Brevet FR3060112A1 — publié le 20180615

PROCEDE DE DETERMINATION DE L'EPAISSEUR DE NACRE SUR UNE PERLE, NOTAMMENT UNE PERLE DE CULTURE La présente invention vise la détermination de l'épaisseur de nacre sur une perle, notamment une perle de culture. L'invention concerne aussi un procédé d'identification de la conformité de ladite perle dont l'épaisseur de nacre a été mesurée par le procédé de détermination de l'épaisseur de nacre selon la présente invention. Le procédé est applicable plus particulièrement aux perles de culture car l'élevage est compliqué, long et il est nécessaire de valoriser la qualité des perles obtenues. Indépendamment des autres critères que sont la couleur, la forme, la réflectance, il est nécessaire de déterminer l'épaisseur de nacre car d'une part elle est garante d'une qualité de la perle et d'une durabilité des effets d'autre part. Dans tous les cas, il existe de nombreux critères de qualité que les producteurs, administrations et commerçants ont décidé d'adopter et en l'occurrence, un des critères retenu est l'épaisseur e de la nacre. L'élevage est concentré pour une part importante en Polynésie depuis les années 1980 et de nombreux travaux ont été effectués depuis les années 1920 au cours desquelles le Japon a mis au point les premiers greffages. Les perles de culture sont obtenues en recourant à des huîtres Pinctada margaritifera qui sont élevées en milieu naturel pour la plus grande partie. Ces huîtres sont obtenues à partir de naissains collectés en milieu naturel sur des collecteurs comme les huîtres de production et destinées à être consommées. Une fois la taille de l'huître atteinte, au-delà de 12 cm et la maturité sexuelle obtenue, ce qui nécessite environ 3 années, l'huître est prête à subir une opération de greffage. Ce greffage consiste, après écartement restreint des coquilles, à introduire dans une cavité ménagée dans une gonade choisie de ladite huître, un Nucleus, après avoir entrouvert les deux coquilles et en maintenant cet entrebâillement au moyen d'un dilatateur. 3060112 2 Ce Nucleus est lui-même fabriqué à partir de la nacre de coquilles de bivalves d'eau douce. Ces Nuclei sont usinés et doivent être de forme parfaitement ronde, pour espérer une perle finale de forme ronde également. Chaque Nucleus doit aussi présenter un état de surface poli, de façon extrême, car toute 5 aspérité de surface conduira à une irrégularité dans le dépôt naturel de nacre comme cela sera compris plus avant. Il existe de très nombreuses raisons pour qu'une perle de culture présente des défauts, il est donc nécessaire de ne pas introduire des défauts sur les matériels utilisés lors du greffage. Ces Nuclei ont des diamètres différents en fonction de la taille de l'huître et de sa 10 constitution, le choix du diamètre relevant du savoir-faire du greffeur. Ce Nucleus est inerte et il est associé à un greffon pour générer une production de nacre sur ledit Nucleus. La nacre est constituée de carbonate de calcium avec une structure en plaquettes de très faibles dimensions. Cette nacre est produite naturellement par l'huître pour générer sa coquille et la croissance au fur et à mesure de son développement par les 15 cellules épithéliales du manteau. Le greffon est un morceau de ce manteau, découpé dans ledit manteau sous forme de lanières étroites, une portion de lanière de manteau constituant le greffon étant positionnée par le greffeur autour du Nucleus devant être implanté. Le manteau est orienté avec sa surface de sécrétion vers le Nucleus pour que la nacre s'y développe. 20 Cet ensemble des deux éléments Nucleus et Greffon est implanté dans la cavité ménagée dans la gonade choisie. Le dilatateur d'huître est retiré et l'huître se referme puis elle est remise dans l'eau. La durée de ces opérations doit être très limitée, de l'ordre de deux minutes, afin de ne pas traumatiser l'huître. De nombreuses étapes de surveillance de la persistance du Nucleus dans l'huître, de nettoyage, d'immersion à des profondeurs adaptées, des contrôles d'absence de parasites etc sont conduites au cours de l'élevage, paramètres qui influencent la qualité et la production de nacre mais qui ne concerne pas le procédé de mesure selon l'invention qui permet, lui, de vérifier l'épaisseur de nacre résultant de ces opérations. Le greffon durant cette phase produit de la nacre qui vient se fixer sur la surface du Nucleus, par accumulation de plaquettes de carbonate de calcium. 3060112 3 Une fois le temps de croissance passé, l'huître est collectée et le Nucleus, enrobé de nacre, est recueilli par retrait de l'huître. L'épaisseur e de la nacre est estimée actuellement par des experts donc par un contrôle à l'aide de rayons X, qui, bien qu'effectué par des experts en nombre très restreint, reste 5 soumis à une subjectivité certaine. Cette subjectivité peut même être tout à fait inconsciente. Le travail est extrêmement pénible du fait que chaque expert doit contrôler un nombre de perles très important. Il en est produit plusieurs millions et le nombre d'experts très limité de l'ordre de la dizaine. Aussi, il est recouru à une méthode d'échantillonnages de lots, certaines perles de chaque 10 lot étant contrôlées par un expert, ce qui conduit donc à une acceptation ou à un rejet du lot complet de perles auquel appartiennent les perles contrôlées. Non seulement il s'agit d'une méthode statistique avec des erreurs possibles mais la procédure reste très longue et durant cette période, les producteurs ne vendent pas. Comme il s'agit d'une industrie, cela pose d'importants problèmes. 15 Le temps des prestations de contrôle, les qualités du contrôle par échantillonnage, les variations en fonction de la fatigue et/ou saturation de l'expert ont conduit le déposant de la présente demande à mettre au point un procédé automatique, total c'est-à-dire sans échantillonnage. Les avantages d'un tel procédé sont nombreux car le procédé peut être mis en oeuvre durant de très nombreuses heures, voire 24/24, 7/7, il suffit d'alimenter les 20 matériels utilisés suivant les étapes du procédé. La fatigue humaine étant éliminée, la reproductibilité du contrôle est avérée. La durée ne doit pas excéder 1s, temps normal pour un expert et mieux, il serait intéressant de diminuer cette durée. Actuellement, les perles sont placées sur un support du type plateau comprenant chacun 300 alvéoles. Chaque support est disposé sur une table X/Y/Z. L'expert travaille avec les deux 25 mains, l'une manoeuvrant un premier joystick pour un positionnement adapté du plateau en X/Y et l'autre manoeuvrant un second joystick pour le déplacement en Z du support comprenant les billes par rapport au canon émetteur de rayons X qui reste fixe. De façon à pouvoir augmenter les cadences, il est prévu de traiter deux alvéoles donc deux perles à chaque déplacement et chaque focalisation. 30 La surface traitée par le faisceau est de 1000 /1000 pixels soit 35/35 mm, ce choix étant lié aux paramètres du canon émetteurs de rayons X disponible. 3060112 4 L'expert évalue l'épaisseur car l'épaisseur correspond à un nombre donné de pixels, en l'occurrence actuellement pour les perles de Polynésie française, l'épaisseur minimale est de 0,8mm soit 23pixels dans les techniques actuellement adoptées. On comprend aussi que les évaluations peuvent s'avérer complexes du fait de certaines 5 configurations si bien que l'expert est amené à passer plus de temps sur une ou plusieurs des perles du plateau. Dans certains cas, il est même nécessaire de traiter ladite perle de façon isolée, hors du support ce qui est très chronophage. Le procédé selon la présente invention est maintenant décrit selon un mode de réalisation, non limitatif, en regard des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures 10 représentent : Figure 1 : une vue la coupe d'une perle de façon schématique, Figure 2 : une vue de la même perle aux rayons X, Figure 3 : une vue de l'image d'une perle après segmentation, Figures 4A à 4C : évolution du cercle et de son recentrage pour la détermination de la 15 frontière du Nucleus d'une perle, Figure 4D : courbe de la moyenne des probabilités en fonction du nombre d'itérations, Figure 4E : une vue illustrative simplifiée du déplacement du cercle, Figures 5A à 5D : vue de l'étape de croissance virtuelle pour déterminer la présence 20 d'au moins une cavité, Figure 6A : représentation schématique des frontières de la structure d'une perle , Figure 6B : représentation des vecteurs de mesure, orientés radialement de l'extérieur vers l'intérieur, Figure 6C : tableau récapitulatif des mesures en millimètres pour chacun des vecteurs 25 à partir des pixels, Figures 7 : tableau récapitulatif des mesures en millimètres pour chacun des vecteurs à partir des pixels, avec la valeur de conformité fixée. Sur la figure 1, on a représenté, de façon schématique, une coupe d'une perle 10 sur laquelle on distingue un Nucleus 12, une couche de nacre 14 périphérique au Nucleus et une cavité 30 16. La figure 2 montre une image aux rayons X d'une perle avec son Nucleus 12 et la nacre 14. 3060112 5 Le Nucleus 12 est parfaitement sphérique tandis que la couche de nacre 14 est irrégulière. On note aussi de façon visible une cavité 16. Il existe bien sûr de très nombreuses configurations de croissance puisque la nacre est produite de façon naturelle. Lorsqu'il existe une cavité périphérique, donc entre le Nucleus 5 et la couche de nacre, l'épaisseur est aisément évaluable. Lorsque la cavité est périphérique mais très mince, l'évaluation est plus complexe pour l'expert. Lorsque la cavité est ponctuelle et localisée, la forme périphérique extérieure est nécessairement dissymétrique. Lorsqu'il n'y a aucune cavité, les rayons X ne permettent pas de distinguer l'épaisseur mais la perle est considérée comme ayant l'épaisseur suffisante. 10 Le critère de rejet de conformité d'une perle tel que retenu, est une épaisseur e de nacre inférieure à 0,8mm, sur plus de 20% de sa périphérie, ceci mesuré sur une image 2D obtenues par émission de rayons X. Aussi, selon le présent procédé, il est prévu d'utiliser un dispositif à Rayons X et acquisition d'images en automatique à une position prédéfinie. 15 Les perles sont disposées dans un support du type plateau P de type connu, comprenant sensiblement 300 alvéoles A. La position prédéfinie par le procédé consiste à positionner la prise d'images par rapport à la profondeur connue de chaque alvéole du plateau et à la géométrie de chaque alvéole. Chaque alvéole est également repéré en X/Y par rapport au plateau. 20 De même, la distribution d'intensité dans chaque perle dépend de la puissance des rayons X émis. Il est donc nécessaire de déterminer de façon itérative et par essais des valeurs moyennes des paramètres de réglage de l'émission. Dans le mode de réalisation retenu, le voltage est de 130kv et le courant est de 3511A. Ainsi, le positionnement du faisceau et les caractéristiques du faisceau sont déterminés. 25 Les perles concernées sont des perles avec Nucleus, c'est-à-dire que les perles dites keshi, ne sont pas concernées. Ceci peut être vérifié, par exemple après greffage, par mise en poche de chaque huître si bien que, si le Nucleus est rejeté, il subsiste dans la poche. Ces huîtres-là ne seront donc pas concernées. Une fois établies les caractéristiques du faisceau de rayons X, une fois la localisation du 30 plateau et des alvéoles du plateau effectuée, le procédé retenu prévoit l'analyse d'au moins une perle par au moins une perle et en l'occurrence, l'analyse prévoit d'analyser deux perles 3060112 6 par deux perles, au sein du plateau de façon à travailler dans les mêmes conditions que la voie manuelle. Afin de déterminer quelles sont les perles retenues, inclassables ou considérées comme satisfaisantes, le procédé prévoit de considérer de déterminer l'épaisseur de nacre en 4 5 étapes : 1. Segmenter la perle, 2. Détecter le Nucleus, 3. Détecter au moins une cavité, et 4. Calculer le profil de l'épaisseur 2D de la nacre. 10 L'invention vise aussi lors d'une étape 5 à identifier les perles à rejeter comme non conformes ainsi que cela sera détaillé plus avant dans la description. L'étape 1 de segmentation consiste à ne retenir que la partie utile de chaque perle. Ceci évite d'avoir à analyser une surface qui comprendrait des informations non utiles, informations qui sont susceptibles d'augmenter le temps d'analyse. 15 Pour procéder à la segmentation, la surface traitée Z par le faisceau de rayons X est 35x35 mm ainsi qu'indiqué en préambule et pour rester dans le modèle de travail retenu. On a enregistré les variations d'atténuations Al qui peuvent être représentées en niveaux de gris sur la surface de ladite surface Z, en l'absence de perle. La même surface Z présente des variations d'atténuations différentes A2 lors de l'examen de 20 la même surface Z avec une perle donnée P1 sur cette surface définie Z. On enregistre alors ces variations d'atténuations A2. Le procédé prévoit de soustraire mathématiquement aux variations d'intensités A2 les variations d'intensités Al sur la même surface Z. On obtient alors une image telle que représentée sur la figure 3, à savoir du noir sur toute 25 les surfaces à intensité nulle et du blanc sur les surfaces d'intensités variables différentielles ce qui définit parfaitement l'image de la perle et uniquement de la perle. L'étape 2 de détection du Nucleus est réalisée par itérations. En effet pour déterminer le diamètre du Nucleus et son centre, il faut une étape spécifique car il est rappelé que le diamètre du Nucleus est choisi par le greffeur et sa position dans l'enveloppe de nacre est 30 totalement aléatoire. Cette étape prévoit de recourir à un algorithme de détection d'un cercle heuristique. Cet algorithme prévoit une étape de détection du pic d'intensité de l'image aux rayons X et un 3060112 7 cercle de petit diamètre est virtuellement initialisé autour de cette zone car elle doit correspondre au Nucleus. Puis, une probabilité aux limites, logique, est établie de façon à éloigner le cercle initialisé correspondant à des pixels liés au Nucleus, en fonction des intensités et des gradients de 5 l'image aux rayons X. Si le cercle voit son diamètre croître, c'est que l'on est toujours dans la perle et la limite périphérique du Nucleus est définie par une mesure du gradient et de l'intensité des nuances de gris. Ainsi, si la probabilité que quelques pixels du cercle touchant la frontière, la limite 10 périphérique du Nucleus est élevée, le cercle est agrandi au-delà de la région analysée comme indiqué ci-après. Mathématiquement, le mouvement v avec une itération t et un cercle de i pixels avec un vecteur normal n, et une probabilité b,, la formule peut s'écrire : Li -bit ni 15 Ainsi si on considère 4 pixels pl à p4 aux points cardinaux d'un cercle, seulement à titre explicatif, la probabilité vers le nord et l'est est de 1 tandis qu'elle est de 0 pour les deux autres directions. Le mouvement du cercle selon w, composante des deux vecteurs va conduire à éloigner le cercle de ces pixels aux frontières, ce qui permet donc un recentrage comme illustré sur la figure 4E. 20 Afin d'affiner ce calcul, comme par hypothèse le Nucleus est une sphère, la probabilité à la limite périphérique du Nucleus est la dérivé seconde du gradient radial du cercle mobile. Si est pi,t est le i-th pixel périphérique du cercle, ni son vecteur normal pointant vers l'extérieur et k un scalaire qui définit le rang voisin, la probabilité limite logique pour l'itération t et l'image / est 25 bit = 1(15i,t 1(13>i,t)>I1(15i,t + kiii)- 1(1-3i,t)I Pour éviter le bruit de fond généré lorsque le cercle ne touche aucun pixel de périphérie du Nucleus, une fonction de probabilité basée sur l'intensité est utilisée. A chaque itération, le niveau bruit de fond est testé et une décision basée sur une valeur de seuil prédéfini pour modifier le gradient ou l'intensité est utilisée. 30 Dès lors le centre dudit Nucleus est également déterminé. 3060112 8 On peut illustrer le cercle heuristique comme sur les figures 4A à 4C qui montrent trois exemples choisis de l'évolution du cercle et son recentrage. On note que le nombre de vecteurs est considérablement augmenté afin de disposer d'une grande précision. La figure 4D montre la moyenne des probabilités en fonction du nombre d'itérations et le pic 5 correspond à la limite du Nucleus. Ce procédé est rapide et compatible avec les durées d'analyse prévues et surtout ce procédé est indépendant de la taille du Nucleus et s'adapte donc à tous les diamètres de Nucleus. L'étape 3 consiste à déterminer la présence ou non d'une cavité. A cet effet, le procédé consiste à partir de la périphérie de la perle vers le centre et à appliquer une procédure dite 10 de croissance par itérations successives qui consiste à déterminer l'intensité lumineuse de l'image aux rayons X. La procédure de croissance est interrompue lorsque l'intensité maximale est atteinte ou lorsque la limite périphérique du Nucleus est atteinte si celle-ci a été déterminée. Dans ce cas, la croissance est interrompue localement lorsque le déplacement conduit à une 15 valeur identique d'intensité lors du déplacement suivant ou lors de la présence d'une cavité. On obtient les représentations des figures 5A à 5D, respectivement la perle complète, la limite périphérique, le début de la procédure de croissance, après un certain nombre d'itérations et lorsque la procédure de croissance est complète. L'étape 4 est la détermination du profil de l'épaisseur de la nacre, dans le plan qui a été 20 retenu, sachant qu'il s'agit d'une couche nécessairement variable sur la périphérie du Nucleus. Le procédé selon la présente invention consiste à réutiliser les paramètres déjà obtenus, à savoir : - la segmentation donc la forme extérieure définie de la périphérie extérieure de la 25 perle, - le diamètre du Nucleus et sa position, - la présence éventuelle d'au moins une cavité. Le nombre de pixels compris selon des vecteurs orientés de façon radiale, de l'extérieur vers l'intérieur jusqu'au Nucleus ou jusqu'aux cavités si elles existent, peut être déterminé. Le 30 nombre de pixels compté correspond à une distance en millimètres du fait de la résolution adoptée. C'est la représentation schématique de la figure 6A, qui montre les trois frontières. 3060112 9 Sur la figure 6B, on a montré la représentation des vecteurs de mesure et sur la figure 6C le tableau récapitulatif de conversion des pixels en millimètres. Ainsi qu'indiqué plus avant, une fois l'épaisseur déterminée, il est utile de pouvoir déterminer de façon automatique si une perle est conforme ou non en fonction des critères 5 établis et notamment d'une épaisseur minimale e. L'étape 5 consiste en une détermination automatique de la conformité de la perle analysée conduisant à une identification comme étant potentiellement commercialisable ou une identification de non-conformité conduisant à son rejet définitif. Sur la figure 7, on a représenté le graphe de la figure 6C, sur lequel est mentionnée la ligne 10 de l'épaisseur e, en l'occurrence 0,8 mm. Cette étape 5 prévoit de représenter un graphe des épaisseurs sur la périphérie, de repérer la valeur d'épaisseur e de conformité et de calculer les surfaces au-dessus et au-dessous de la courbe et de comparer avec un ratio de conformité. Ainsi il est possible de déterminer si x% de la surface est d'une épaisseur supérieure à e. 15 Dans le cas représenté, on constate que 46% de l'épaisseur sur la périphérie est inférieure à l'épaisseur de conformité, soit 0,8mm en l'occurrence. Une telle perle est rejetée sur la base de la mesure brute d'épaisseur de nacre en regard des critères imposés. Après la mise en oeuvre de la détermination de l'épaisseur e de la nacre, le procédé 20 d'identification prévoit néanmoins d'introduire une tolérance T. En effet, il est possible de considérer une tolérance de mesure de ± lpixel par exemple et on constate alors que des perles considérées comme rejetées seraient, au contraire, valables pour une éventuelle commercialisation. Dans ce cas, la tolérance est de deux pixels pour chaque vecteur si bien qu'il faut considérer 25 cette tolérance en calculant une seconde courbe avec 2 pixels en plus et déterminer uniquement sur cette courbe si le pourcentage de l'épaisseur de nacre supérieur à 0,8 mm est bien supérieur à 80%. La tolérance est une question de définition à partir des règles de conformité adoptées mais le procédé selon la présente invention reste parfaitement applicable quels que soient le type 30 de perle, le diamètre et la position du Nucleus, la présence de cavités et les règles de conformité, celles-ci pouvant varier car le procédé est très rapidement adapté. 3060112 10 Le procédé permet ainsi de déterminer en automatique les perles d'un plateau à alvéoles dont les alvéoles sont localisées et repérées suivant qu'elles sont d'une épaisseur qui correspond aux critères requis ou non. Il suffit alors de disposer de dispositifs de préhension automatique pour retirer les perles 5 non conformes du plateau. Ces dispositifs ne font pas partie de la présente invention car les moyens de réaliser une telle préhension de façon automatique sont très nombreux, notamment un bras robotisé dont l'extrémité serait dotée d'une ventouse à dépression. Une telle opération peut être réalisée en dehors des étapes du procédé selon la présente 10 invention afin de ne pas engendrer de pertes de temps d'utilisation du générateur de rayons X. Le contrôle de chaque perle avec le procédé selon la présente invention avec mesure, identification de la conformité, enregistrement des données est inférieur à une seconde. Les algorithmes utilisés pour les différentes étapes peuvent varier et ne sont pas 15 directement objet du présent procédé. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle, au moyen de rayons X travaillant sur une surface Z, notamment une perle de culture, comprenant un Nucleus sphérique, de la nacre et éventuellement au moins une cavité, ladite perle étant disposée dans un alvéole A d'un support P destiné à la contenir, caractérisé en ce qu'il comprend la succession des étapes suivantes : Segmenter la perle, Détecter le Nucleus, Détecter au moins une cavité, et Calculer l'épaisseur de la nacre. 2. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit une position prédéfinie de travail par rapport à la profondeur et à la géométrie de l'alvéole A et des valeurs moyennes de puissance de rayons X, à savoir un voltage et un ampérage. 3. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface traitée Z par le faisceau de rayons X est de 1000 /1000 pixels soit 35/35 mm, le voltage est de 130kv et le courant est de 35uA. 4. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la segmentation de la perle consiste à enregistrer les variations d'atténuations Al des rayons X émis sur la surface Z, en l'absence de perle, on enregistre les variations d'atténuation A2 sur la même surface Z en présence de ladite perle et on soustrait mathématiquement les variations d'intensités Al aux variations d'intensité A2. 5. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection du Nucleus est réalisée par la détection du pic d'intensité de l'image aux rayons X, par initialisation d'un cercle virtuel de petit diamètre autour de cette zone, et par un agrandissement et à un recentrage dudit cercle par une probabilité aux limites, logique, en fonction des intensités et des gradients, jusqu'à la croissance maximale dudit cercle correspondant au Nucleus. 6. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection d'au moins une cavité 3060112 12 consiste à partir de la périphérie de la perle vers le centre et à appliquer une procédure dite de croissance par itérations successives et à interrompre ladite procédure de croissance lorsque l'intensité maximale de l'image aux rayons X est atteinte ou lorsqu'il y a une cavité. 7. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon l'une quelconque 5 des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de nacre est déterminée par le nombre de pixels mesurés selon des vecteurs orientés de façon radiale, de la périphérie de la perle, préalablement déterminée par segmentation, vers l'intérieur jusqu'au Nucleus, dont la position est préalablement déterminée. 8. Procédé de détermination de l'épaisseur de nacre d'une perle selon l'une quelconque 10 des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une tolérance T est introduite dans la mesure du nombre de pixels des vecteurs orientés de façon radiale. 9. Procédé d'identification d'une perle non conforme par rapport à une épaisseur e donnée, mesurée par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à représenter un graphe des épaisseurs e sur la périphérie, de 15 repérer la valeur d'épaisseur e de conformité et de calculer les surfaces au-dessus et au- dessous de la courbe et de comparer avec un ratio de conformité.