Brevet FR2780183A1 — publié le 19991224

PROCEDE D'AMELIORATION DU RAPPORT SIGNAL/BRUIT DE L'IMAGE D'UN OBJET EN MOUVEMENT Domaine technique et art antérieur L'invention présentée concerne le problème du traitement de la radioscopie d'objets en mouvement. En général, en radioscopie d'objets en mouvement, les temps de pose sont courts. Ceci conduit à des images très bruitées, car le nombre de photons qui ont pu être détectés durant la prise de vue est faible. Pour pallier à ce problème, deux techniques sont communément appliquées. Lorsque le déplacement de l'objet est lent, la technique la plus simple consiste à sommer un petit nombre de radiographies successives (cumul glissant) en considérant que ces images sont identiques. Dans ce cas, on accepte une perte de résolution géométrique en contrepartie d'une diminution du bruit sur les images. Cette fonctionnalité est en général présente sur la plupart des systèmes de traitement d'images en temps réel. S'il arrive n photons par pixel sur le détecteur pour chaque radiographie, le rapport signal sur bruit de la radiographie sera: n. Si on somme m images successives pour générer une image moins bruitée, le rapport signal/bruit de cette image sera: iFim. Par contre, on perd en résolution géométrique. Si l'objet se déplace de Ax entre deux radiographies successives, la résolution du système sera de l'ordre de grandeur m.Ax. Dans le cas d'objets en mouvement rapide, une autre technique consiste à sommer un petit nombre de radiographies successives en les décalant pour tenir compte du mouvement de l'objet. Cette technique est communément appelée TDI ("Transfers Delay Integration") dans la technologie des CCD. Au niveau instrumental, le TDI est en général mis en oeuvre au niveau du capteur. Dans le cas de capteurs CCD, les charges dans le détecteur se déplacent en même temps que les points de l'image. Ceci permet de réaliser la sommation en analogique, et de limiter, d'une part, le nombre de données à transférer et, d'autre part, le nombre d'opération à faire exécuter au CPU. Cette technique est limitée à un petit nombre de contributions car, suivant leur disposition en profondeur dans l'objet, les projections des différentes structures de l'objet ne se déplacent pas à la même vitesse sur l'écran. Si on somme un grand nombre d'images successives, l'image résultante sera représentative d'un plan unique de l'objet. Afin d'illustrer ce problème, on peut considérer deux configurations. Tout d'abord, dans le cas d'un objet fin par rapport à la distance source-détecteur, la position en profondeur de l'objet d'une structure n'influencera que très peu sur la position de la projection. On peut par conséquent appliquer l'opération de TDI sur l'ensemble du capteur, c'est-à-dire sur le nombre d'images qui correspond à la présence de la structure recherchée sur l'image. Dans cette configuration, le TDI est la méthode de référence. Dans le cas d'un objet épais par rapport à la distance source- détecteur, la position de la projection d'une structure se déplace beaucoup en fonction de sa position en profondeur. Le TDI ne pourra donc pas facilement s'appliquer. Il aura tendance à donner une image nette du plan correspondant au décalage entre les images superposées, et une image floue des autres zones de l'objet. C'est notamment pour cette configuration qu'il a fallu développer un traitement spécifique qui est l'objet de la présente invention. Dans le cas d'un objet en mouvement rapide, celui-ci se déplace beaucoup sur l'ensemble des images à combiner. Typiquement, dans l'application au contrôle des propulseurs de fusée, le nombre de radiographie qui peut être utilisé dans un cumul glissant est de l'ordre de 6. Au-dessus de ce nombre, la résolution géométrique de l'image résultat se dégrade très rapidement. De la même manière, l'utilisation du TDI est limitée à une vingtaine de radiographies dans lesquelles on n'utilise que la zone centrale du détecteur. Exposé de l'invention Un but de l'invention est de fournir une image radiographique d'un objet épais en mouvement, qui combinerait un grand nombre d'images successives de cet objet durant son déplacement. La méthode proposée consiste à améliorer le rapport signal sur bruit dans la radiographie au détriment d'une légère altération de la résolution géométrique de celle-ci. Selon le traitement mis en oeuvre, on génère une image qui soit la plus proche possible d'une radiographie obtenue avec la source à l'infini. C'est la radiographie qui serait obtenue si chaque rayon arrivait sur le détecteur suivant un plan perpendiculaire à celui-ci, appelé plan de projection. La méthode proposée utilise l'information contenue dans la zone du détecteur correspondant à la projection du plan de projection durant son déplacement. La méthode proposée permet de combiner un grand nombre d'images radiographiques afin de limiter le bruit sur les images, tout en limitant la perte de résolution géométrique. L'autre avantage de cette méthode est qu'elle peut être mise en oeuvre sur la même architecture logicielle que la tomosynthèse. Par conséquent, cette méthode pourra être utilisée en temps réel en radioscopie. L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de radiographie d'un objet en mouvement entre une source et un détecteur, comportant: - la détermination d'un plan (P), appelé plan de projection de l'objet, tel que, pour une des positions de l'objet en mouvement, l'image radiographique de ce plan est une ligne, - la réalisation d'images radiographiques de l'objet au cours de son mouvement, à l'aide de la source et du détecteur, - la combinaison des différentes contributions des projections du plan de projection dans la série d'images radiographiques obtenues. L'étape de combinaison peut être une étape de sommation des valeurs correspondant à la projection du plan de projection. Selon un mode de réalisation, l'objet se déplace en translation suivant une direction (D) et présente une épaisseur 1 suivant la direction du plan de projection, le nombre de pixels combinés pour engendrer un pixel de l'image résultat étant égal à: NPS =x.( m FGd 1+1 ?S =k(FG + 1) FG p o p représente la taille d'un pixel, et o FG et FGd représentent respectivement la distance entre la source et l'objet et la distance entre la source et le détecteur, et o m est le nombre de positions successives de l'objet, séparées d'une distance Ax, pour lesquelles une image est réalisée. Le mouvement de l'objet peut aussi être circulaire, le plan de projection étant un plan radial de l'objet. Une table de correspondance peut être construite, qui associe chaque pixel de l'image radiographique à un pixel de la ligne de projection du plan de projection. Ainsi, on peut définir une table Tab(k,Ie,Je)=Js qui associe le pixel (Ie,Je) de l'image N+k, o k est un nombre entier positif ou négatif avec le pixel Js de la projection du plan de projection. L'invention a également pour objet un procédé de radiographie d'un objet en mouvement entre une source et un détecteur, comportant: - la détermination d'une surface S0, pour une position donnée de l'objet, cette surface se projetant, sur le détecteur, suivant une courbe (C1), sa projection se faisant selon une surface Sp dans ses autres positions, - la réalisation d'images radiographiques de l'objet au cours de son mouvement, à l'aide de la source et du détecteur, - le traitement de la projection selon (C1), ce traitement comportant les étapes suivantes: a) discrétisation de la surface So, d'une part suivant les lignes 1 que parcourt le rayonnement de la source au détecteur, appelées lignes d'atténuation du rayonnement, d'autre part suivant des lignes de direction différente à celles des lignes 1, chaque point de la surface discrétisée étant repéré par ses coordonnées (Ie, Je), b) pour chaque position k de l'objet, calcul de la position (Id, Jd), dans Sp, de la projection sur le détecteur de chaque point repéré par ses coordonnées (ie, Je), la valeur de la mesure en (Id, Jd) étant f(Id, Jd) sur Sp, c) calcul de la projection de S0 sur C1 qui est fonction de Id, pour l'ensemble des positions de la surface So lors du déplacement de l'objet, à partir des différentes positions k de la surface, et définition d'une fonction: E Z fk(Id,Jd) = projiIe, k Jd d) parcourt de l'objet, en repérant la nouvelle position de So dans l'objet qui s'est déplacé d'une position élémentaire, puis on revient en c), e) construction de la radiographie ligne par ligne, chacune étant mise en mémoire. Brève description des figures De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 illustrent un mode de réalisation de l'invention, - La figure 3 est un exemple de réalisation de l'invention, dans le cas d'un contrôle de masse de propulseurs, en tomographie radiale, - la figure 4 représente schématiquement un fantôme de propulseur, - les figures 5A et 5B sont des coupe suivant les structures, respectivement dans l'image en TDI (sur radiographies) et dans l'image de radiographie radiale selon l'invention (sur 35 vues successives). Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention. On suppose un objet rectangulaire 2, d'épaisseur e, en translation entre une source 4 et un détecteur 6. On prend comme plan de projection P un plan perpendiculaire à la direction D du déplacement J de l'objet. La figure 2 représente deux positions différentes P1 et P2 du plan de projection pendant le mouvement de l'objet 2. Si on considère que l'atténuation de l'objet vaut 1 et que celle d'un défaut 5, de diamètre e, vaut 2, le contraste du défaut sur la radiographie (en e+ densité) vaudra, avec un rapport signal/bruit de n, si n est le nombre de photon qui est détecté après traversée de l'objet. Pour améliorer le rapport signal/bruit de l'image radiographique finale, on combine les différentes contributions des projections du plan de projection dans la série d'images. En fait, on somme, suivant la direction D du déplacement de l'objet, les valeurs correspondant à la projection du plan de projection. On génère ainsi une radiographie équivalente à une radiographie obtenue par un détecteur, ayant la forme de la plus petite projection du plan de projection et voyant défiler l'objet. L'amélioration de rapport signal/bruit peut être calculée de la manière suivante. Soit x la distance entre le plan de projection P2 et la perpendiculaire A au détecteur passant par la source 4, et a la largeur de la projection du plan de projection. Pour une valeur de x donnée, on a: x y l.x FGd = - et a = FG + 1 (FG + l) FG o FGd représente la distance entre la source et le détecteur, et FG la distance entre la source et l'objet. Quant a est plus petit que la taille p du pixel, on utilise les valeurs des lignes sur lesquelles se projette le plan de projection. Si le pas de déplacement en translation est Ax et qu'on utilise m positions successives, le nombre de pixels combiné Nps pour générer un pixel résultat est: i=m( 1. Ax. m FGd 1 Nps = (FG+ 1) FG p Nps est largement supérieur à m; par conséquent la statistique de mesure sur l'image reconstruite est toujours meilleure que la statistique qui serait obtenue par simple cumul glissant ou par TDI. Une estimation de ce gain de rapport signal/bruit sera présentée ci-dessous dans le cas du contrôle de propulseurs de fusée. Selon un mode de réalisation, le traitement selon l'invention permet de construire une table de correspondance qui associe chaque pixel de l'image radiographique à un pixel de la ligne de projection d'un plan radial. Une mise en oeuvre peut être la suivante. Pour le plan radial se projetant orthogonalement sur l'image N, on définit une table Tab(k,Ie,Je)=Js qui associe le pixel (Ie, Je) de l'image N+k, k pouvant être négatif, avec le pixel Js de la projection du plan radial. De cette manière, on peut construire ligne par ligne une image radiographique dont chaque colonne est une projection d'un plan radial. Cette approche a été mise en oeuvre dans le cadre du contrôle de masse de propulseurs (figure 3). Pour le contrôle (radiographie radiale), contrairement à radiographie tangentielle, un détecteur 12 est à l'intérieur du conduit d'un propulseur 10. La projection des défauts se déplace donc plus rapidement sur le détecteur que dans le cas de la radiographie tangentielle. Un schéma de l'installation est donné sur la figure 3. Dans le cas de cette application, le plan de projection est un plan radial 13. On somme les contributions des projections de ce plan de projection sur le détecteur. Le propulseur se déplace par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre (sens des * croissants). Il pourrait aussi se déplacer en sens inverse. La relation liant la largeur a de la projection sur le détecteur et la géométrie du système est la suivante: a = FGd. sin FGd - Pmax - Pmin) FGd - Pmax Cos FGd - Pmin Cos a = FGd. sin Pmax _ Pmin FGd - Pmax FGd - Pmin o Pmin et Pmax désignent respectivement les diamètres intérieur et extérieur du propulseur 10. Comme dans les exemples précédents, 4 désigne la source de rayonnement et FGd la distance source-détecteur. Si on considère que la source est loin du détecteur, on peut considérer que cos4o1. Si on veut garantir une résolution supérieure à 10 mm, c'est-à- dire qu'on ne prend pas en compte les contributions des points qui se trouvent à plus de 10 mm du plan de projection dont on calcule la projection, il faut limiter a. Avec a=10 mm, Pmax=1500 mm, pin=500 mm et FGd=3000 mm, on trouve que *=0,238 . Par conséquent, on pourra effectuer le traitement en cumulant les projections pendant la rotation du propulseur sur un secteur angulaire de 2x0,238 =0,476 , en conservant une résolution géométrique supérieure à 10 mm. La largeur du pixel image étant d'environ 0,8 mm, chaque contribution correspond à la sommation de 10 lignes. D'autre part, entre deux images vidéo, on se déplace de 0,025 , par conséquent, on accumulera sur 20 positions angulaires. Les angles étant petits, la somme des contributions aura le même contraste que la projection brute, c'est- à-dire de l'ordre de -, avec une sommation d'environ 200 contributions identiques, c'est-à-dire avec un rapport signal/bruit amélioré d'un facteur 14. il Les performances du TDI et de la méthode que nous avons proposées ont été comparées sur une série de fantômes de tests avec des données simulées et expérimentales. Lors des expérimentation pour un test de radiographie tangentielle, une série de mesure en géométrie radiale a été acquise sur un fantôme de propulseur en sable. Cette série de mesure a permis de réaliser une validation expérimentale préliminaire. Le fantôme utilisé (figure 4) pour cette acquisition est constitué de deux séries 20, 22 de 5 inserts en polyéthylène de diamètres variables. Chacune des séries étant placée à un p donné. Les deux séries d'inserts sont espacées de 20 cm. La distance entre la source et le détecteur est de 4 m, et le détecteur mesure 30x40 cm; le diamètre extérieur du propulseur est de 3 m et le diamètre intérieur de 1 m. Le propulseur est en rotation à 1 par seconde. On a d'abord considéré que les défauts sont localisés a priori dans la zone centrale du propulseur et on a réalisé un traitement TDI focalisé sur ce rayon. On a limité le TDI à la combinaison de 35 images. La coupe résultante, suivant les structures, dans l'image TDI, sur 35 radiographies, est donnée en figure 5A. On a aussi effectué le traitement de radiographie radiale selon l'invention, en combinant 35 images successives et en prenant, comme plans de projection, les plans radiaux. La coupe résultante, suivant les structures dans l'image de radiographie radiale sur 35 vues successives, est donnée en figure B. On observe donc une nette amélioration du rapport signal/bruit avec la méthode proposée par rapport au TDI. La résolution géométrique entre les deux méthodes reste sensiblement la même. Un procédé de radiographie selon l'invention, d'un objet en mouvement, à rapport signal/bruit amélioré, peut être le suivant. Tout d'abord, on calibre la géométrie en fonction d'une première série de conditions d'acquisition, pour relier le déplacement de l'objet à son déplacement sur l'image. On acquiert donc des images de calibration (à l'aide, par exemple, de billes ou de grilles). On obtient donc des paramètres caractéristiques de la géométrie d'acquisition, appelés paramètres intrinsèques, décrivant la géométrie du système de mesure, et des paramètres extrinsèques décrivant la trajectoire de l'objet dans le repère des mesures. Ensuite, on définit des conditions d'acquisition, spécifiques aux conditions d'acquisition sans modification des paramètres géométriques. A partir des paramètres géométriques et des conditions d'acquisition, on peut calculer des tables de mise en correspondance des pixels entre les images. Une acquisition d'une série d'images de l'objet est ensuite réalisée. Une surface de l'objet S0 est sélectionnée, pour une position donnée de l'objet. Cette surface se projette sur le détecteur, suivant une courbe C1; dans ses autres positions, sa projection se fait selon une surface Sp. Puis un traitement de la projection selon C1 est réalisé: a) discrétisation de la surface So, d'une part suivant les lignes 1 (appelées lignes d'atténuation du rayonnement) que parcourt le rayonnement, de la source au détecteur, d'autre part suivant des lignes de direction différente à celles des lignes 1 (par exemple perpendiculaires à 1), chaque point de la surface discrétisée étant repéré par ses coordonnées (Ie, Je), b) pour chaque position k de l'objet, calcul de la position (Id,Jd), dans Sp, de la projection sur le détecteur de chaque point, repéré par ses coordonnées (Ie, Je), la valeur de la mesure en (Id,Jd) étant f(Id,Jd) sur Sp, c) calcul de la projection de So sur C1, qui est fonction de Id, pour l'ensemble des positions de la surface So, lors du déplacement de l'objet, à partir des différentes positions k de la surface, et définition d'une fonction: Z fk(Id, Jd) = pr jIe k Jd d) parcourt de l'objet et en repérant la nouvelle position de So dans l'objet qui s'est déplacé d'une position élémentaire, puis retour en c (les étapes a et b sont effectuées une fois pour toutes). e) Construction de la radiographie ligne par ligne, chacune étant mise en mémoire. Par exemple pour les rayons X, la géométrie d'acquisition comporte des paramètres extrinsèques et intrinsèques qui sont: * pour les paramètres intrinsèques: - la distance source-détecteur, - le pas d'échantillonnage (appelé taille du pixel), - la position de la projection orthogonale du point focal de la source sur le détecteur. * pour les paramètres extrinsèques: - les angles d'Euler, qui permettent de définir l'orientation de l'axe de rotation dans le repère source-détecteur, - la position de l'origine et de l'axe dans le repère source-détecteur. Les conditions d'acquisition sont: - la vitesse du déplacement de l'objet et sa position (par exemple rayon, si on est dans le cas d'une géométrie circulaire; ou abscisse curviligne sur une trajectoire quelconque). On peut en déduire une construction de la trajectoire de l'objet dans le repère source-détecteur, - la trajectoire, - la fréquence d'acquisitions, - la taille des images. Par exemple pour les rayons infrarouges, la caméra est la source de rayonnement, et on cherche la trajectoire de l'objet dans le repère de la caméra. Tous les traitements de données présentés dans la présente demande peuvent être réalisés par un ordinateur spécialement programmé à cet effet. Les instructions de programme appropriées peuvent être stockées sur des disques magnétiques ou dans des unités conventionnelles RAM ou ROM. REVENDICATIONS 1. Procédé de radiographie d'un objet en mouvement entre une source (4) et un détecteur (6), comportant: - la détermination d'un plan (P), appelé plan de projection de l'objet, tel que, pour une des positions de l'objet en mouvement, l'image radographique de ce plan est une ligne, - la réalisation d'images radiographiques de l'objet au cours de son mouvement, à l'aide de la source (4) et du détecteur (6), - la combinaison des différentes contributions des projections du plan de projection dans la série d'images radiographiques obtenues. 2. Procédé selon la revendication 1, l'étape de combinaison étant une étape de sommation des valeurs correspondant à la projection du plan de projection. 3. Procédé selon la revendication 2, l'objet se déplaçant en translation suivant une direction (D) et présentant une épaisseur 1 suivant la direction du plan de projection, le nombre de pixels combinés pour engendrer un pixel de l'image résultat étant égal à: N 1 A-x.m FGd 1 Np + i=1 s (FG + 1) FG p o p représente la taille d'un pixel, et o FG et FGd représentent respectivement la distance entre la source (4) et l'objet (2) et la distance entre la source (4) et le détecteur (6), et o m est le nombre de positions successives de l'objet, séparées d'une distance Ax, pour lesquelles une image est réalisée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, le mouvement de l'objet étant circulaire le plan de projection étant un plan radial de l'objet. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, une table de correspondance étant construite, qui associe chaque pixel de l'image radiographique à un pixel de la ligne de projection du plan de projection. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on définit une table Tab(k,Ie,Je)=Js qui associe le pixel (Ie,,Je) de l'image N+k, o k est un nombre entier positif ou négatif, avec le pixel Js de la projection du plan de projection. 7. Procédé de radiographie d'un objet en mouvement entre une source (4) et un détecteur (6), comportant: - la détermination d'une surface S0, pour une position donnée de l'objet, cette surface se projetant, sur le détecteur, suivant une courbe (Cl), sa projection se faisant selon une surface Sp dans ses autres positions, - la réalisation d'images radiographiques de l'objet au cours de son mouvement, à l'aide de la source (4) et du détecteur (6), - le traitement de la projection selon (C1), ce traitement comportant les étapes suivantes: a) discrétisation de la surface S0, d'une part suivant les lignes 1 que parcourt le rayonnement de la source au détecteur, appelées lignes d'atténuation du rayonnement, d'autre part suivant des lignes de direction différente à celles des lignes 1, chaque point de la surface discrétisée étant repéré par ses coordonnées (Ie, Je), b) pour chaque position k de l'objet, calcul de la position (Id, Jd), dans Sp, de la projection sur le détecteur de chaque point repéré par ses coordonnées (Ie, Je), la valeur de la mesure en (Id, Jd) étant f(Id, Jd) sur Sp, c) calcul de la projection de So sur C1 qui est fonction de Id, pour l'ensemble des positions de la surface So lors du déplacement de l'objet, à partir des différentes positions k de la surface, et définition d'une fonction: E fk(IdJd) = projIe, k Jd d) parcourt de l'objet, en repérant la nouvelle position de So dans l'objet qui s'est déplacé d'une position élémentaire, puis retour à l'étape c), e) construction de la radiographie ligne par ligne, chacune étant mise en mémoire. 8. Procédé selon la revendication 7, comportant en outre une étape de calibration de géométrie en fonction d'une première série de conditions d'acquisition, pour relier le déplacement de l'objet à son déplacement sur l'image, et obtention des paramètres caractéristiques de la géométrie d'acquisition, appelés paramètres intrinsèques, décrivant la géométrie du système de mesure, et des paramètres extrinsèques, décrivant la géométrie du système de mesure, et des paramètres extrinsèques décrivant la trajectoire de l'objet dans le repère des mesures. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8 comportant en outre une étape de définition des conditions d'acquisition, spécifiques aux conditions d'acquisition sans modification des paramètres géométriques.