MOUHOUBI Kamel, Jean-Luc Bodnar Université de Reims 14 – 15 septembre 2016 Utilité de post traitements pour améliorer le CND par thermographie infrarouge stimulée MOUHOUBI Kamel, Jean-Luc Bodnar Université de Reims

Un laboratoire au service du patrimoine Ce travail de recherche est mené dans le cadre d’une thèse soutenue par le LRMH et le CICRP et la Région Champagne-Ardenne. Le sujet de cette thèse porte sur la détection et la caractérisation d’altérations dans des œuvres d’art au moyen de la thermographie infrarouge stimulée. MOUHOUBI Kamel, doctorant Jean-Luc Bodnar, Enseignant chercheur

Sommaire Le rôle des post traitements Les post traitements en thermographie infrarouge stimulée Exemples de post traitements Le SVD Le TSR Le PPT Les statistiques d’ordres supérieurs Mise en œuvre de post traitement sur deux exemples. Conclusion

Les post traitements, leurs rôles Un post traitement est un traitement automatisé de données rendu possible par l’évolution des ordinateurs, poursuivant divers objectifs tels que la compression des données ou l’extraction d’une information ou sa mise en valeur. Ce traitement s’effectue sur un ensemble de données bruts (mesures, image, fichier son, film…)  input. La procédure comprend généralement des calculs mathématiques, des opérations booléennes, du tris de données, copie, concaténation etc. Le résultat est un fichier de données pas nécessairement du même type que l’input (résultats de calculs, image, film…)  output. Mesures, image, fichier son, film Input Calculs mathématiques, opérations booléennes… Post traitement Résultats de calculs, image, film… Output Σ

Les post traitements, leurs rôles Les post traitements interviennent dans de très nombreux domaines, y compris dans la vie quotidienne : Photographie  correction de yeux rouges par exemple… Imagerie médicale (radio, echographie…) Météorologie (imagerie satellitaire) Et aussi en thermographie IR… Image naturelle Type de nuages Pressions Mesures, image, fichier son, film Input Calculs mathématiques, opérations booléennes… Post traitement Résultats de calculs, image, film… Output Σ

Les post traitements en thermographie infrarouge stimulée La thermographie IR est une méthode de contrôle non destructif (CND). Elle emploie des caméras thermiques sensibles à différentes gamme de rayonnement dans l’IR. Elle repose sur l’analyse des images thermiques après sollicitation du matériau étudié à l’aide d’un transitoire thermique. Des post traitements peuvent être utilisés pour améliorer l’analyse des images thermiques.

Les post traitements en thermographie infrarouge stimulée Problème d’homogénéité du dépôt d’énergie Caméras numériques + ordinateur = Post traitement. Les post traitements occupent une place importante en Thermographie IR. Des post traitement comme le TSR (Thermo-Signal Reconstruction) permettent par exemple une bonne compression des données tout en permettant un bonne détection des défauts, d’autres comme le PPT (Pulse Phase Thermography) ou le SVD (Singular Value Decomposition) permettent de s’affranchir de certaines difficultés rencontrés en analyse pulsée comme l’homogénéité du dépôt d’énergie ou les problèmes de réflexion. Amélioration de la détection de défauts opérée par le TSR

Exemples de post traitements Exemples de post traitements utilisés en thermographie IR Le Singular Value Decomposition (SVD) -La décomposition SVD permet de factoriser des matrices rectangulaires  X = U. Σ . VT -Le SVD = représentation des données dans la base orthogonale la plus adaptée aux données  celle qui maximise la variance. -Élimine les contributions parasites en projetant le signal dans une base orthogonale adaptée (EOF = Empirical Orthogonal Function) tout en améliorant le contraste thermique. Le Pulse Phase Thermography (PPT ) -Introduit par Maldague (voir biblio). -Repose sur le traitement par transformée de Fourier des thermogrammes. -Exploitation de la totalité du spectre en régime transitoire contrairement l’analyse modulée (Lock-in) qui permet de traiter qu’une fréquence en régime établit Avantages du Lock-in (en terme de réduction des effets optiques) + avantages de l’analyse pulsée (multifréquenciel). Le Thermo-Signal Reconstruction (TSR) -Introduite par Shepard (voir bibliographie). -Repose sur une réduction polynomiale logarithmique du thermogramme impulsionnel. -Gain en terme de rejection du bruit et de détection des défauts. Les statistiques d’ordre supérieures (HOS) -L’observation démontre qu’il est possible d’améliorer la détection en produisant des images de skewness et kurtosis (stat. d’ordre supérieures). -Cette méthode a été introduite dans le domaine de la thermographie par F. J. Madruga, C. Ibarra-Castanedo et al (voir biblio). -Permet une amélioration de la détection et une bonne atténuation des effet radiatifs.

Mise en œuvre de post traitements sur une éprouvette de laboratoire (exemple 1) Une éprouvette a été préparée par notre laboratoire. Constituée d’un carreau de plâtre du commerce de dimension 68 x 50 x 5 cm. Cette plaque a été recouverte d’un motif bariolé peint à la bombe avec différentes couleurs. L’éprouvette a été perforée en différent endroit afin d’y introduire 32 inserts composés de pastilles de mousse et disposés régulièrement, les trous de perforation ont ensuite été rebouchés à l’aide d’un enduit. Face avant Face arrière Carte des défauts

Mise en œuvre de post traitements sur une éprouvette de laboratoire (exemple 1) L’éprouvette a été disposée à 154 cm et à 60 cm de deux sources halogènes d’une puissance de 500 W chacune. Fréq. d’acquisition été fixée à 1 Hz. Excitation créneau : on éclaire 1 mn et on observe pendant 2mn. Signal d’excitation Excitation observation Réponse en température

Mise en œuvre de post traitements sur une éprouvette de laboratoire (exemple 1) SVD PPT TSR Skewness Kurtosis Image brute de référence Résultat obtenu après un Kurtosis(Statistique d’ordre supérieure) Résultat obtenu après un PPT (phase) Résultat obtenu après un Skewness (Statistique d’ordre supérieure) Résultat obtenu après un SVD (Eof 2) Résultat obtenu après un TSR (Ordre 1, composante 1)

Mise en œuvre de post traitements sur une éprouvette de laboratoire (exemple 2) Cet échantillon a été réalisé selon la technique des primitifs italiens (technique à la fresque). Cette fresque comporte 5 défauts, à différentes profondeurs (2, 3, 4, 5 et 6mm). Cet échantillon académique a été soumis pendant 1 min à une excitation créneau, la durée d’observation a été de 4 min. Face avant Face arrière

Mise en œuvre de post traitements sur une éprouvette de laboratoire (exemple 2) TSR (Ordre 3, Coeff. 3) Skewness Meilleur résultat en image brute PPT (en phase) SVD (EOF 2)

Conclusion Nous avons présenté des résultats d’analyse démontrant qu’il est possible, au moyen de post-traitements : -d’atténuer les effets radiatifs engendrés par des variations spatiales d’absorptivité. -d’améliorer la détection de défauts par une amélioration du contraste. Ces post-traitement doivent être utilisés avec discernement c’est-à-dire en prenant en compte le contexte expérimental sous peine d’être à leur tour à l’origine d’artefact d’interprétation.

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Références bibliographiques TSR S. M. Shepard, D. Wang, J. R. Lhota, B. A. Rubadeux, et T. Ahmed, « Reconstruction and enhancement of thermographic sequence data », 2002, vol. 4704, p. 74‑77. PPT X. Maldague et S. Marinetti, « Pulse phase infrared thermography », J. Appl. Phys., vol. 79, no 5, p. 2694–2698, 1996. SVD N. Rajic, « Principal component thermography for flaw contrast enhancement and flaw depth characterisation in composite structures », Compos. Struct., vol. 58, no 4, p. 521–528, 2002. HOS F. J. Madruga, C. Ibarra-Castanedo, O. M. Conde, J. M. Lopez-Higuera, et X. P. Maldague, « Automatic data processing based on the skewness statistic parameter for subsurface defect detection by active infrared thermography », in Proc. QIRT, 2008, vol. 9.