EP1629303A1 - Procede pour l'exploration et l'analyse d'une structure volumique - Google Patents

Procede pour l'exploration et l'analyse d'une structure volumique

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EP1629303A1
EP1629303A1 EP04732683A EP04732683A EP1629303A1 EP 1629303 A1 EP1629303 A1 EP 1629303A1 EP 04732683 A EP04732683 A EP 04732683A EP 04732683 A EP04732683 A EP 04732683A EP 1629303 A1 EP1629303 A1 EP 1629303A1
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signals
detected
detection
curve
field memory
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Jacques Dory
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Definitions

  • the present invention relates to a method for exploring and analyzing a volume structure by appropriate processing of signals representative of waves, in particular ultrasonic waves reflected or transmitted by this volume structure.
  • Conventional devices of this kind usually involve transmission means which emit an incident wave in the medium to be examined and reception means possibly using all or part of the transmission means which receive the waves reflected by the obstacles encountered by the incident wave. Means are further provided for processing the signals received by the reception means and presenting them in a form usable by the user, for example in the form of an image making it possible to locate the position of the obstacles generating reflections of the incident wave.
  • the most common method is to use impulse waves in a process of transmitting a pulse of ultrasonic waves in a given direction, detecting the return of echoes, measuring the time between transmission and reception, and deduct the distance, given the speed of propagation of the ultrasonic wave, and therefore the position of the obstacle which generated each echo. This process is then repeated in different directions, according to a predetermined scanning law. It then becomes possible to produce images highlighting the obstacles detected by the echoes, the position of which is known.
  • each transmission / reception element operates independently and therefore receives separately the waves reflected by the obstacles intercepting the beam of ultrasonic waves which is in its reception area.
  • the information delivered by these transmission / reception elements is stored in memories whose reading is carried out in the opposite direction to writing.
  • US-A-4,817,434 describes a device comprising an address generator per receiver element of the probe, which provides the address to be read in a field memory corresponding to the image point to be reconstructed.
  • this device only allows a relatively low image reconstruction rate.
  • each point of the object to be explored gives rise to a wave which is stored at addresses of one field memory distributed as an arc of a pseudo-hyperbolic curve, the characteristics of which depend on the position of the point relative to the probe and the radiation pattern of each element (this pseudo-hyperbola is theoretically reduced to two asymptotes for the points located against the probe).
  • the storage after digitization, of the signals delivered by the detection elements in a field memory comprising a respective line per detection element
  • the reconstruction and / or analysis of the volume structure from the information read in the field memory in which are calculated for each point of the structure, the positions of the field memory containing the signals detected by the elements of detection, corresponding to the waves reflected or transmitted by this point, these positions being calculated using an addressing law whose parameters depend on the position of this point relative to the detection elements, and in which for each point , the lines of the field memory are read at the respective positions calculated beforehand for this point and stored in address memories respectively associated with said lines of the field memory.
  • a calculation is then applied to the information read for this point in order to obtain a result representative of the importance of the wave reflected or transmitted by this point, during this calculation, all the lines of the field memory being read in parallel for each point at the positions indicated for this point respectively by the associated addressing memories, the calculation of the result then being applied to all the values read in the field memory, this result then being processed or stored in a specific memory.
  • the very high spatial resolution obtained with said method leads to very fine images and if one wants to preserve the fineness of the details, and in particular to measure with precision the amplitude of the reflected signals, the analysis frame must be very tight, and as a consequence, the number of points to be calculated is high, which slows down the processing speed excessively.
  • the maximum amplitude of the echo may not be detected in the analysis frame if it is between two analysis steps; this error can be prohibitive if it proves necessary to measure the importance of the obstacle with great precision.
  • the analysis step is independent of the number of electronic channels; it is desirable that the analysis step is a multiple or an integer sub-multiple of the step between detection elements; thus, in the case of a probe comprising 32 detection elements, spaced 0.8 mm apart, associated with 32 electronic channels, the analysis step may be equal to 1.6 mm, 3.2 mm, 4.8 mm, 6.4 mm, etc ...
  • the speed of sound in the material to be probed is 6000 m / s; the journey time, back and forth, is 40 ⁇ s.
  • the number of points analyzed is 40 x 60 64, or 153 600.
  • the total processing time is 153,600 / 60, i.e. 2,560 ⁇ s, i.e. a rate of 390 Hz.
  • I mm can cause errors greater than 10 dB on the amplitude measured; this difference is unacceptable in most cases.
  • the processing rate is below 100 Hz; this rate may become incompatible with the speed of control required for large parts.
  • the invention therefore more particularly aims to eliminate these drawbacks by means of a method making it possible to increase the processing speed without sacrificing other performance, by modifying the processing parameters as a function of the situation of the area treated in the memory of field and optimize the speed and / or accuracy of this processing.
  • Optimizing the resolution and processing time is based on decoding the information read from the field memory; thus, the so-called "decoding" curve is the curve for reading the values read from the field memory; the positions of the field memory are calculated using an addressing law, the parameters of which depend on the position of the point to be analyzed relative to the detection elements.
  • the curve corresponds to the signals detected by the detection elements which correspond to the waves reflected or transmitted by the point or the obstacle to be analyzed.
  • the present invention is based on the observation that, in a process such as that described above, when the decoding curve does not exactly coincide with the curve written in the field memory, the decoding curve can successively detect positive signals and negative.
  • this process may include: - detection of positive and negative signals,
  • the method according to the invention may implement, from the information read in an analysis frame and during the storage phase in the field memory:
  • FIG. 1 represents the signals detected on the decoding curve and the content of the field memory on either side of the decoding curve, in the case of the coincidence of the decoding curve with the written curve:
  • FIG. 2 represents the signals detected on the decoding curve and the content of the field memory on either side of the decoding curve, in the case of the non-coincidence of the decoding curve with the written curve;
  • FIG. 3 represents the result of the decoding with the taking into account of the positive and negative signals detected on the decoding curve
  • FIG. 4 represents the result of the decoding with the taking into account only of the positive signals detected on the decoding curve
  • FIG. 5 represents a theoretical curve of the image of an obstacle in an analysis frame without any correction device
  • FIG. 6 represents the envelope of a digitized signal as a function of time, read along a stored field line, before processing
  • FIG. 7 represents the envelope of a digitized signal as a function of. time, read along a stored field line, after processing;
  • FIG. 8 represents a device for processing the digitized signal, read along a stored field line, the results of which are illustrated by FIGS. 6 and 7.
  • the step of optimizing the spatial resolution comprises the evaluation of the horizontal difference between the decoding curve and the curve entered, and correcting the amplitude of the signals measured as a function of this difference; thus, when the decoding curve does not exactly coincide with the registered curve, the decoding curve can detect successively positive and negative signals, the sum of these so-called positive and negative signals tending towards 0.
  • the decoding curve detects signals of the same polarity.
  • the content of the field memory is represented by the amplitudes of the detected and stored signals Mi l, M12, M13, M14; the decoding curve CD1 almost exactly coincides with a written curve represented by the detected and stored signals Ml 3 in the field memory; thus, the amplitudes of the signals read from the field memory, represented by M10 are all of the same sign.
  • the content of the field memory is represented by the amplitudes of the detected and stored signals M21, M22, M23, M24; the decoding curve CD2 does not coincide with any written curve represented by the signals detected and stored in the field memory; the decoding curve is off-center and successively crosses several written curves; thus, the amplitudes of the signals read in the field memory, represented by M20 are sometimes positive, sometimes negative.
  • the K factor depends on the difference between the points of opposite signs; it will be equal to SM when all the values have the same sign, and equal to zero when there are as many positive values as negative values.
  • the factor K is not constant because the values entered vary as a function of their horizontal position on the curve entered; indeed the directivity of the reflecting obstacles causes a maximum of the detected signal in the line of sight of the obstacle, and consequently a weaker detected signal on the periphery around the line of sight.
  • the factor K must be replaced by a function f (k); this function can be determined theoretically or experimentally by moving the probe in front of a known obstacle and by measuring for each position of said probe, the amplitude of the reflected signal and the corresponding value of the factor K.
  • the coincidence between the decoding curve CD3 and the written curves M31, M32, M33, M34, is not achieved; indeed the signals M30 change sign by deviating from the center of the decoding curve, and the number of signals of the same sign starting from the center is all the smaller the greater the offset, so that the sum of the amplitudes decreases very quickly.
  • This process can be carried out in a sequential manner, by memorizing the sign of the signal at the center of the decoding curve, then by carrying out an analysis on either side of the center, which analysis is stopped in the event of detection of change of sign of the detected signal; thus, the analysis consists in carrying out the sum of the detected signals divided by the number of analyzed signals of the same sign; this value is memorized for the point considered; the operation is then carried out in the same way for the other points to be analyzed, this processing can also be carried out in parallel by logic circuits.
  • this method excessively amplifies signals corresponding to noise or to signals reflected by obstacles located far from the point to be analyzed, and the resulting image risks being confused.
  • the step of optimizing the processing time, from the information read in the analysis frame and during the storage phase in the field memory firstly comprises l use of a variable horizontal step depending on the analysis depth.
  • the horizontal resolution is a function of the depth of the obstacle; for example, a resolution of 0.25mm to 3mm deep will become 1mm to 30mm deep.
  • a signal S represents a theoretical curve of the image of an obstacle in an analysis frame.
  • Said signal S is characterized by a maximum amplitude V M and a noise level with maximum amplitude V B , said theoretical curve being obtained with an analysis step close to zero.
  • the analysis step will be significantly greater, equivalent to P 2 , defined by the intersection of the curve S and the noise level of amplitude maximum V B.
  • the detection of the signals will be carried out with an analysis step P 2 , defined as being the step corresponding to the detection threshold situated above the noise level, making it possible to search for signals whose amplitude is greater than the analysis level V A.
  • the analysis of this obstacle consists in resuming the detection of said obstacle, starting from the abscissa x p - P 2 with an analysis step Pi. Said analysis is finished in the vicinity of the obstacle, when the detected signal is less than the noise level V B and the abscissa greater than x p .
  • each field line of the field memory are stored signals reflected or transmitted by an obstacle, in sampled form; thus, the amplitude of the samples represents the envelope of said detected signals; the sampling frequency is higher than the frequency of the detected signals so as to detect the extremes of said signals.
  • the sampling period of the detected signal is approximately ten times shorter than the period of said detected signal.
  • the processing of the sampled signal consists in detecting the extremes of said sampled signal, in storing the samples of corresponding amplitude during a half period of the detected signal, and in storing in the field line of the field memory, not all of the samples of said sampled signal, but only the amplitude samples corresponding to the extremes.
  • the sampled signal consists of the extremes of the original signal, shown in Figure 6; thus, the analysis step of the processed signal can reach the half period of the original signal, while retaining the required precision over the amplitude of the detected signals.
  • the aforementioned processing can be carried out in software form or in hardware form; in the example shown in FIG. 8, the processing is carried out by material means.
  • a clock block H delivers a clock signal S H which is applied on the one hand to a shift register block RD with two stages, and on the other hand to a main memory block M 2 ; the original signal S, sampled at the frequency of said clock signal S H , is applied on the one hand to the input of the shift register block RD, and on the other hand to the input of a buffer memory Mi.
  • the shift register block RD delivers signals S N and S N + ⁇ corresponding to two successive samples of said signal S; the above signals S N and S N + ⁇ are applied to the two inputs of a comparator C whose two outputs switch from state 1 to state 0 depending on whether the sample N is larger or smaller than the sample N + 1; the switch 1 to 0 corresponds to an extremum of the signal S. - o -
  • Said switching controls a detection circuit D which controls the storage of the signal S in said buffer memory Mj.
  • the output of the memory Mi is then applied to the input of the main memory M 2 .
  • the main memory M 2 contains the values of the extremes at each half period of the original signal S.
  • All of the above-mentioned processes for optimizing the spatial resolution, from the information read from the field memory, and for optimizing the processing time of the detected signals can be applied separately or in a combined manner; they thus contribute to making it possible to increase the speed of processing of the detected signals while maintaining a very high spatial resolution, and to allow a three-dimensional analysis of the volume structures at high rate.

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Abstract

Procédé pour l'exploration et l'analyse d'une structure volumique par un traitement approprié de signaux représentatifs d'ondes, notamment d'ondes ultrasonores réfléchies ou transmises par cette structure volumique, le traitement consistant à reconstituer ou à analyser la structure volumique à partir des informations lues dans une mémoire de champ, dans laquelle sont calculés pour chaque point de structure, les positions de la mémoire de champ contenant les signaux détectés par les éléments de détection, correspondant aux ondes réfléchies ou transmises par ce point, lesquelles informations dans la mémoire de champ sont lues par une courbe de décodage, le procédé comprenant la détection du signe des signaux détectés, la détection d'une zone utile de ladite courbe de décodage dans laquelle les signaux sont de même signe et le calcul de la position du point analysé à partir d'une intégration des amplitudes des signaux détectés dans la zone utile de la courbe de décodage.

Description

PROCEDE POUR L'EXPLORATION ET L'ANALYSE D'UNE STRUCTURE VOLUMIQUE.
La -présente invention concerne un procédé pour l'exploration et l'analyse d'une structure volumique par un traitement approprié de signaux représentatifs d'ondes, notamment d'ondes ultrasonores réfléchies ou transmises par cette structure volumique.
Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la réalisation d'appareils tels que des échographes, des appareils de contrôle non destructif d'objets, des sonars ou même des radars.
Les appareils classiques de ce genre font habituellement intervenir des moyens d'émission qui émettent une onde incidente dans le milieu à examiner et des moyens de réception utilisant éventuellement tout ou partie des moyens d'émission qui reçoivent les ondes réfléchies par les obstacles rencontrés par l'onde incidente. Des moyens sont en outre prévus pour traiter les signaux reçus par les moyens de réception et les présenter sous une forme exploitable par l'utilisateur, par exemple sous la forme d'une image permettant de localiser la position des obstacles engendrant des réflexions de l'onde incidente.
La méthode la plus courante consiste à utiliser des ondes impulsionnaires selon un processus consistant à transmettre une impulsion d'ondes ultrasonores dans une direction donnée, à détecter le retour des échos, à mesurer le temps écoulé entre l'émission et la réception et à en déduire la distance, compte tenu de la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore, et donc la position de l'obstacle qui a engendré chaque écho. Ce processus est ensuite répété dans différentes directions, selon une loi de balayage prédéterminé. Il devient ensuite possible de réaliser des images mettant en évidence les obstacles détectés par les échos, dont on connaît la position.
Dans le but d'éviter les inconvénients des appareils utilisant un mode de traitement séquentiel (exploration ligne par ligne), on a proposé d'émettre dans la structure volumique à explorer une onde sensiblement plane, de section relativement importante engendrée par une sonde constituée d'un réseau comprenant une pluralité d'éléments émission/réception de faibles dimensions, de préférence inférieure à la longueur d'onde ultrasonore, de façon à posséder un très large diagramme de rayonnement, ces éléments étant attaqués simultanément en parallèle. A la réception, chaque élément émission/réception fonctionne de façon indépendante et reçoit donc séparément les ondes réfléchies par les obstacles interceptant le faisceau d'ondes ultrasonores qui se trouve dans sa zone de réception. Après numérisation, les informations délivrées par ces éléments émission/réception (champ d'ondes réfléchies) sont mémorisées dans des mémoires dont la lecture s'effectue en sens inverse de l'écriture.
Le brevet US-A-4 817 434 décrit un dispositif comprenant un générateur d'adresses par élément récepteur de la sonde, qui fournit l'adresse à lire dans une mémoire de champ correspondant au point image à reconstituer. Toutefois ce dispositif ne permet qu'une cadence de reconstitution d'image relativement faible.
Dans le but de supprimer cet inconvénient, le Demandeur s'est basé sur la constatation que dans un processus tel que celui précédemment décrit, chaque point de l'objet à explorer donne naissance à une onde qui se trouve mémorisée à des adresses d'une mémoire de champ réparties sous la forme d'un arc de courbe, pseudo-hyperbolique, dont les caractéristiques dépendent de la position du point par rapport à la sonde et du diagramme de rayonnement de chaque élément (cette pseudo-hyperbole se réduisant théoriquement aux deux asymptotes pour les points situés contre la sonde).
Il a mis au point un procédé comprenant les étapes suivantes :
- l'émission dans ladite structure d'une onde incidente,
- la réception des ondes réfléchies ou transmises par les obstacles rencontrés par l'onde incidente à l'intérieur de ladite structure, par une pluralité d'éléments de détection indépendants les uns des autres,
- la mémorisation, après numérisation, des signaux délivrés par les éléments de détection dans une mémoire de champ comprenant une ligne respective par élément de détection, et
- la reconstitution et/ou l'analyse de la structure volumique à partir des informations lues dans la mémoire de champ, dans laquelle sont calculées pour chaque point de la structure, les positions de la mémoire de champ contenant les signaux détectés par les éléments de détection, correspondant aux ondes réfléchies ou transmises par ce point, ces positions étant calculées à l'aide d'une loi d'adressage dont les paramètres dépendent de la position de ce point par rapport aux éléments de détection, et dans laquelle pour chaque point, les lignes de la mémoire de champ sont lues aux positions respectives calculées au préalable pour ce point et stockées dans des mémoires d'adressage respectivement associées auxdites lignes de la mémoire de champ.
Un calcul est alors appliqué aux informations lues pour ce point afin d'obtenir un résultat représentatif de l'importance de l'onde réfléchie ou transmise par ce point, lors de ce calcul, toutes les lignes de la mémoire de champ étant lues en parallèle pour chaque point aux positions indiquées pour ce point respectivement par les mémoires d'adressage associées, le calcul du résultat étant ensuite appliqué à toutes les valeurs lues dans la mémoire de champ, ce résultat étant ensuite traité ou mémorisé dans une mémoire spécifique.
Ce procédé décrit dans les brevets EP 0 825 453 B 1 et EP 0 872 742 B 1 déposés au nom du Demandeur, permet d'obtenir des performances remarquables en termes :
- de vitesse d'examen et par conséquent autorise l'analyse de pièces de grandes dimensions,
- de résolution spatiale compte tenu de la grande ouverture de rayonnement, - de reproductibilité puisque le champ ultrasonore est émis par une onde plane.
Néanmoins, l'expérience montre que dans certaines applications, des contraintes limitent les performances du procédé, en particulier, la vitesse de traitement.
La très haute résolution spatiale obtenue avec ledit procédé conduit à des images très fines et si l'on veut conserver la finesse des détails, et notamment mesurer avec précision l'amplitude des signaux réfléchis, la trame d'analyse doit être très serrée, et par voie de conséquence, le nombre de points à calculer est élevé, ce qui ralentit la vitesse de traitement d'une manière excessive. En d'autres termes, l'amplitude maximale de l'écho peut ne pas être détecté dans la trame d'analyse s'il se situe entre deux pas d'analyse ; cette erreur peut être rédhibitoire s'il s'avère nécessaire de mesurer l'importance de l'obstacle avec une grande précision. On peut être conduit, en fonction de la précision demandée, à utiliser un pas d'analyse plus petit, donc un nombre de points calculés plus important, ce qui augmente le temps de calcul, et diminue la vitesse de contrôle.
II s'avère que dans le procédé décrit dans les brevets EP 0 825 453 B 1 et EP 0 872 742 B 1 déposés au nom du Demandeur, le pas d'analyse est indépendant du nombre de voies électroniques ; il est souhaitable que le pas d'analyse soit un multiple ou un sous-multiple entier du pas inter éléments de détection ; ainsi, dans le cas d'une sonde comportant 32 éléments de détection, espacés de 0,8 mm, associés à 32 voies électroniques, le pas d'analyse pourra être égal à 1,6 mm, 3,2 mm, 4,8 mm, 6,4 mm, etc...
A titre d'exemple, on peut considérer le cas de sondage d'une plaque métallique d'épaisseur 120 mm par une sonde de 64 éléments au pas de 1 mm et une fréquence d'échantillonnage du signal détecté de 60 MHz.
La vitesse du son dans le matériau à sonder est de 6000 m/s ; le temps de parcours, aller et retour, est de 40 μs.
Sachant que le pas d'analyse du signal détecté est fixé à la période d'échantillonnage et compte tenu du nombre de lignes horizontales équivalent au nombre d'éléments de la sonde, le nombre de points analysés est de 40 x 60 64, soit 153 600.
Le temps total de traitement est de 153 600/60 soit 2560 μs, soit une cadence de 390 Hz.
Il s'avère que la résolution latérale à 3 dB du procédé, à faible profondeur, est de l'ordre de 0,25 mm et que le pas d'analyse adopté dans ledit exemple de
I mm, peut entraîner des erreurs supérieures à 10 dB sur l'amplitude mesurée ; cet écart est inacceptable dans la plupart des cas.
II est donc nécessaire de réduire le pas d'analyse d'un facteur 4, la cadence de traitement se situe en deçà de 100 Hz ; cette cadence peut devenir incompatible avec la vitesse de contrôle exigée de pièces de grandes dimensions. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients grâce à un procédé permettant d'augmenter la vitesse de traitement sans sacrifier les autres performances, en modifiant les paramètres de traitement en fonction de la situation de la zone traitée de la mémoire de champ et d'optimiser la vitesse et/ou la précision de ce traitement.
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L'optimisation de la résolution et du temps de traitement repose sur le décodage des informations lues dans la mémoire de champ ; ainsi, la courbe dite "de décodage" est la courbe de lecture des valeurs lues dans la mémoire de champ ; les positions de la mémoire de champ sont calculées à l'aide d'une loi d'adressage dont les paramètres dépendent de la position du point à analyser par rapport aux éléments de détection.
La courbe, dite "inscrite", correspond aux signaux détectés par les éléments de détection qui correspondent aux ondes réfléchies ou transmises par le point ou l'obstacle à analyser.
La présente invention se base sur la constatation que, dans un processus tel que celui décrit précédemment, lorsque la courbe de décodage ne coïncide pas exactement avec la courbe inscrite dans la mémoire de champ, la courbe de décodage peut détecter, successivement des signaux positifs et négatifs.
En conséquence, elle propose un procédé pour l'exploration et l'analyse d'une structure volumique, à partir des informations lues dans la mémoire de champ par une courbe de décodage, ce procédé comprenant la détection du signe des signaux détectés, la détection d'une zone utile de ladite courbe de décodage dans laquelle les signaux sont de même signe et le calcul de la position du point analysé à partir d'une intégration des amplitudes des signaux détectés dans ladite zone utile de ladite courbe de décodage.
D'une façon plus précise, ce procédé pourra comprendre : - la détection des signaux positifs et négatifs,
- la détection du centre de ladite courbe de décodage,
- la mémorisation du signe des signaux au centre de la courbe de décodage,
- la détection d'une zone utile de la courbe de décodage dans laquelle les signaux sont de même signe,
- la sommation des signaux de même signe dans la zone utile de la courbe de décodage,
- la division de ladite somme par le nombre de signaux analysés de même signe ou par une valeur constante prédéterminée correspondant à l'ouverture totale de la courbe de décodage,
- la mémorisation du résultat obtenu pour le point analysé de la structure volumique.
Optionnellement, le procédé selon l'invention pourra mettre en œuvre, à partir des informations lues dans une trame d'analyse et au cours de la phase de mémorisation dans la mémoire de champ :
- l'utilisation d'un pas horizontal variable en fonction de la profondeur d'analyse, et/ou
- la modification du pas horizontal au voisinage de l'obstacle, et/ou - le traitement des signaux détectés préalablement à la phase de mémorisation.
Un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins associés dans lesquels :
La figure 1 représente les signaux détectés sur la courbe de décodage et le contenu de la mémoire de champ de part et d'autre de la courbe de décodage, dans le cas de la coïncidence de la courbe de décodage avec la courbe inscrite : La figure 2 représente les signaux détectés sur la courbe de décodage et le contenu de la mémoire de champ de part et d'autre de la courbe de décodage, dans le cas de la non coïncidence de la courbe de décodage avec la courbe inscrite ;
La figure 3 représente le résultat du décodage avec la prise en compte des signaux positifs et négatifs détectés sur la courbe de décodage ;
La figure 4 représente le résultat du décodage avec la prise en compte uniquement des signaux positifs détectés sur la courbe de décodage ;
La figure 5 représente une courbe théorique de l'image d'un obstacle dans une trame d'analyse sans aucun dispositif de correction ;
La figure 6 représente l'enveloppe d'un signal numérisé en fonction du temps, lue suivant une ligne de champ mémorisé, avant traitement ;
La figure 7 représente l'enveloppe d'un signal numérisé en fonction du . temps, lue suivant une ligne de champ mémorisé, après traitement ;
La figure 8 représente un dispositif de traitement du signal numérisé, lu suivant une ligne de champ mémorisé, dont les résultats sont illustrés par les figures 6 et 7.
Dans un premier exemple illustré par les figures 1 à 4, l'étape d'optimisation de la résolution spatiale, à partir des informations lues dans la mémoire de champ, comprend l'évaluation de l'écart horizontal entre la courbe de décodage et la courbe inscrite, et à corriger l'amplitude des signaux mesurés en fonction de cet écart ; ainsi, lorsque la courbe de décodage ne coïncide pas exactement avec la courbe inscrite, la courbe de décodage peut détecter successivement des signaux positifs et négatifs, la somme de ces dits signaux positifs et négatifs tendant vers 0.
Réciproquement, lorsque la courbe de décodage coïncide exactement avec la courbe inscrite, la courbe de décodage détecte des signaux de même polarité.
Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 1, le contenu de la mémoire de champ est représenté par les amplitudes des signaux détectés et mémorisés Mi l, M12, M13, M14 ; la courbe de décodage CD1 coïncide presque exactement avec une courbe inscrite représentée par les signaux détectés et mémorisés Ml 3 dans la mémoire de champ ; ainsi, les amplitudes des signaux lus dans la mémoire de champ, représentés par M10 sont tous de même signe.
Réciproquement, dans l'exemple représenté sur la figure 2, le contenu de la mémoire de champ est représenté par les amplitudes des signaux détectés et mémorisés M21, M22, M23, M24 ; la courbe de décodage CD2 ne coïncide avec aucune courbe inscrite représentée par les signaux détectés et mémorisés dans la mémoire de champ ; la courbe de décodage est décentrée et traverse successivement plusieurs courbes inscrites ; ainsi, les amplitudes des signaux lus dans la mémoire de champ, représentés par M20 sont tantôt positifs, tantôt négatifs.
Soit S+ le nombres de valeurs positives, S- le nombre des valeurs négatives et SM le nombre total des valeurs positives et négatives sur une courbe de décodage ; par conséquent SM = (S+) + (S-).
En supposant (cas théorique) que toutes les valeurs positives et négatives sont de même amplitude A, l'amplitude détectée, après sommation, est : A0 = SM x A. Dans le cas où la courbe de décodage ne coïncide pas avec la courbe inscrite, l'amplitude détectée, après sommation, devient : A0 = A x (S+) - A x (S-) ; ce qui peut s'écrire : A0 = A x K, avec K = SM - 2 x (S-)
Le facteur K dépend de la différence entre les points de signes opposés ; il sera égal à SM lorsque toutes les valeurs sont de même signe, et égal à zéro lorsqu'il y a autant de valeurs positives que de valeurs négatives.
II faut noter que le facteur K n'est pas constant du fait que les valeurs inscrites varient en fonction de leur position horizontale sur la courbe inscrite ; en effet la directivité des obstacles réfléchissants provoque un maximum du signal détecté dans l'axe de visée de l'obstacle, et par conséquent un signal détecté plus faible sur la périphérie autour de l'axe de visée.
Ainsi, le facteur K doit être remplacé par une fonction f(k) ; cette fonction peut être déterminée théoriquement ou expérimentalement en déplaçant la sonde devant un obstacle connu et en mesurant pour chaque position de ladite sonde, l'amplitude du signal réfléchi et la valeur du facteur K correspondante.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la coïncidence entre la courbe de décodage CD3 et les courbes inscrites M31, M32, M33, M34, n'est pas réalisée ; en effet les signaux M30 changent de signe en s 'écartant du centre de la courbe de décodage, et le nombre de signaux de même signe à partir du centre est d'autant plus faible que le décalage est grand, de sorte que la somme des amplitudes décroît très rapidement.
La valeur exacte de l'amplitude A peut alors être obtenue simplement en divisant A0 par K. Ce procédé a l'avantage de pouvoir être réalisé de façon très simple, puisqu'il suffit de faire des additions sur le bit de signe du signal mémorisé. Un procédé très voisin, basé sur le même principe, mais dont la réalisation est légèrement plus complexe, peut être utilisé pour effectuer cette correction et réduire également les variations d'amplitude en fonction de la position des courbes de décodage par rapport aux courbes inscrites.
En effet, si on additionne uniquement les signaux de même signe autour de la partie centrale, et si on divise cette somme par le nombre de signaux de même signe autour de cette partie centrale, on obtient une valeur très voisine S3, sinon égale à celle de l'amplitude détectée en cas de coïncidence parfaite entre la courbe de décodage et la courbe inscrite.
Ce processus peut être effectué d'une manière séquentielle, en mémorisant le signe du signal au centre de la courbe de décodage, puis en effectuant une analyse de part et d'autre du centre, laquelle analyse est arrêtée en cas de détection de changement de signe du signal détecté ; ainsi, l'analyse consiste à effectuer la somme des signaux détectés divisée par le nombre de signaux analysés de même signe ; cette valeur est mémorisée pour le point considéré ; l'opération est ensuite effectuée de la même manière pour les autres points à analyser, ce traitement peut être également effectué en parallèle par des circuits logiques.
Par ailleurs, ce procédé amplifie de façon excessive des signaux correspondant à du bruit ou à des signaux réfléchis par des obstacles situés loin du point à analyser, et l'image résultante risque d'être confuse.
Pour éviter cet inconvénient, on considère qu'en dessous d'un certain nombre de signaux de même signe détectés à partir du centre, il ne s'agit plus d'un défaut, mais d'un bruit de fond, et la somme des ces signaux n'est plus alors divisée par leur nombre, mais par une valeur constante, en général celle correspondant à l'ouverture totale de la courbe de décodage. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, la coïncidence entre la courbe de décodage CD4 et les courbes inscrites M41, M42, M43, M44, n'est pas réalisée ; dans le cas présent, seules les valeurs centrales de même signe ont été prises en compte ; la courbe résultante S4 présente une amplitude voisine de celle de la courbe résultante S3 et reste constante le long d'un déplacement horizontal plus important de part et d'autre du centre de la courbe de décodage. Ainsi, la précision sur l'amplitude du signal détecté est plus importante tout en adoptant un pas d'analyse plus grand.
Les différents processus susmentionnés contribuent à l'optimisation de la résolution spatiale, à partir des informations lues dans la mémoire de champ ; l'association éventuelle de processus permettant l'augmentation de la vitesse de traitement des signaux dans la trame d'analyse contribue à l'amélioration des perfoπnances du procédé décrit dans les brevets EP 0 825 453 B 1 et EP 0 872 742 B 1 déposés au nom du Demandeur, notamment dans l'analyse de pièces de grandes dimensions à cadence élevée.
Dans cet exemple, selon l'invention, l'étape d'optimisation du temps de traitement, à partir des informations lues dans la trame d'analyse et au cours de la phase de mémorisation dans la mémoire de champ, comprend en premier lieu l'utilisation d'un pas horizontal variable en fonction de la profondeur d'analyse.
En effet, la résolution horizontale est fonction de la profondeur de l'obstacle ; à titre d'exemple, une résolution de 0,25 mm à 3 mm de profondeur deviendra de 1 mm à 30 mm de profondeur.
Il est donc envisageable d'adopter un pas horizontal variable en fonction de la profondeur, ledit pas étant défini par la résolution acoustique à cette profondeur ; ainsi, connaissant la profondeur des points à analyser, le pas d'analyse sera préalablement mémorisé et permettra un gain en temps d'analyse de la structure voisin de 2 à 3.
L'étape d'optimisation du temps de traitement, à partir des informations lues dans la trame d'analyse et au cours de la phase de mémorisation dans la mémoire de champ, comprend en second lieu la modification du pas horizontal au voisinage de l'obstacle.
En effet, la détection de tous les signaux dont l'amplitude est supérieure au bruit, avec un pas d'analyse important, permet la localisation approximative de ces dits signaux ; une détection plus fine est ensuite effectuée dans la zone contenant chacun de ces dits signaux.
Dans l'exemple représenté sur la figure 5, un signal S représente une courbe théorique de l'image d'un obstacle dans une trame d'analyse. Ledit signal S est caractérisé par une amplitude maximale VM et un niveau de bruit d'amplitude maximale VB, ladite courbe théorique étant obtenue avec un pas d'analyse voisin de zéro.
Soit VA le niveau d'analyse, inférieur à l'amplitude VM, considéré comme étant le seuil de détection des signaux à analyser ; une erreur de détection inférieure à Δ = VM - VA, impose un pas d'analyse inférieur à Pl5 définit par l'intersection de la courbe S et du niveau d'analyse VA.
De la même manière, pour détecter des signaux d'amplitude supérieure au niveau du bruit, le pas d'analyse sera nettement plus important, équivalent à P2, définit par l'intersection de la courbe S et du niveau de bruit d'amplitude maximale VB.
Ainsi, la détection des signaux sera effectuée avec un pas d'analyse P2, définit comme étant le pas correspondant au seuil de détection situé au-dessus du niveau du bruit, permettant d'effectuer la recherche de signaux dont l'amplitude est supérieure au niveau d'analyse VA.
Lorsqu'un obstacle est détecté à une certaine abscisse xp, l'analyse de cet obstacle consiste à reprendre la détection dudit obstacle, à partir de l'abscisse xp - P2 avec un pas d'analyse Pi. Ladite analyse est terminée au voisinage de l'obstacle, quand le signal détecté est inférieur au niveau de bruit VB et l'abscisse supérieure à xp.
II est donc envisageable d'adopter un pas horizontal variable en fonction des obstacles rencontrés, ledit pas étant relativement grand, permettant des cadences élevées ; ainsi, ayant détecter un obstacle à analyser, le pas d'analyse sera réduit dans la zone de détection dudit obstacle ; le temps de traitement n'est pratiquement pas affecté par l'analyse à pas réduit en regard du gain de temps apporté par un pas initial élevé.
L'étape d'optimisation du temps de traitement, à partir des informations lues dans la trame d'analyse et au cours de la phase de mémorisation dans la mémoire de champ, comprend en troisième lieu le traitement des signaux détectés.
En effet, dans chaque ligne de champ de la mémoire de champ sont mémorisés des signaux réfléchis ou transmis par un obstacle, sous forme échantillonnée ; ainsi, l'amplitude des échantillons représente l'enveloppe desdits signaux détectés ; la fréquence d'échantillonnage est supérieure à la fréquence des signaux détectés de manière à détecter les extremums desdits signaux.
Dans l'exemple représenté sur la figure 6, la période d'échantillonnage du signal détecté est environ dix fois plus faible que la période dudit signal détecté. Le traitement du signal échantillonné consiste à détecter les extremums dudit signal échantillonné, à mémoriser les échantillons d'amplitude correspondante durant une demi période du signal détecté, et à mémoriser dans la ligne de champ de la mémoire de champ, non pas la totalité des échantillons dudit signal échantillonné, mais uniquement les échantillons d'amplitude correspondant aux extremums.
Dans l'exemple représenté sur la figure 7, le signal échantillonné est constitué des extremums du signal d'origine, représenté sur la figure 6 ; ainsi, le pas d'analyse du signal traité peut atteindre la demi période du signal d'origine, tout en conservant la précision requise sur l'amplitude des signaux détectés.
Le susmentionné traitement peut être effectué sous forme logicielle ou sous forme matérielle ; dans l'exemple représenté sur la figure 8, le traitement est effectué par des moyens matériels.
Un bloc horloge H délivre un signal d'horloge SH qui est appliqué d'une part à un bloc registre à décalage RD à deux étages, et d'autre part à un bloc mémoire principale M2 ; le signal d'origine S, échantillonné à la fréquence dudit signal horloge SH, est appliqué d'une part à l'entrée du bloc registre à décalage RD, et d'autre part à l'entrée d'une mémoire tampon Mi.
Le bloc registre à décalage RD délivre des signaux SN et SN+ι correspondant à deux échantillons successifs dudit signal S ; les susdits signaux SN et SN+ι sont appliqués aux deux entrées d'un comparateur C dont les deux sorties basculent de l'état 1 à l'état 0 suivant que l'échantillon N est plus grand ou plus petit que l'échantillon N+l ; le basculement 1 vers 0 correspond à un extremum du signal S. - o -
Ledit basculement commande un circuit de détection D qui commande la mémorisation du signal S dans ladite mémoire tampon Mj. La sortie de la mémoire Mi est ensuite appliquée à l'entrée de la mémoire principale M2.
Ainsi, la mémoire principale M2 contient les valeurs des extremums à chaque demi période du signal d'origine S.
L'ensemble des processus susmentionnés d'optimisation de la résolution spatiale, à partir des informations lues dans la mémoire de champ, et d'optimisation du temps de traitement des signaux détectés peuvent être appliqués séparément ou d'une manière combinée ; ils concourent ainsi à permettre d'accroître la vitesse de traitement des signaux détectés tout en conservant une très haute résolution spatiale, et de permettre une analyse tridimensionnelle des structures volumiques à cadence élevée.

Claims

Revendications
1. Procédé pour l'exploration et l'analyse d'une structure volumique par un traitement approprié de signaux représentatifs d'ondes, notamment d'ondes ultrasonores réfléchies ou transmises par cette structure volumique, ledit traitement consistant à reconstituer ou à analyser la structure volumique à partir des informations lues dans une mémoire de champ, dans laquelle sont calculés pour chaque point de structure, les positions de la mémoire de champ contenant les signaux détectés par les éléments de détection, correspondant aux ondes réfléchies ou transmises par ce point, lesquelles informations dans la mémoire de champ sont lues par une courbe de décodage, caractérisé en ce qu'il comprend la détection du signe des signaux détectés, la détection d'une zone utile de ladite courbe de décodage dans laquelle les signaux sont de même signe et le calcul de la position du point analysé à partir d'une intégration des amplitudes des signaux détectés dans ladite zone utile de ladite courbe de décodage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en œuvre : - la détection des signaux positifs et négatifs,
- la détection du centre de ladite courbe de décodage,
- la mémorisation du signe desdits signaux au centre de la courbe de décodage,
- la détection d'une zone utile de la courbe de décodage dans laquelle les signaux sont de même signe,
- la sommation desdits signaux de même signe dans la zone utile de la courbe de décodage,
- la division de ladite somme par le nombre de signaux analysés de même signe ou par une valeur constante prédéterminée correspondant à l'ouverture totale de la courbe de décodage, - la mémorisation du résultat obtenu pour le point analysé de la structure volumique.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, à partir des informations lues dans une trame d'analyse et au cours de la phase de mémorisation dans la mémoire de champ :
- l'utilisation d'un pas horizontal variable en fonction de la profondeur, et/ou
- la modification du pas horizontal au voisinage de l'obstacle détecté, et/ou
- le traitement des signaux détectés préalablement à la phase de mémorisation.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'utilisation d'un pas horizontal variable en fonction de la profondeur comprend la mesure de la résolution spatiale en fonction de la profondeur et la mémorisation de ladite résolution.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la modification du pas horizontal au voisinage de l'obstacle comprend une détection de tous les signaux dont l'amplitude est supérieure au bruit, une localisation desdits signaux détectés, et une détection plus fine dans la zone contenant chacun desdits signaux détectés.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement des signaux détectés préalablement à la phase de mémorisation comprend la détection des extremums desdits signaux échantillonnés, la mémorisation des échantillons d'amplitude correspondante durant une demi période desdits signaux détectés, et la mémorisation dans la ligne de champ de la mémoire de champ des échantillons d'amplitude correspondant aux extremums.
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