Comparaison de méthodes de détection de temps de vol adaptées à la tomographie ultrasonore des arbres sur pied

(1)

ci

rad

Comparaison de methodes de detection de temps de vol

adaptees

a

la tomographie ultrasonore des arbres sur pied

Philippe Lasaygues,

Andres Arciniegas

Laboratoire de Mecanique et d 'Acoustique, Marseille, France

Loic Brancheriau

CIRAD, UR BioWooEB- UMRAMAP, Montpellier, France

- . • • tNSTITUT

~

,

U

n~c~:f'!i

•

• ijA~

NOT

(2)

Contexte:

lmagerie ultrasonore des arbres sur pied

Contexte

~ Controles non destructifs des arbres in situ;

~ Recherche de defauts (vide) ;

~ Evaluation des alterations (champignons ou insectes);

Routine forestiere:

Acoustique

~ Penetrometre ;

~ Radiologie X et Gamma ;

~ Tomographie electrique ;

~ Mesures acoustiques (Pundit®);

SoT ElT Electrique

(3)

Objectif, Verrous & Methodologies

Objectif : Developper un appareil de tomographie ultrasonore

Verrous : (1) Compromis precision, resolution, exploitation in situ;

(2) Propagation d'ondes en milieux orthotropes; (3) Prise en compte de l'humidite;

Methodologies:

• Tomographie qualitative & quantitative

-+

Methodes algebriques: ART, SIRT

-+

Methodes analytiques: Fourier (Radon)

Brancheriau et al., Journal of Physics, 2012

...

I,

(4)

lmagerie ultrasonore des arbres sur pied

Prototype Arb'Ust (CIRAD/ LMA)

Difficu ltes :

- Milieux orthotropes, heterogemeites,

- Attenuation+ & Rapport S/B ~ -7 Signaux difficiles

a

interpreter

Emission :55kHz, 480 V, 5 square periods Amplifier: 80dB, ADC : Fe = 0. 5 MHz, 4.1 m s

(Temps-de-vol ~ Sinogramme (vitesses) ~ Tomogramme)

0.6

...

r i\ 0.2 rn~· Filt R&W .--- s 0(t) - s(t)

~

t.r

.-J

·OA~ .~~ •• ~.~ •• ~ •• ~.~2= •• ~2.~.-3~ •• ~350 ~ Time (us) ~ j

Bra ncheriau et al., Wood NDT, 2011

I-ll .... u: '" 12! S1nogrammt '" 11! u !mltUr

·-

..

_'

~.

' ~\ I I I I

'

...

__

.... , 4

(5)

Detection des temps-de-vol (TOF)

Methodes reten ues :

7 lntercorrelation (reference)

7 Methode du seuil (Beall, 2002, Bucur, 2006)

0.4 0.2

i

~'1. .P..,_~ f1 A

J,

]- o~..,.~ •J '"!'' < : : TOF?

1

0 50 100 1.1 Filt / l

i\

- Raw r': ~~ .,... (I - •o(t) I I ' ,...,. ~ I - S(t) e TOF 150 200 250 300 350 Time (us)

7 Methode de Fisher (Arciniegas, 2014) Comparaison de la variance entre deux identiques

F[k

J

=

var(x[k, ... ,k+n-1])

segments

var(

x[k

+

n, ... ,k

+ 2.n -1 ])

7 Critere d'Hinkley (Kurtz, 2005)

Analyse de la puissance instantanee du signal

k N

S[k]=

}":(x;)-

k

}":(x;)

p=l

a.N

p=l

7 Critere Akaike (Zhang, 2003) AIC[k

J

=

k.log(

var(x[l , ...

;k ]) )

Division en segments localement stationnaires

(6)

lmagerie ultrasonore des arbres sur pied

Detection des temps-de-vol (TOF)

Protocole experimental :

7 Variations du rapport Signai/Bruit par pas de 5 dB 7 Enregistrements de 100 signaux I RSB

7 Mesures des TOF par les differentes methodes

(+reference : intercorrelation avec et sans objet)

7 Statistiques sur les 100 signaux enregistres 7 Calcul des vitesses (Longi).

c

=

_c--=o'---:-C0

=

1489 m/s (17°C) C l:lt 1 + "'0 -L 8.77 dB 4 Time (~s)

Arciniegas et al., Trees, 2014

800.---~-~-~---. 600 400 > 200 30.92 dB

A

.

f

o~--

...

---...

,

1

I

v

v--.-~ -200 ~ -400 -600 -800 "1000_o_~----:':₁₀_:----,₂_~₀_--:'₃₀_:---:'=₄₀_--!₅₀_. Time (~s) 6

(7)

2300

l

2200 ·~

t

2100 ~

i

2000 0 ~ ~ 1900 s 1800

Vitesses de ondes de compression

Re

sine cref

=

2300 m/s L= 18 mm .... ~~~ • Threshold -- +Fisher -Hinkley -AIC -5 0 5 10 15 20 25 30

Rapport signal~ ~ruit .(dB}

2400 ~ 2200 ·~ 2000 ~ 2400 ~ 2200 ~ 2000 li

g

1800 ~ ~ 1600 0 .8 ~ ::1

..

$ Milicia excelsia (lroko) cref

=

1670 m/s 1400 1200 1000 -5 0

I

1aoo ~ L

=

9,35

m m

• Threshold -rFisher

i

1600 0 - Hinkley ~ 1400 ~ 5 1200 - AIC 1000 -5 0 5 10 15 20 25 30

Rapport sisnal a bruit {dB}

Tatajuba bagassa gujanensis

cref

=

2001 m/s L

=

9,99 mm • Threshold -rFisher -Hinkley - AIC 5 10 15 20 25 30

Rapport signal a bruit (dB)

(8)

lmagerie ultrasonore des arbres sur pied

Conclusion

la methode appropriee est celle qui permet de determiner un temps de vol moyen (done une vitesse moyenne) le plus constant possible, et une erreur de determination la plus fai ble possible.

« Hinkley » ~ meilleure methode lorsque le SNR est superieur

a

10 dB (fai ble bruit) ;

« Fisher» ~ mieux adaptee pour des signaux plus bruites.

In stitut Fresnel A. litman, A. Roueff La mine M. Diong '

.

. . . ... ... " •o•rr-=-5~~~-r---=======::.._"TT--, , 0• - COnOf:tntlaled '0~''----,200=---..,•oo=----;;:;ooo:;;---;;ooo=----,,~ooo

tndlco do ea valoUr ptOpn:t

....

_{. .}

···

...

Outils Statistiques pom·l' Amelioration de Systemes d'lmagerie par

Diffraction

M. Diong", P. Lasaygues•. A. Rouctt~> et A. Lilmanb

Session 1553 Methodes d'inversion pour l'imagerie acoustique

Sa/le A 150, vendredi 25 avril, 14:40