht.

Is er sprake van vervorming bij een mechanische sluiter?

Ja, theoretisch gezien wel. Een klassieke mechanische sluiter werkt bij hoge sluitersnelheden volgens hetzelfde principe als de lijn-voor-lijn uitlezing van de sensor: het licht valt niet overal tegelijk binnen, maar wordt alleen binnengelaten door de spleet, die van boven naar beneden beweegt. Omdat een mechanische sluiter hier echter maar ongeveer 1/400 van een seconde voor nodig heeft, is de vervorming minimaal en alleen zichtbaar in extreme gevallen. Alleen de dure mechanische centraalsluiter heeft dit probleem niet. De globale sluiter is het elektronische equivalent.

• Geen banding: LED-lichtbronnen veroorzaken bij conventionele sensoren soortgelijke problemen als snelle bewegingen. Ze lichten niet constant op, maar flikkeren met een hoge frequentie. Met conventionele sluitersystemen leidt dit tot "banding" vanwege de lange uitleestijd: Het beeld wordt in stroken verschillend belicht. Dit gebeurt niet meer met de globale sluiter. De belichting tussen verschillende beelden kan nog wel variëren bij korte sluitertijden.

• Hogere continu-opnamesnelheid: Omdat de limiet voor de uitleessnelheid is verwijderd, zijn extreem hoge continu-opnamesnelheden mogelijk met de globale sluiter. De bottleneck is nu de processor, die de beelden moet verwerken. De Sony Alpha 9 III beheert 120 beelden per seconde in RAW formaat. Een kwantumsprong vergeleken met eerdere camera's.
• Betere flitssynchronisatie: Met een mechanische sluiter kun je een flitser meestal maar tot 1/200 seconde synchroniseren. Bij kortere belichtingstijden wordt nooit de hele sensor belicht, maar slechts een spleetje. De flitser heeft geen kans om het hele beeld te belichten. Met een normale elektronische sluiter is het tegenovergestelde het geval: de flitstijd is korter dan de uitleessnelheid van de sensor. Dit betekent ook dat de flitser het beeld niet gelijkmatig belicht. Deze problemen verdwijnen met de globale sluiter. Theoretisch kan een flitser met de Sony Alpha 9 III worden gesynchroniseerd tot 1/80.000 seconde.

3 Wie profiteert hiervan?

In de praktijk zijn de voordelen van de globale sluiter vooral merkbaar in drie toepassingen:

• **Sportfotografie:**De hoge continue opnamesnelheid is perfect om precies het juiste moment te pakken. De beelden zijn niet langer vervormd, zelfs niet bij de snelste bewegingen.
• Video: Het rollende sluitereffect is ook in video's volledig geëlimineerd. Bij camerabewegingen blijven verticale lijnen kaarsrecht.
• Flitser op locatie: Als je met flitser wilt concurreren met omgevingslicht, profiteer je enorm van de hoge mogelijke synchronisatietijden. Als je de sluitertijd verhoogt, bijvoorbeeld van 1/200 naar 1/1000 seconde, wordt het beeld 80 procent minder belicht door het omgevingslicht. De sterkte van de flitser verandert echter niet (ik kom later terug op de beperkingen). Hierdoor kun je de achtergrond donkerder maken met minder krachtige flitsers. En je kunt open diafragma's gebruiken in zonlicht zonder dat je verliesgevende flitsstanden met hoge snelheid nodig hebt.

Naast dit zal de globale sluiter in de toekomst een mechanische sluiter overbodig maken. Hierdoor verdwijnt een complex onderdeel. Camera's kunnen compacter - en goedkoper - worden ontworpen. Het tweede effect zal zich waarschijnlijk pas op de lange termijn voordoen. Zoals elke nieuwe technologie zal de global shutter nog een aantal jaren duur blijven.

De hoge continue opnamesnelheid opent ook de deur naar het combineren van meerdere opnamen tot één beeld. Sony biedt al een "Composite RAW" functie in de nieuwe camera. Hiermee kun je 4 tot 32 beelden combineren tot één beeld, wat moet zorgen voor minder beeldruis. Volgens Sony werkt het ook met opnamen uit de hand. Het beeld wordt echter niet in de camera gecombineerd, maar alleen in software op de computer. Blijkbaar heeft de chip van de camera niet de benodigde rekenkracht. Andere digitale beeldverbeteringen zijn denkbaar in de toekomst. Bijvoorbeeld een hoger dynamisch bereik door meerdere belichtingen te combineren.

Dankzij de voordelen van de globale sluiter is de Sony Alpha 9 III op dit moment alleen interessant voor een zeer kleine doelgroep. Als je geen snelle sporten fotografeert, heb je waarschijnlijk nog nooit een probleem gehad met vertekende beelden. Zelfs natuurfotografie heeft nauwelijks baat bij de global shutter. Rollende sluiter effecten treden regelmatig op bij normale sensoren tijdens het filmen, maar deze zijn bij nieuwe camera's al goed onder controle. En als je niet buiten maar in de studio flitst, heb je bijna nooit snelle sluitertijden nodig.

4. Kan ik mijn flitser echt met elke sluitertijd synchroniseren?

Ja, maar bij minder dan 1/1000 van een seconde heb je er niet veel aan. Sony adverteert met synchronisatiesnelheden tot 1/80.000 van een seconde voor de Alpha 9 III. Dit is mogelijk, maar onzinnig. Bij zeer snelle sluitertijden wordt de flitser een knelpunt. Een flitsbuis heeft ook een bepaalde tijd nodig om zijn licht uit te stralen. Dit wordt de burn-off tijd genoemd. Als de globale sluiter de sensor korter belicht dan deze burn-off tijd, absorbeert deze niet langer een deel van het flitslicht. Net als bij continu licht.

Hier is een kleine deep dive als je precies wilt weten hoe lang typische burn-off tijden zijn en wat die informatie betekent. Als het je niet interesseert, kun je naar het volgende punt scrollen.

De lichtintensiteit van een flitsbuis is niet lineair, maar een curve die snel stijgt en langzaam daalt. Hoe sterker je de flitser instelt, hoe langer de inbrandtijd. Deze wordt gespecificeerd in "T.5" of "T.1". T.5 is de tijd dat de flitser met meer dan 50 procent intensiteit schijnt. T.1 is de tijd dat de flitser met meer dan 10 procent intensiteit schijnt.

Om de sluitertijd in te schatten waarbij een globale sluiter niet langer al het licht opvangt, zou T.1 de relevante specificatie zijn. T.5 is misleidend, omdat de flitser op dat moment meestal nog maar 60 procent van zijn licht heeft uitgestraald. Helaas geven veel fabrikanten alleen T.5 op omdat dat er beter uitziet. Nu je gewapend bent met deze kennis, zijn hier een paar voorbeelden:

Zoals je kunt zien is de T.1 uitbrandtijd van de meeste flitsers op vol vermogen ruim 1/300 van een seconde. Zelfs als je een lichtverlies van ongeveer 40 procent accepteert, kun je nauwelijks meer dan 1/1000 van een seconde bereiken. Kortere sluitertijden hebben alleen zin als je de flitser niet op vol vermogen zet - maar dan heb je geen extra voordeel in de strijd tegen de zon.

5 Wat zijn de nadelen?

Een sensor met een globale sluiter vereist een extreem groot aantal schakelingen in een zeer kleine ruimte. De signalen van alle pixels moeten immers tegelijkertijd worden doorgegeven. Dit is alleen mogelijk in een gestapelde sensor. Hier zijn de fotodiodes en de schakelingen niet op hetzelfde niveau geplaatst, maar achter elkaar. Met een conventionele sensor zou de ruimte waarschijnlijk te krap zijn.

Eerst is dit ontwerp duur. Dit was al het geval met normale gestapelde sensoren. Met een extra global shutter systeem zijn ze nog moeilijker te fabriceren. Het is niet voor niets dat Sony er zo lang over heeft gedaan om ze te ontwikkelen. Ten tweede zou de complexiteit een negatieve invloed kunnen hebben op de beeldkwaliteit:

• Minder dynamisch bereik
• Meer beeldruis
• Lagere resolutie

Sony beweert dat de globale sluiter in de Alpha 9 III niet leidt tot een slechtere beeldkwaliteit. Dit kan alleen worden geverifieerd met definitieve camera's en RAW-beelden. In de eerste praktijktest met een pre-productiemodel heb ik in ieder geval niets negatiefs gemerkt op het gebied van beeldruis of dynamisch bereik.

De resolutie van de Sony Alpha 9 III is een solide 24 megapixels - wat waarschijnlijk de limiet is van de huidige productietechnologie. Nog meer pixels betekent nog meer schakelingen.

6. Waar zal dit in de toekomst zijn?

De volgende camera die hiervoor in aanmerking zou kunnen komen is de Canon EOS R1 - ook een vlaggenschip voor sportfotografie. Volgens geruchten komt deze begin 2024 uit. Canon is naast Sony en Fujifilm de enige fabrikant die zijn eigen sensoren bouwt.

Het is onmogelijk in te schatten hoe snel Sony de technologie zal doorgeven aan andere merken. Het bedrijf levert sensoren aan bijna de hele industrie: Nikon, Fujifilm (GFX), Hasselblad, Olympus, Apple. Vroeg of laat zal de global shutter dus waarschijnlijk zijn weg vinden naar andere dure camera's. Het zal waarschijnlijk langer duren voordat hij zijn weg vindt naar camera's in het middensegment. Zelfs normale gestapelde sensoren zijn nog steeds voorbehouden aan topmodellen. De enige uitzonderingen tot nu toe zijn de OM System OM-1 en de Fujifilm X-H2S. Beide in kleinere formaten.

Zou een globale sluiter in smartphones ook zinvol zijn? Theoretisch wel. Ze lezen hun sensoren ook lijn voor lijn uit. Maar de sensoren zijn erg klein. 1 inch (wat in werkelijkheid betekent slechts een diagonaal van 0,63 inch) is het hoogste van gevoel. De snelheid van uitlezen is daarom erg hoog. De iPhone 15 Pro haalt bijvoorbeeld 1/200 van een seconde.

In de praktijk betekent dit dat het rollende sluitereffect alleen in extreme situaties een probleem is. Vergelijkbaar met de gestapelde sensoren van de Sony Alpha 1 (1/240 s) of de Nikon Z 8 (1/270 s). In tegenstelling tot de grote camera's zal een smartphone bijna nooit situaties tegenkomen waarin vervorming zichtbaar wordt. Ook hoeft hij meestal niet te synchroniseren met flitsers.