Brevet FR2600442A1 — publié le 19871224

La présente invention concerne des objets d'imagerie avec système de tomographie informatisée lorsque la couverture angulaire est limitée et, plus spécialement, un procédé incorporant l'information a priori du composant dominant de 5 l'objet dans des procédures de reconstruction à angle limité. Les techniques de tomographie informatisée à rayons-X s'appliquent au contrôle non destructif des produits et équipements industriels. Les techniques standard de reconstruction en tomographie informatisée procèdent au calcul de 10 la distribution de la densité dans une section en coupe de l'objet à inspecter à partir des mesures d'atténuation de cette section sous tous les angles. Cependant, dans certains cas, l'objet ne peut être balayé que dans un angle angulaire limité. Par exemple, l'objet peut avoir une cote très longue, 15 et par conséquent les mesures effectuées sous de petits angles dans la direction longitudinale sont trop atténuées pour être utiles. De plus, les mesures effectuées dans une certaine gamme angulaire peuvent être occultées par d'autres objets. Les images construites à partir de données aussi 20 limitées contiennent généralement des parties ouvrées. On a mis au point des techniques de reconstruction à angle limité pour extraire les parties ouvrées dues à l'information manquante. Une référence est l'article publié par la demanderesse et V. Perez-Mandez, ayant pour titre - 2 "Tomographical Imaging with Limited-Angle Input", J. Opt. Soc. Am., 71 (May 1981) 582-592 (Imagerie tomographique avec entrée à angle limité). Typiquement, les techniques de reconstruction d'image à angle limité font appel à l'informa5 tion disponible a priori sur l'objet de manière à compenser l'information de balayage manquante. Les informations dont la mise à disposition a priori est la plus facile comprennent la ligne de délimitation extérieure de l'objet, et les limites supérieure et inférieure connues des valeurs de densité. Plus 10 ces informations a priori sont précises, plus la qualité des images reconstruites est élevée. De plus, les images reconstruites de cette façon ne sont généralement pas aussi bonnes que celles qui l'étaient partir d'une information complète donnée par le balayage angulaire. Un procédé permettant d'améliorer encore les images reconstruites à partir d'une information à angle limité fait appel à de multiples balayages par rayons-X présentant une certaine énergie comme l'enseigne le brevet de la demanderesse n 4 506 327. Le procédé s'applique à des objets 20 composites qui sont constitués d'un petit nombre de substances. Les produits et équipements industriels remplissent généralement cette condition. L'objet est soumis plusieurs fois à un balayage par des rayonsX ayant des énergies différentes. En combinant de manière appropriée les données 25 de balayage, on peut reconstruire individuellement les divers composants de l'objet, ce qui se traduit par une image d'une qualité bien meilleure. Naturellement, on ne peut appliquer ce procédé s'il s'avère peu pratique d'exécuter de multiples balayages par des rayons-X ayant des énergies différentes. On améliore l'imagerie à. angle limité de certains objets en incorporant des informations supplémentaires a priori sur ces objets autres que les informations usuelles a priori telles que la ligne extérieure de délimitation, les limites supérieure et inférieure des valeurs de densité. Dans 35 de nombreux cas, l'objet, par exemple un certain volume de métal incorporant des pailles, contient un milieu qui occupe la majeure partie de la section en coupe dont on connait la -3 densité. Dans le processus de reconstruction, l'idée est d'éliminer la contribution de ce milieu, et de reconstruire l'image qui est la différence entre l'objet original et un objet hypothétique constitué seulement de ce milieu ayant la même ligne extérieure de délimitation que l'objet original. Le procédé d'imagerie à angle limité et de reconstruction des pailles dans un tel objet, selon le mode de réalisation illustré, comprend les étapes consistant à balayer l'objet avec des rayons-X ou autre agent d!imagerie 10 suivant de nombreux angles et à produire une projection mesurée à chaque angle de balayage. On calcule des projections de l'objet hypothétique venant d'être décrit. On soustrait la projection calculée de la projection mesurée à l'angle de balayage correspondant afin de produire une 15 projection de différence provenant de la présence d'une paille. On procède à une projection par transparence des projections de différence sous les divers angles pour obtenir des bandes d'image à l'intérieur de la ligne de délimitation o les pailles sont confinées, et une ou plusieurs zones 20 enfermant les pailles sont construites en faisant se chevaucher toutes les bandes de l'image. En utilisant la zone enfermant les pailles et les projections de différence, on reconstruit la forme des pailles et les valeurs de densité au moyen d'algorithmes de reconstruction à angle limité. Le procédé a pour autre aspect que les bandes d'image projetées par transparence ont des valeurs non nulles alors que la valeur zéro est affectée à toutes les autres parties de l'image à l'intérieur de la ligne de démarcation. Un autre aspect du procédé est que le processus de 30 reconstruction à angle limité est itératif et que l'image reconstruite est transformée dans un va-et-vient entre l'espace-objet par projection par transparence filtrée, et des espaces de projection par projection, et corrigée de façon répétitive par une information antérieure concernant la 35 zone renfermant les pailles dans l'espace-objet (étendue et - 4 emplacement de cette zone, limites supérieure et inférieure des valeurs de densité) et par les projections de différence dans l'espace de projection. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une illustration d'un objet industriel typique constitué d'un milieu contenant un certain nombre de pailles; figure 2, un schéma représentant la détermination d'une 10 projection de différence à partir d'une projection mesurée et de la projection calculée d'un objet hypothétique ne présentant aucune paille. figure 3, une projection par transparence de chaque projection de différence; figure 4, la construction d'une zone renfermant toutes les pailles de l'objet; figure 5, l'utilisation, représentée schématiquement, de la zone construite renfermant les pailles et des projections de différence afin de reconstruire les pailles au moyen 20 d'algorithmes de reconstruction à angle limité; figure 6, un organigramme d'une technique de reconstruction à angle limité; figure 7, un système de tomographie informatisée à rayons-X pour l'inspection industrielle lorsque la couverture 25 angulaire est limitée. L'objet 10 de la figure 1 est composé d'un milieu m qui ozcupe la majeure partie de la zone mais ne contient qu'une ou plusieurs pailles 11. On connait la densité -pm du milieu ainsi que la ligne extérieure S de délimitation de l'objet. 30 Tel est le cas, mais sans que cela soit limitatif, des tests industriels non destructifs dans lesquels l'objet peut être constitué d'un milieu métallique dans lequel sont enfermées des pailles, les pailles étant souvent soit des vides soit des inclusions. On utilise parfois le terme "pailles" dans un 35 sens plus large pour indiquer les substances constituant les - 5 pailles dans l'objet autres que le milieu m. En figures 2 à 5 on a illustré les processus de reconstruction. On n'a représenté qu'une paille, mais le procédé s'applique d'une façon identique à la reconstruction 5 et à l'imagerie de pailles multiples. L'objet original A, figure 2, est balayé par un agent d'imagerie tel que des rayons-X, et on produit à partir de la donnée détectée une projection mesurée Pi. Cette opération s'effectue sous de nombreux angles de balayage dans la plage angulaire limitée 10 dont on dispose. Supposons que P1, P2,. Pn représentent les projections mesurées aux n angles 1, 62'. en respectivement. On utilise un objet hypothétique B qui est entièrement constitué du milieu m et qui présente la même ligne extérieure de délimitation S que l'objet original. On 15 reconstruit une image qui est la différence entre l'objet original A et l'objet hypothétique B; cela a pour effet d'éliminer la contribution du milieu m. La reconstruction s'effectue en calculant les projections qi de l'objet hypothétique B à partir de la connaissance de la ligne extérieure de délimitation S et de la valeur de pm. On calcule les projections q1' q2... qn de l'objet hypothétique B aux n angles. A chaque angle de balayage, on soustrait en 12 la projection calculée qi de la projection mesurée Pi, obtenant une projection de différence di due à la présence 25 d'une paille. On soustrait les projections qi des projections..DTD: correspondantes Pi et représente la différence des projections par di = Pi - qi. S'il y a de multiples pailles, la projection de différence contiendra plusieurs zones nonnulles pour la majeure partie des angles de balayage. En liaison avec la figure 3, l'étape suivante du processus de reconstruction consiste à procéder à une projection par transparence des projections de différence afin d'obtenir des bandes d'image à l'intérieur de la.ligne de délimitation S dans laquelle les pailles sont confinées. 35 Chaque projection de différence di est l'objet d'une projec- - 6 tion par différence à l'angle respectif de balayage ei. On représentera par Di la partie de l'image projetée par transparence à l'intérieur de la ligne de délimitation qui a une valeur non-nulle. Les parties D.' correspondent à la zone i de l'objet original A qui est entièrement occupée par le milieu m. Toutes les pailles sont confinées à la partie Di, c'est-à-dire à la bande d'image. Comme représenté en figure 4, toutes les bandes d'image Di projetées par transparence se chevauchent pour construire 10 une zone D enfermant des pailles. Dans cette figure, on a identifié par d1 à d5 les projections de différence aux cinq angles de balayage qui couvrent moins de 180 . La zone D à l'intersection des cinq bandes de l'image renferme toutes les pailles de l'objet. La zone D n'a pas besoin d'être une seule 15 zone connectée; elle peut comprendre un certain nombre de zones convexes séparées. En figure 5, on a illustré l'étape suivante. En utilisant la zone D enfermant les pailles et les projections de différence di, on reconstruit la ou les pailles 11 au 20 moyen d'algorithmes connus de reconstruction à angle limité. Pour commencer, on sait que toutes les autres substances constituantes ou pailles se trouvent quelque part à l'intérieur de la ligne de délimitation S. Après l'étape illustrée en figure 4, on rétrécie la zone de leur apparition pour la 25 ramener de S à la zone beaucoup plus petite D. Comme on a maintenant une connaissance beaucoup plus précise de la zone d'apparition des pailles, la reconstruction à angle limité des pailles en utilisant la zone D renfermant les pailles comme information a priori donnera des résultats bien 30 meilleurs qui si on utilisait la zone S beaucoup plus grande. En figure 6, on a représenté schématiquement une technique de reconstruction appropriée à angle limité, mise au point dans l'article technique dont il a été question cidessus. Il s'agit d'lun algorithme itératif: l'image recons35 truite est transformée dans un mouvement de va et vient entre -7 l'espace-objet par projection par transparence filtrée, et l'espace de projection par projection, une correction étant faite de façon répétitive par l'information a priori sur l'objet dans l'espaceobjet et par les projections connues 5 dans l'espace de projection. Les informations connues sur l'objet, c'est-à-dire sur la zone renfermant les pailles, sont l'étendue et l'emplacement de cette zone, la limite supérieure de la valeur de densité, et la limité inférieure de la valeur de densité. On détermine la densité estimée de 10 l'objet, la corrige par remise à zéro des éléments d'image à l'extérieur de l'étendue connue de l'objet, par remise à la limite supérieure des éléments d'image ayant une densité dépassant cette limite supérieure, et par remise à la limite inférieure des éléments d'image ayant une densité située au15 dessous de cette limite inférieure. On obtient les projections de différence d1 à d5 de l'objet dans la plage angulaire limitée, et on met initialement à zéro les autres projections manquantes pour constituer une page angulaire complète de 180 . A partir du jeu initial de projections, on 20 procède à la première estimation de la densité de l'objet, laquelle est corrigée par l'information a priori précédente concernant l'objet. A partir de cette seconde estimation de la densité de l'objet, on calcule les projections dans les angles supplémentaires, manquants. On combine les projections 25 calculées des angles supplémentaires aux projections de différence connues aux autres angles afin d'obtenir une nouvelle estimation de la densité de l'objet, et on répète le processus. On calcule la forme de la ou des pailles ainsi qu'une indication de leur densité. On calcule réellement la 30 différence entre la densité des pailles et la densité du milieu. La figure 7 représente un mode de réalisation pratique de la présente invention, à savoir un système de tomographie informatisée à rayons-X pour donner une image des pailles 35 intérieures dans un objet par ailleurs homogène. Un faisceau -8 de rayons- X émis par une source 13 est collimaté pour donner des rayons parallèles par un collimateur 14, traverse l'objet 15 et est détecté par un détecteur de rayons-X 16. L'objet est soumis à un balayage linéaire dans la direction illustrée 5 par la flèche en tirets, puis soumis à des rotations successives pour effectuer le balayage à d'autres angles dans la plage disponible. Les signaux détectés, qui sont les projections pi, sont entrés dans l'ordinateur de traitement 17 en même temps que les valeurs de 8. On introduit également dans l'ordinateur 17 l'information a priori sur la limite de délimitation S de l'objet et la densité connue P m du milieu constituant la majeure partie de l'objet. Pour des valeurs données de S, Pm et des angles de balayage Qi' on calcule en 18 les projections qi de l'objet hypothétique B 15 aux angles de balayage correspondants (figure 2). On obtient en 19 les projections de différence d. aux angles respectifs oien soustrayant les projections calculées qi des projections mesurées Pi. Par projection par transparence en 20 des projections de différence di aux angles correspondants et 20 détermination de l'intersection des bandes de l'image D. i (figure 3), on obtient la ligne de délimitation de la zone D qui renferme la ou les pailles (figure 4). Enfin, en utilisant la zone D renfermant les pailles, les projections de différence di, et les valeurs des angles de balayage Qi 25 dans des reconstructions à angle limité, on reconstruit en 21 les pailles et les affiche en 22. On affiche la forme de la paille ou des pailles et une indication de leur densité, et, le cas échéant, la limite de délimitation S de l'objet. L'application de la tomographie informatisée à rayons-X 30 à une évaluation non destructive industrielle s'est développée au cours des dernières années. Une imagerie radiographique à angle limité a lieu fréquemment lors des inspections industrielles. La présente invention peut s'appliquer dans les cas o des mesures supérieures à 180 ou à un angle 35 complet de 360 sont gênées par d'autres objets, ou bien lorsque l'objet est long et étroit de sorte que les mesures à des angles proches du sens longitudinal ne donnent pas une information utile. -9 REVENDICATIONS 1. Procédé d'imagerie à angle limité dans le but de reconstruire des pailles (11) noyées à l'intérieur d'un objet (10; 15) dans un système de tomographie informatisée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: balayer l'objet avec un agent d'imagerie (13) sous de nombreux angles dans une plage angulaire limitée et produire une projection mesurée à chaque angle de balayage; calculer (18) les projections d'un objet hypothétique 10 constitué entièrement du milieu connu qui occupe la majeure partie de la section en coupe de l'objet original et a la même ligne extérieure de délimitation (S) que l'objet original; soustraire (19) la projection calculée de la projection 15 mesurée à chaque angle de balayage de manière à produire une projection de différence provenant de la présence d'une paille; construire une zone renfermant des pailles par projection par transparence (20) des projections de différence et 20 déterminer l'intersection dans bandes d'image à l'intérieur de la ligne de délimitation de l'objet dans laquelle la paille est confinée; et utiliser les projections de différence et la zone renfermant les pailles, reconstruire (21) la paille au moyen 25 d'algorithmes de reconstruction à angle limité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bandes d'image ont une valeur non-nulle et toutes les autres zones d'image situées à l'intérieur de la limite de délimitation ont une valeur nulle. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent d'imagerie est constitué de rayons-X (13). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'algorithme de reconstruction à angle limité est itératif et l'image reconstruite est transformée dans un 35 mouvement de va-et-vient entre l'espace-objet par projection - 10 par transparence filtrée, et l'espace de projection par projection, et corrigée de manière répétitive par une information a priori sur la zone renfermant les pailles dans l'espace-objet par les projections de différence dans l'es5 pace de projection. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'information a priori sur la zone renfermant les pailles est constituée par l'étendue et l'emplacement de cette zone, et par les limites supérieure et inférieure de la valeur de 10 densité. 6. Procédé d'imagerie, dans un système de tomographie informatisée, de pailles (11) dans un objet (10; 15) dont la ligne extérieure de délimitation (S) est connue et qui renferme un milieu (m) occupant la majeure partie de la 15 section en coupe dont la densité est connue, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: balayer l'objet avec des rayons-X (13) suivant de nombreux angles dans une plage angulaire limitée et produire une projection mesurée pour chaque angle de balayage; calculer (18) des projections d'un objet hypothétique constitué antérieurement du milieu et ayant la même ligne extérieure de délimitation (S) que l'objet original, soustraire (19) la projection calculée de la projection mesurée à chaque angle de balayage pour obtenir une projec25 tion de différence provenant de la présence d'une paille; projeter par transparence (20) les projections de différence pour obtenir des bandes d'image à l'intérieur de la ligne de délimitation dans laquelle les pailles sont confinées; faire chevaucher les bandes d'image obtenues par projection par transparence pour construire une ou plusieurs zones renfermant des pailles; en utilisant les projections de différence et les'zones renfermant des pailles, reconstruire (21) les pailles au 35 moyen de procédures de reconstruction à angle limité; - 11 afficher (22) la forme des pailles reconstruites et une indication de leur densité. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bandes d'image projetées par transparence ont une 5 valeur nonnulle et toutes les autres parties de l'image à l'intérieur de la ligne de délimitation ont une valeur nulle. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le processus de reconstruction à angle limité est itératif et l'image reconstruite est transformée par un 10 mouvement de va-et-vient entre l'espace-objet par projection par transparence filtrée, et l'espace de projection par projection, et corrigée de façon répétitive par une information a priori sur les zones renfermant des pailles dans l'espace objet et par les projections de différence dans 15 l'espace de projection. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'information a priori sur les zones renfermant des pailles est constituée par l'étendue et l'emplacement de ces zones, et par les limites supérieure et inférieure de la 20 valeur de densité.