Noesis Forum : Visilog Software

[Noesis]

Une trentaine de personnes étaient présentes à cette session

Le thème de cette journée était la Caractérisation de matériaux et processus en 3D + t

Présentation du labo 3S-R par son directeur http://www.3s-r.hmg.inpg.fr/3sr/
Le labo comporte plus de 100 personnes
Domaines :
- géomécanique (déformation & rupture)
- mécanique couplage multiphysique en milieu hétérogène
- mécanique des matériaux
- autres échelles :
* géomécanique & géoouvrages
* risque & vulnérabilité

Liste des présentations ( Toutes les présentations sont décrites plus en détail dans les posts au-dessous)

Méthodes d'imagerie 3D
- Tomographie à rayons-X au 3S-R : présentation et premiers résultats - N. Lenoir, L3S-R
- Tomographie à fluorescence de rayons-x - A. Simonovici, LGIT
- Tomographie à neutrons pour caractériser les roches et l'écoulement de fluides dedans – M. Dawson, Univ. Leeds (UK) / R. Springell, ESRF

Traitements d'images
- Evolutions dans Visilog et module XQuant d'Avizo. Liste des projets collaboratifs menés par NOESIS - L. Bernard, Noesis
- Segmentation de zones peu contrastées - Z. Peter, ESRF

Applications
- Caractérisation des milieux fibreux par microtomographie de contraste de phase - S. Rolland du Roscoat, ESRF
- Caractérisation de la déformation dans un milieu granulaire avec la (micro)tomographie à rayons-X et la corrélation d'images 3D - S. Hall, L3S-R
- Essais in-situ rapide sous contrôle de tomographie à rayons-X avec applications à bullage de mousse, déformation à chaud, solidification ... - L. Salvo, SIMAP-GPM2

Cette journée a permis une nouvelle fois la mise en évidence des problèmes de traitement d'images liés à la présences de Ring artefacts. Noesis a proposé de réaliser une "boîte à outils" pour regrouper tous les algorithmes disponibles pour détecter et améliorer les images. Ce projet ne pourra être lancer que s'il est piloter par l'ESRF sous la forme d'un projet ANR (par exemple).

Liste des participants

Laboratoire 3S-R
Steve Hall
Jacques Desrues
Nicolas Lenoir
Cino Viggiani
Pierre Bésuelle
Jola Lewandoska
Noesis
Laurent Bernard
François Germain
LGIT
Alexandre Simonovici
ESRF
Ross Springell
Sabine Rolland du Roscoat
Zsolt PETER
Aymeric LARRUE
SIMAP-GPM2
Luc Salvo
Lafarge
Frédéric Thoué
Samuel MEULENYZER
RXSolutions
Roland Le Floc'h
Solène Valton
Digisens
Francois Curnier
LGGE
Jacques MEYSSONNIER
INSIDIX
Diane Weidmann
Total
Philippe MARCHINA
Philippe Zaccagnino
Univ Savoie
Philippe Bolon
Mercury
Daniel Licahu

[Laurent Bernard]

Tomographie à rayons-X au 3S-R : présentation et premiers résultats - N. Lenoir, L3S-R

La micro scanner, a été réalisé par RX-Solutions, suite à un appel d’offre européen, le but était d’étudier les déformations et ruptures en géomécaniques
d’où le besoin d’un micro-CT multi-échelles, multi-énergies

objet mini = 4mm résolution = 5 μ
objet maxi = 210 mm résolution = 50 μ

source : tube Hamamatsu 40 à 150 kV soit 15 à 60 keV
angle du faisceau : 43 degrés
récepteur : flat panel Varian 1920 * 1536 , 127 μ de résolution
support objet : table ‘micro control’ creuse permettant de monter ou descendre des objets de moins de 70 kg
logiciel d'acquisition : fourni par RX-solutions
logiciel de reconstruction : Octopus issu de l’université de Gent, ce logiciel semble être une référence, il est utilisé par SkyScan, et propose un module ‘ring artefacts’
visualisation : VG-studiomax
traitement d’image : Noésis Visilog 3D
corrélation d’image 3D : Tomowarp – correl 3D

le projet ANR ‘μ modex’ a permis les 2/3 du financement du micro CT

En 2007, des tests préliminaires ont été faits sur la ligne ID15 de l'ESRF, à une résolution de 14 µm pour voir les grains de roche. La qualité des images obtenues sur le microtomographe à la résolution de 17 µm est similaire. La durée d’acquisition est multipliée par 2 à 3

La machine est ouverte aux fournisseurs, Des prestations d'acquisition à la demande pourront être faites prochainement.

[Laurent Bernard]

Tomographie à fluorescence de rayons-x - Alexandre Simonovici, LGIT (Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique) Université Joseph Fourrier – Grenoble
La fluorescence X rend compte des éléments chimiques traversés par le faisceau, mais elle comporte de fortes imprécisions. Elle permet de détecter et mesurer les éléments physiques à partir du Silicium, le taux d’incertitude est de 2 à 25 %

En pratique, la dimension maximale de l'échantillon à analyser dépend de sa composition atomique et de son homogénéité (exemple : longueur d'atténuation à 90% de 42 µm pour du Soufre, descendant à 5 µm pour du Soufre inséré dans du Silicium).

L’Integrated Tomography Technic permet de d’utiliser en parallèle
- l’effet Compton qui varie en Z
- les ondes de Raleigh qui varient en Z*2
- la transmission qui varie en Z*4
Exemple de détection Ni, Fe, Cu sur une diatomée
Des tests seront faits sur des échantillons d’argile fournis par le labo 3S-R

[Laurent Bernard]

Tomographie à neutrons pour caractériser les roches et l'écoulement de fluides dedans – M. Dawson, Univ. Leeds (UK) / Ross Springell, ESRF, présentation faite par R.Springell

La tomographie à neutrons propose :
- une résolution .1000 fois plus grossière qu’avec des rayons X (100 à 200 µm)
- une pénétration bien supérieure (indépendante du numéro atomique) et complémentaire de celle des rayons X (Les éléments faibles sont opaques, alors que les métaux sont transparents) pas de charge électromagnétique

Présentation d’un exemple sur un moteur BMW
En géologie : recherche de présence d’eau dans du granit, déplacement d’hydrocarbures (marqués au deutérium) dans sable, ‘water inhibtion in sandstone’

De plus il est possible de distinguer des éléments voisins (en termes de numéro atomique)

L'Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse peut faire des acquisitions, ainsi qu'un laboratoire berlinois.

[Laurent Bernard]

Segmentation de zones peu contrastées - Z. Peter, ESRF

Segmentation de zone de remodelage osseux sur os trabéculaire, à partir d’images obtenues sur le micro-CT de l’ESRF avec une résolution de 10 μm. Le problème consiste à séparer par analyse des variations de densité, l’os remodelé de l’os original, ce qui nécessite un bon outil de débruitage,

Deux approches de débruitage ont été testées :
- ondelettes : approche Donoho – Coiffman 1995 = approche présentée et retenue ?
- diffusion isotrope : Perona – Malik 1990

Puis classification :
- K-means = résultats moyens
- Croissance de régions en partant des pores = trop d’artefacts
- Croissance de régions contraintes basée sur le watershed = OK

[Laurent Bernard]

Caractérisation des milieux fibreux par microtomographie de contraste de phase - Sabine Rolland du Roscoat, ESRF (doctorante)

contexte :
caractérisation de procédés de fabrication de papier. L'objectif est d'établir le lien entre les propriétés microscopiques et macroscopiques (propriétés d'usage).

démarche :
• acquisition d'images à l'ESRF (pas = 0.7 µm)
• analyse des images
• estimation des propriétés physiques par simulation numérique.

problèmes rencontrés :
• nécessité de réguler l'humidité du papier pendant l'acquisition (Tacq = 20 min)
• déformation du papier pendant le scan. Se résout en comparant les projections à 0° et 360 ° et en interpolant la distorsion
• contraste faible entre l'air et la cellulose, eu égard au niveau de bruit. La solution adoptée passe par un filtrage par diffusion anisotrope

résultats :
l'analyse des images repose essentiellement sur la détermination des pores. L'écart entre la porosité obtenue numériquement et la porosité obtenue par mesure physique est faible (valeurs typiques 0.58 pour 0.60). L'écart entre le taux de cendres et le taux de charges obtenu par analyse d'image est de 3%.
Des mesures d'anisotropie sont effectuées à l'aide de covariogrammes calculés dans les trois directions principales. Le problème vient de la détermination du volume élémentaire représentatif (taille d'échantillon nécessaire pour une stabilité statistique des résultats) de l'ordre de 10 fois la longueur de corrélation et pouvant être réduit si l'on dispose de plusieurs réalisations.

conclusions :
• un sujet d'étude à venir est celui de l'hygro-expansion. Il nécessite l'individualisation des fibres de cellulose, d'où le besoin d'un outil de squelettisation de 3D à 1D.
• la technique de contraste de phase est utilisée pour distinguer l'encre de la fibre (aide à la segmentation)

[Laurent Bernard]

Caractérisation de la déformation dans un milieu granulaire avec la (micro)tomographie à rayons-X et la corrélation d'images 3D - Steve Hall, L3S-R

contexte :
caractérisation de milieux granulaires (argiles ou sables) par mesures de champs denses, les valeurs volumiques moyennes n'étant pas significatives des phénomènes à analyser.

démarche :
• acquisition d’images de tomographie (ID15A ESRF, pas = 14 µm, diamètre 11 mm, hauteur 22 mm, Tacq = 14 min ; se fera désormais sur le site de 3S-R)
• détermination des porosités larges et des fissures ouvertes sur l'image de densité

problèmes rencontrés :
• les lignes de cisaillement ne sont pas visibles dans l'image de densité (pas de contraste). L'application de la technique de '3D digital image corrélation' (corrélation de sous-blocs 3D) permet de les mettre en évidence (estimation du vecteur de translation)

résultats :
• grâce à la technique de corrélation, la naissance des lignes de cisaillement apparaît avant leur observation à l'échelle macroscopique dans le diagramme effort-contrainte
• un calcul de moyenne glissante permet de mettre en évidence la création de porosités situées le long des lignes de cisaillement

conclusions :
• nécessité du calcul de champs plutôt que de valeurs moyennes spatiales.
• la technique de corrélation repose sur une hypothèse de continuité des déformations
• ces travaux font l'objet d'une collaboration avec le laboratoire LMS de Palaiseau (Michel Bornert)

[Laurent Bernard]

Essais in situ rapide sous contrôle de tomographie à rayons-X avec applications au bullage de mousse, déformation à chaud, solidification ... - L. Salvo, SIMAP-GPM2

contexte :
La tomographie in-situ permet d'analyser le comportement de matériaux soumis à des contraintes mécaniques, en évitant les problèmes liés aux essais post-mortem (nécessité d'utiliser plusieurs échantillons) ou aux essais interrompus (mise sous contrainte – relâchement - scan) générateurs de biais sur les mesures effectuées.

démarche : disposer d'une installation permettant
• d'obtenir des temps d'acquisition inférieurs au temps typique d'évolution du matériau en jouant sur le nombre de vues, la nature de la source, le temps d'exposition, l'optique, les caméras et les modes d'acquisition
• de faire les essais nécessaires (exemple : essais de compression à l'INSA, essais de fatigue à l'INSA et l'ESRF, four fixe ou four tournant sur ID15 et ID19 – chauffage par induction)

problèmes rencontrés :
• il faut préserver une visibilité à 360 ° pour une meilleure qualité de reconstruction
• course perpétuelle à la diminution des temps d'acquisition (durée de scan de 20 s en 2008 contre 6h en 1998)
• images bruitées à cause du moindre effet de lissage statistique à cause des t_acq courts

résultats :
• identification des déformations locales de dendrites de glace et mise au point d'un nouveau modèle de déformation
• analyse du processus de fissuration à chaud (associe effets mécaniques et thermiques)
• analyse de la porosité à l'état semi-solide (alliage d'aluminium solidifié à l'hydrogène, entraine la formation de pores d'hydrogène
• mesure de la perméabilité de milieux poreux (difficile à faire sur le plan expérimental si la fraction volumique est supérieure à 0.

conclusions :
• le synchrotron permet d'avoir des temps d'acquisition réduits (pas encore de concurrence sur ce terrain)
• des expériences de tomo in-situ ont permis de fournir des données introduites dans des codes de calculs de propriétés mécaniques (voir D. Bernard à l'ICMCB pour des modèles de simulation)
• l'ESRF envisage de faire de l'holotomographie avec 2 caméras et déplacement rapide de l'échantillon (suppose que les configurations soient inchangées pendant le déplacement)