MÉTHODE DE FOCALISATION EN TOUS POINTS POUR UNE IMAGERIE ULTRASONORE À HAUTE RÉSOLUTION ET TEMPS RÉEL S. Robert, J. Albertini, V. Saint-Martin, P. Brédif, F. Cartier CEA-LIST, Centre de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France [email protected] O. Roy, M. Njiki Société M2M, 1 rue de Terre-Neuve, 91940 Les Ulis, France [email protected] Cofrend 2014 | 20-22 mai | Bordeaux CONTEXTE GEKKO : Système portable développé en partenariat avec le CEA-LIST Système avancé pour le contrôle multi-éléments : Pilotage de 64 voies en parallèle, multi-rafales… Capteurs matriciels, flexibles instrumentés… Imagerie variée : Bscan, Sscan, FTP…. Imagerie Bscan Moche Imagerie Sscan Moche Focalisation en Tous Points Moche |2 SOMMAIRE I. Présentation / interprétation de l’algorithme FTP • Rappel sur la méthode SAFT et généralisation aux capteurs multi-éléments • Avantages de l’imagerie FTP par rapport aux méthodes conventionnelles II. Reconstruction FTP dans CIVA • Imagerie multi-modes pour des défauts de types fissures • Imagerie 3D avec des capteurs matriciels III. Imagerie temps-réel dans l’appareil Gekko • Principe du calcul embarqué : imagerie récursive • Exemples de contrôle temps-réel Conclusions et perspectives |3 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) : Imagerie en mono-élément Capteur mono-élément Translation x a : diamètre du capteur D z F sn(t) D : déplacement total F : profondeur du défaut P (réflecteur) sn(t) : signal à une position xn Bscan = N signaux sn(t) Bscan = N signaux sn(t) Réflecteur Faisceau directif (a/λ >>1) x (mm) z (mm) z (mm) Technique SAFT Réflecteur Faisceau divergent (a/λ <<1) x (mm) |4 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) : Imagerie en mono-élément x z … a : diamètre du capteur F D : déplacement total F : profondeur du défaut P (réflecteur) sn(t) : signal à une position xn Amplitude SAFT en un point P de l’image 2 2 … 2 2 Sommation cohérente des N signaux sn(t) en tous points |5 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) : Imagerie en mono-élément … x z a : diamètre du capteur F D : déplacement total F : profondeur du défaut P (réflecteur) Image SAFT Réflecteur z (mm) z (mm) Bscan sn(t) : signal à une position xn Réflecteur ∼ λF/D x (mm) x (mm) D : ouverture synthétique |6 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Focalisation en Tous Points (FTP) : Généralisation à un réseau de N capteurs x z … … Capteur multi-éléments : N éléments F D : ouverture du capteur F : profondeur du défaut P (réflecteur) snm(t) : signaux inter-éléments Amplitude FTP en un point P de l’image Tirn°1 2 Tirn°2 -. Signaux#/011%&2 N signaux … 2 … … 2 Signaux#$%&%'%& Tirn° N(N-1)signaux |7 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Focalisation en Tous Points (FTP) : Généralisation à un réseau de N capteurs Capteur multi-éléments N = 64 éléments Fréquence : 2 MHz Pitch : 0, 8 mm 110 mm 60 mm Aluminium SAFT : N signaux E R FTP : NxN signaux E R |8 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l’échographie conventionnelle Capteur multi-éléments - 70° D = 67 mm 50 mm +70° N = 48 éléments Fréquence : 2 MHz Pitch : 1, 4 mm 100 mm Acier inox Imagerie Sscan : - Focalisation à F = 50 mm - Angles compris entre -70 et +70° 4 mm 2 mm λ ≅ 3 mm |9 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l’échographie conventionnelle Zoom Pas angulaire : 4° 35 tirs Pas angulaire : 2° Pas angulaire : 1° 70 tirs 140 tirs + Focalisation dynamique Mauvaise résolution Bonne résolution autour de F = 50 mm Bonne résolution autour Résolution optimale de F = 50 mm | 10 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l’échographie conventionnelle Imagerie Sscan 140 tirs Focalisation dynamique en réception Imagerie FTP 48 tirs (= nombre d’éléments) Focalisation en émission et réception en tous points | 11 I. PRESENTATION DE L’ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l’échographie conventionnelle 1) Contrôle TOFD Image FTP : TT Sscan non vrai Emission Réception Diffraction Entaille 2) Contrôle en demi-bond Image FTP : TrTT Sscan non vrai Emission Réception Entaille Entaille | 12 II. POST-TRAITEMENT DANS LE LOGICIEL CIVA Acquisition des données (FMC) MultiX Reconstruction FTP MultiX++ Algorithmes de reconstruction CIVA : Capteurs au contact, en immersion Géométries complexes 2D et 3D Modes directs, demi-bond, conversions de modes… Imagerie 3D … + Limitations (temps, séquences et voies) + Traitement du signal (filtres, DAC…) | 13 II. POST-TRAITEMENT DANS LE LOGICIEL CIVA Imagerie multi-modes pour les défauts de type fissures 64 élts – 5MHz Trajet LL Trajet TrTT T T 10 mm T 10 mm Acier Trajet LL T Trajet LrLT 10 mm Direct LL L Acier L Trajet LL Trajet TrTL L Acier T 10 mm T | 14 II. POST-TRAITEMENT DANS LE LOGICIEL CIVA Imagerie 3D en mode direct et en mode demi-bond Piquage Défaut Entailles Capteur matriciel (16x8 éléments) Capteur conformable (12x7 éléments) L L L Image du défaut Imagerie 3D (avec translation de coupes) Imagerie 3D (avec iso-surfaces) | 15 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Imagerie temps-réel : calcul des images FTP à la volée Tir n°1 Tir n°2 Tir n°3 Initialisation Tir 2 Σ Σ Accumulation des images Principe d’accumulation des images uniséquentielles Tir n°4 Tir 1 Σ Réduction de l’espace mémoire Σ … + 1 image multiséquentielle au tir n -1 Tir n°5 … 1 image uniséquentielle au tir n | 16 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Traducteur linéaire (1 MHz - 64 élts) Acier à gros grains (Inconel 600) 90 mm Trous Imagerie Bscan Imagerie Sscan Imagerie FTP | 17 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Panneau FTP Imagerie temps-réel Performances : Taille de l’image : 256x256 pixels (1 pixel = 1 point de focalisation) Cadence : 25 images/s Numérisation : 8000 échantillons temporels | 18 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Traducteur linéaire (5 MHz - 64 élts) Sabot T45° Plaque en acier inox (Epaisseur 50 mm) Panneau FTP Imagerie temps-réel | 19 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO 20° 10 mm OK | 20 CONCLUSIONS Avantages de la méthode FTP par rapport à l’imagerie conventionnelle • Résolution spatiale homogène en tous points • Calcul d’images quand Emission ≠ Réception (TOFD, demi-bond…) • Images (2D ou 3D) étendues avec peu de tirs et un capteur à position fixée Travaux en cours sur l’imagerie FTP • Imagerie FTP adaptative pour le contrôle de pièces complexes en immersion Démonstrateur Gekko (CEA) : instrumentation d’un capteur à sabot souple (Imasonic) Thèse Léonard Le Jeune : Méthodes pour l’imagerie adaptative en immersion • Filtrage du bruit de structure dans l’imagerie FTP Thèse Eduardo Lopez Villaverde : Réseaux virtuels, méthode DORT, imagerie 3D… | 21 Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Institut Carnot CEA LIST Centre de Saclay | 91191 Gif-sur-Yvette Cedex T. +33 (0)1 69 08 75 97 | F. +33 (0)1 69 08 32 18 Département Imagerie Simulation pour le Contrôle Etablissement public à caractère industriel et commercial | RCS Paris B 775 685 019
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