FR3105527A1 - PROCESS FOR MONITORING A STRUCTURE BY IMAGE PROCESSING - Google Patents

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Abstract

Procédé (P) de surveillance d’une structure par traitement d’images comprenant : (A) une phase d’apprentissage comprenant des étapes de : (A2) détermination pour des images d’apprentissage d’une surface de la structure d’un champ de déplacement d’apprentissage par une technique de corrélation d’images, (A3) construction d’une base de champs de déplacement modaux par une technique de réduction de modèle, (A4) détermination d’un seuil de résidu et d’une plage de valeurs attendues d’une amplitude modale, (S) une phase de surveillance comprenant des étapes de : (S1) acquisition d’une image courante de la portion, (S2) détermination d’un champ de déplacement courant, d’amplitudes modales courantes et d’un résidu courant, et (S3) génération d’une alerte lorsqu’une des amplitudes modales courantes prend une valeur à l’extérieur de la plage de valeurs attendues de l’amplitude modale ou lorsqu’une norme du résidu courant dépasse le seuil de résidu. Figure pour l’abrégé : Fig. 3Method (P) for monitoring a structure by image processing comprising: (A) a learning phase comprising steps of: (A2) determination for learning images of a surface of the structure of a learning displacement field by an image correlation technique, (A3) construction of a base of modal displacement fields by a model reduction technique, (A4) determination of a residual threshold and a range of expected values of a modal amplitude, (S) a monitoring phase comprising steps of: (S1) acquisition of a current image of the portion, (S2) determination of a current displacement field, of amplitudes current modal amplitudes and a current residual, and (S3) generating an alert when one of the current modal amplitudes takes a value outside the range of expected values of the modal amplitude or when a norm of the residual current exceeds the residual threshold. Figure for abstract: Fig. 3

Description

PROCEDE DE surveillance d’UNe structure par traitement d’imageSMETHOD FOR MONITORING A STRUCTURE BY IMAGE PROCESSING

DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION

La présente invention concerne le domaine général de la surveillance d’une structure, et en particulier de la détection de l’apparition d’un défaut dans une structure. La structure peut par exemple, se situer au sein de ou comprendre un mât d’éolienne, un aérogénérateur de centrales nucléaires dans des structures de faible épaisseur ou encore des structures élancées soumises à des sollicitations répétées et/ou aléatoires dans le tempsThe present invention relates to the general field of monitoring a structure, and in particular the detection of the appearance of a fault in a structure. The structure can, for example, be located within or include a wind turbine mast, a nuclear power plant aerogenerator in thin structures or even slender structures subjected to repeated and/or random stresses over time.

La présente invention concerne également le domaine général du contrôle non destructif et du suivi de la santé des structures, notamment appliqués à l’industrie éolienne sur terre et en mer.The present invention also relates to the general field of non-destructive testing and monitoring of the health of structures, in particular applied to the wind industry on land and at sea.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Suite à leur déploiement lors des années passées, les parcs d’éoliennes commencent pour certains d'entre eux à subir l'outrage des ans. Le marché est également, avec le temps, devenu compétitif. La pression devient donc forte pour réduire les frais d'exploitation. Un levier pour diminuer les coûts d’exploitation des éoliennes réside dans l’optimisation de la maintenance des turbines.Following their deployment in past years, some of the wind farms are beginning to suffer the ravages of time. The market has also, over time, become competitive. The pressure is therefore growing to reduce operating costs. One lever for reducing wind turbine operating costs lies in optimizing turbine maintenance.

La durée de vie d’une éolienne est influencée par des paramètres incertains liés à l’environnement comme le vent ou les tempêtes, ou des paramètres incertains liés aux matériaux comme un défaut de soudure ou la défaillance d’un boulon. Ceci rend très difficile la prévision certaine de la durée de vie d’un mât. Il est donc essentiel de revisiter les outils de prévision à partir de données de sites relatives à l’endommagement du mât d’éolienne et des structures les supportant.The lifetime of a wind turbine is influenced by uncertain parameters related to the environment such as wind or storms, or uncertain parameters related to materials such as a weld defect or the failure of a bolt. This makes it very difficult to predict with certainty the service life of a mast. It is therefore essential to revisit the forecasting tools based on site data relating to the damage to the wind turbine mast and the structures supporting them.

Classiquement, pour le contrôle de l’état de santé des structures, deux techniques sont envisageables :Classically, for checking the state of health of structures, two techniques are possible:

- le contrôle non destructif, ou en anglais Non Destructive Testing (NDT), qui consiste à aller contrôler à intervalles de temps réguliers la structure dans sa globalité pour détecter l’apparition de défauts.- non-destructive testing, or in English Non Destructive Testing (NDT), which consists of checking the structure as a whole at regular intervals to detect the appearance of defects.

- le contrôle de santé des structures, ou en anglais Structural Health Monitoring (SHM), consiste à relever en permanence des données afin de détecter tout changement dans le comportement de la structure symptôme d’un endommagement. Les techniques SHM sont, de fait, une sous-partie des techniques NDT.- structural health monitoring, or in English Structural Health Monitoring (SHM), consists of continuously recording data in order to detect any change in the behavior of the structure, a symptom of damage. SHM techniques are, in fact, a subset of NDT techniques.

Les techniques NDT comprennent notamment le contrôle visuel, le contrôle par ultrasons et le contrôle par courants de Foucault (pour les structures métalliques). Cependant ces techniques présentent le désavantage que leur utilisation peut impliquer:NDT techniques include visual inspection, ultrasonic inspection and eddy current inspection (for metal structures). However, these techniques have the disadvantage that their use may involve:

- une immobilisation ou un arrêt de fonctionnement des dispositifs supportés par la structure pendant une longue durée,- immobilization or stoppage of operation of the devices supported by the structure for a long period,

- un coût prohibitif si l’on souhaite contrôler de manière exhaustive une partie importante de la structure,- a prohibitive cost if you want to comprehensively control a large part of the structure,

- une complexité de mise en œuvre, possiblement une préparation des surfaces, et surtout- a complexity of implementation, possibly a preparation of the surfaces, and especially

- le travail à plein temps de techniciens spécialisés.- the full-time work of specialized technicians.

Ainsi, les techniques NDT seront plutôt réservées aux situations où l’on suspecte un dommage, localisé en espace et en temps, pour réaliser un diagnostic plus fin et permettre de disqualifier l’alerte, ou bien d’y porter remède. Ceci appelle alors la mise en place d’un contrôle continu et automatisé des structures, SHM si possible avec des technologies de bas coûts, permettant la centralisation du contrôle.Thus, NDT techniques will rather be reserved for situations where damage is suspected, localized in space and time, to carry out a more detailed diagnosis and allow the alert to be disqualified, or to remedy it. This then calls for the implementation of a continuous and automated control of the structures, SHM if possible with low-cost technologies, allowing the centralization of the control.

Les techniques SHM comprennent par exemple la détection d’endommagement par suivi fréquentiel, dont un exemple pour les tours d’éoliennes a été publié dans “Monitoring resonant frequencies and damping values of an offshore wind turbine in parked conditions” Devriendt, C., Weijtjens, W., El-Kafafy, M., & De Sitter, G. (2014) IET Renewable Power Generation, 8(4), 433-441. Une variation de fréquence propre mesurée de la structure est le signe de l’apparition d’un défaut, mais d’une part il est nécessaire de réaliser des mesures à très faibles niveaux de bruit (délicates à obtenir dans un contexte de sollicitations aléatoires) et d’autre part les variations des propriétés de raideur ou d’inertie de la structure dues à l’environnement, comme la variation de modules élastiques avec la température ou le givre par exemple, peuvent fausser les variations de fréquences propres mesurées.SHM techniques include for example damage detection by frequency tracking, an example of which for wind turbine towers has been published in “ Monitoring resonant frequencies and damping values of an offshore wind turbine in parked conditions ” Devriendt, C., Weijtjens , W., El-Kafafy, M., & De Sitter, G. (2014) IET Renewable Power Generation, 8(4), 433-441. A measured natural frequency variation of the structure is the sign of the appearance of a defect, but on the one hand it is necessary to carry out measurements at very low noise levels (delicate to obtain in a context of random stresses) and on the other hand the variations in the properties of stiffness or inertia of the structure due to the environment, such as the variation of elastic moduli with temperature or frost for example, can falsify the variations of natural frequencies measured.

Il a également été suggéré dans la publication “Vibration analysis of 2.3 MW wind turbine operation using the discrete wavelet transform”. Bassett, K., Carriveau, R., & Ting, D. S. (2010).Wind Engineering,34(4), 375-388 de placer des jauges de déformations à intervalles d’espace réguliers autour des points chauds de la structure (zones de plus fortes déformations) afin de détecter des gradients localisés de déformations qui résulteraient de la présence de fissures. Cette technique a pour désavantage, d’une part qu’il faut une densité très importante de capteurs afin de détecter toute apparition de fissure, d’autre part que les jauges de déformations subissent des dérives de mesures au cours du temps et peuvent ne pas être localisées sur des endroits sensibles, rendant ainsi la mesure inopérante.It was also suggested in the publication “ Vibration analysis of 2.3 MW wind turbine operation using the discrete wavelet transform ”. Bassett, K., Carriveau, R., & Ting, DS (2010). Wind Engineering , 34 (4), 375-388 to place strain gauges at regular space intervals around the hot spots of the structure (areas of greatest strain) in order to detect localized gradients of strains which would result from the presence of cracks. This technique has the disadvantage, on the one hand that a very high density of sensors is required in order to detect any appearance of crack, on the other hand that the strain gauges undergo measurement drifts over time and may not be located in sensitive areas, thus rendering the measurement ineffective.

Il existe donc un besoin d’une technique de surveillance de l’état de santé de structures telles que des mâts d’éolienne, robuste dans le temps, ne nécessitant pas des appareils de mesure couteux, en quantité importante et à faible niveau de bruit. Plus encore, le désavantage commun de toutes ces techniques connues de l’art antérieur est d’extrapoler un état de santé d’une structure dans sa globalité à partir d’informations locales. Il existe un besoin d’une technique de surveillance de l’état de santé des mâts d’éolienne dont la mise en œuvre permet une détermination plus directe de la nature des endommagements mécaniques à partir des résultats obtenus.There is therefore a need for a technique for monitoring the state of health of structures such as wind turbine masts, robust over time, not requiring expensive measuring devices, in large quantities and with low noise level. . Moreover, the common disadvantage of all these techniques known from the prior art is to extrapolate a state of health of a structure as a whole from local information. There is a need for a technique for monitoring the state of health of wind turbine towers, the implementation of which allows a more direct determination of the nature of the mechanical damage from the results obtained.

Un but de l’invention est de proposer une technique de surveillance de l’état de santé de structures telles que des mâts d’éolienne, robuste dans le temps, ne nécessitant pas d’appareils de mesure couteux, en quantité importante et à faible niveau de bruit.An object of the invention is to propose a technique for monitoring the state of health of structures such as wind turbine masts, robust over time, not requiring expensive measuring devices, in large quantities and at low noise level.

Un autre but de l’invention est de proposer une technique de surveillance de l’état de santé des mâts d’éolienne dont la mise en œuvre permet une détermination plus directe de la nature des endommagements mécaniques à partir des résultats obtenus.Another object of the invention is to propose a technique for monitoring the state of health of wind turbine masts, the implementation of which allows a more direct determination of the nature of the mechanical damage from the results obtained.

Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de surveillance d’une structure par traitement d’images numériques, comprenant:
(A) une phase d’apprentissage comprenant des étapes de:
(A2) à partir d’une pluralité d’images d’apprentissage d’une portion d’une surface de la structure, détermination pour chaque image d’un champ de déplacement d’apprentissage par une technique de corrélation d’images, le champ étant une estimation d’un déplacement de la matière au sein de la structure en chaque point de la portion à un instant d’acquisition de l’image,
(A3) à partir des champs, construction d’une base de champs de déplacement modaux caractéristiques de la pluralité d’images par une technique de réduction de modèle,
(A4) détermination d’un seuil de résidu caractérisant une erreur maximale admissible de l’estimation du déplacement et, pour chaque champ de déplacement modal, d’une plage de valeurs attendues d’une amplitude modale associée caractérisant une projection des champs de déplacement d’apprentissage sur le champ de déplacement modal,
(S) une phase de surveillance comprenant des étapes de:
(S1) acquisition d’une image courante de la portion,
(S2) à partir de l’image courante, détermination d’un champ de déplacement courant, d’amplitudes modales courantes caractérisant une projection du champ de déplacement courant sur la base de champs de déplacement modaux et d’un résidu courant, le champ de déplacement courant étant une estimation d’un déplacement de la matière au sein de la structure en chaque point de la portion à un instant d’acquisition de l’image courante, le résidu courant caractérisant une erreur de l’estimation du déplacement, et
(S3) génération d’une alerte lorsqu’une des amplitudes modales courantes associée à un des champs de déplacement modaux prend une valeur à l’extérieur de la plage de valeurs attendues de l’amplitude modale associée au champ de déplacement modal ou lorsqu’une norme du résidu courant dépasse le seuil de résidu.
The object is achieved in the context of the present invention thanks to a method for monitoring a structure by processing digital images, comprising:
(A) a learning phase comprising steps of:
(A2) from a plurality of training images of a portion of a surface of the structure, determination for each image of a training displacement field by an image correlation technique, the field being an estimate of a displacement of the material within the structure at each point of the portion at an instant of acquisition of the image,
(A3) from the fields, construction of a base of modal displacement fields characteristic of the plurality of images by a model reduction technique,
(A4) determination of a residual threshold characterizing a maximum admissible error of the displacement estimate and, for each modal displacement field, of a range of expected values of an associated modal amplitude characterizing a projection of the displacement fields learning on the modal displacement field,
(S) a monitoring phase comprising steps of:
(S1) acquisition of a current image of the portion,
(S2) from the current image, determination of a current displacement field, of current modal amplitudes characterizing a projection of the current displacement field on the basis of modal displacement fields and of a current residual, the field of current displacement being an estimate of a displacement of the material within the structure at each point of the portion at an instant of acquisition of the current image, the current residual characterizing an error in the estimate of the displacement, and
(S3) generation of an alert when one of the current modal amplitudes associated with one of the modal displacement fields takes a value outside the range of expected values of the modal amplitude associated with the modal displacement field or when a norm of the current residual exceeds the residual threshold.

L’évaluation de l’état de santé étant effectué par acquisition et traitement d’images, le matériel nécessaire à la mise en œuvre du procédé est composé d’appareils photographiques numériques et de calculateurs que l’on peut choisir de qualité moyenne ou basse, c’est-à-dire à moindre coût et sans nécessiter un faible niveau de bruit, tout en ayant une qualité satisfaisante du procédé. Par ailleurs, le procédé est robuste dans le temps grâce au suivi d’une projection du déplacement courant sur une base modale d’apprentissage, caractéristique d’un état de santé normal de la structure.The evaluation of the state of health being carried out by image acquisition and processing, the equipment necessary for the implementation of the process is composed of digital cameras and computers that can be chosen from medium or low quality. , that is to say at lower cost and without requiring a low level of noise, while having a satisfactory quality of the process. In addition, the process is robust over time thanks to the monitoring of a projection of the current displacement on a modal learning basis, characteristic of a normal state of health of the structure.

Un tel procédé de surveillance est avantageusement complété par les différentes caractéristiques ou étapes suivantes prises seules ou en combinaison:Such a monitoring method is advantageously completed by the following different characteristics or steps taken alone or in combination:

- l’étape (S2) comprend une première sous-étape (S2A) de détermination du champ de déplacement courant par une technique de corrélation d’images globale et une deuxième sous-étape (S2B) de projection du champ de déplacement courant sur la base de champs de déplacement modaux;- step (S2) comprises a first sub-step (S2A) of determining the current displacement field by a global image correlation technique and a second sub-step (S2B) of projecting the current displacement field onto the base of modal displacement fields;

- l’étape (S2) comprend la détermination du champ de déplacement courant par une technique de corrélation d’images intégrée, correspondant à une technique de corrélation d’images globale utilisant la base de champs de déplacement modaux;- step (S2) comprises the determination of the current displacement field by an integrated image correlation technique, corresponding to a global image correlation technique using the basis of modal displacement fields;

-l’étape (S2) comprend :- step (S2) includes:

une sous-étape (S21) de filtrage de l’image de référence et de l’image courante pour obtenir une image de référence filtrée et une image courante filtrée, par application d’un filtre spatial inhomogène de type passe bas, le filtre utilisant une pluralité de longueurs caractéristiques de filtrage pour une pluralité de pixels formant l’image, la longueur caractéristique pour un pixel dépendant d’un déplacement maximal observé associé au pixel dans les champs de déplacement d’apprentissage,a substep (S21) of filtering the reference image and the current image to obtain a filtered reference image and a filtered current image, by applying an inhomogeneous spatial filter of the low pass type, the filter using a plurality of filter characteristic lengths for a plurality of pixels forming the image, the characteristic length for a pixel depending on a maximum observed displacement associated with the pixel in the training displacement fields,

une sous-étape (S23) de détermination, pour chaque champ de déplacement modal, d’une amplitude modale courante du champ de déplacement courant, à partir d’un produit scalaire entre un champ extracteur associé au champ de déplacement modal et une différence entre l’image courante filtrée et l’image de référence filtrée, le champ extracteur étant une image associée au champ de déplacement modal construit à partir de l’ensemble des champs de déplacement modaux et de l’image de référence filtrée, eta sub-step (S23) of determining, for each modal displacement field, a current modal amplitude of the current displacement field, from a scalar product between an extractor field associated with the modal displacement field and a difference between the filtered current image and the filtered reference image, the extractor field being an image associated with the modal displacement field constructed from the set of modal displacement fields and the filtered reference image, and

une sous-étape (S24) de détermination du résidu courant à partir de l’image courante filtrée, de l’image de référence filtrée, des amplitudes modales courantes et des champs de déplacement modaux;a substep (S24) of determining the current residual from the filtered current image, the filtered reference image, the current modal amplitudes and the modal displacement fields;

- la structure comprend un mât d’éolienne;- the structure includes a wind turbine mast;

- la surface se situe à l’intérieur du mât;- the surface is inside the mast;

- la zone intérieure du mât s’étend de part et d’autre d’une soudure entre deux viroles du mât;- the inner zone of the mast extends on either side of a weld between two collars of the mast;

- on met en œuvre la phase d’apprentissage sur différentes portions de la surface puis on met en œuvre la phase de surveillance sur ces portions;- the learning phase is implemented on different portions of the surface and then the monitoring phase is implemented on these portions;

L’invention porte également sur un dispositif de surveillance d’une structure par traitement d’images numériques, comprenant un appareil d’acquisition d’images et une unité de traitement d’images reliée à l’appareil et adaptée pour conserver en mémoire des images et mettre en œuvre un procédé de surveillance tel qu’on a pu le présenter plus haut.The invention also relates to a device for monitoring a structure by processing digital images, comprising an image acquisition device and an image processing unit connected to the device and adapted to store in memory images and implement a monitoring process as presented above.

L’invention porte également sur une éolienne comprenant un dispositif de surveillance comme mentionné plus haut, ou une pluralité de dispositifs de surveillance de ce type pour mettre en œuvre le procédé de surveillance où on met en œuvre la phase d’apprentissage sur différentes portions de la surface puis on met en œuvre la phase de surveillance sur ces portions comme mentionné plus haut.The invention also relates to a wind turbine comprising a monitoring device as mentioned above, or a plurality of monitoring devices of this type for implementing the monitoring method where the learning phase is implemented on different portions of the surface and then the monitoring phase is implemented on these portions as mentioned above.

L’invention porte en outre sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre d’au moins une des étapes du procédé tel qu’on a pu le présenter plus haut lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.The invention further relates to a computer program comprising instructions adapted to the implementation of at least one of the steps of the method as it was presented above when said program is executed on a computer.

L’invention porte enfin sur une base de données comprenant la pluralité d’images d’apprentissage, l’image de référence, les champs de déplacement d’apprentissage, la base de champs de déplacement modaux, le seuil de résidu, les plages de valeurs attendues des amplitudes modales, les images courantes, les amplitudes modales courantes et les résidus courants déterminés lors de la mise en œuvre d’un procédé de surveillance tel qu’on a pu le présenter plus haut.The invention finally relates to a database comprising the plurality of training images, the reference image, the training displacement fields, the base of modal displacement fields, the residual threshold, the ranges of expected values of the modal amplitudes, the current images, the current modal amplitudes and the current residuals determined during the implementation of a monitoring method such as could be presented above.

Une telle base de données est avantageusement complétée par l’image de référence filtrée, les images courantes filtrées, le filtre spatial inhomogène de type passe-bas et les champs extracteurs déterminés lors de la mise en œuvre d’un procédé de surveillance comprenant une sous-étape (S21) de filtrage tel qu’on a pu le présenter plus haut.Such a database is advantageously supplemented by the filtered reference image, the filtered current images, the inhomogeneous spatial filter of the low-pass type and the extractor fields determined during the implementation of a monitoring method comprising a sub -step (S21) of filtering as it was presented above.

DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and must be read in conjunction with the appended drawings in which:

la figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif de surveillance d’une structure par traitement d’images selon l’invention. FIG. 1 is a schematic representation of a device for monitoring a structure by image processing according to the invention.

La figure 2 est un exemple d’image acquise au cours d’un procédé de surveillance d’une structure selon l’invention. FIG. 2 is an example of an image acquired during a method for monitoring a structure according to the invention.

La figure 3 est une représentation schématique d’un procédé de surveillance d’une structure selon l’invention. FIG. 3 is a schematic representation of a method for monitoring a structure according to the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Dispositif de mesureMeasuring device

La figure 1 représente un dispositif de surveillance 1 d’une structure 9par traitement d’images conforme à un mode de réalisation de l’invention.FIG. 1 represents a device 1 for monitoring a structure 9 by image processing in accordance with one embodiment of the invention.

Le dispositif de surveillance 1 comprend un appareil d’acquisition d’images numériques 3, un dispositif d’éclairage 5, une architecture de maintien 7 adaptée pour accueillir et fixer l’appareil d’acquisition d’images numériques 3 et le dispositif d’éclairage 5 sur la structure 9 à surveiller. L’appareil d’acquisition d’images numériques 3 peut notamment être un appareil photographique numérique ou une caméra numérique. Il est à noter que les appareils d’acquisition d’images numériques utilisées peuvent être de qualité moyenne ou basse. L’appareil d’acquisition d’images numériques 3 est associé à une horloge pour horodater les clichés pris.The surveillance device 1 comprises a digital image acquisition device 3, a lighting device 5, a holding architecture 7 suitable for receiving and fixing the digital image acquisition device 3 and the lighting 5 on the structure 9 to be monitored. The digital image acquisition device 3 can in particular be a digital still camera or a digital camera. It should be noted that the digital image acquisition devices used can be of average or low quality. The digital image acquisition device 3 is associated with a clock to timestamp the images taken.

Le dispositif de surveillance 1 comprend également une unité de traitement d’images 8 reliée à l’appareil d’acquisition d’images numériques 3. L’unité de traitement comprend une mémoire pour enregistrer des données et des moyens de calcul type processeur pour traiter des images.The monitoring device 1 also comprises an image processing unit 8 connected to the digital image acquisition device 3. The processing unit comprises a memory for recording data and processor-type calculation means for processing images.

Le dispositif d’éclairage 5 est placé et orienté de façon à éclairer une surface 15 de la structure 9.The lighting device 5 is placed and oriented so as to illuminate a surface 15 of the structure 9.

L’appareil d’acquisition d’images numériques 3 est placé et orienté de sorte à prendre des clichés d’une portion de surface 11 de la structure 9, la portion de surface 11 étant comprise dans la surface 15. La surface visée sera choisie comme centrée sur des zones sensibles définies selon le domaine d’application.The digital image acquisition device 3 is placed and oriented so as to take snapshots of a surface portion 11 of the structure 9, the surface portion 11 being included in the surface 15. The target surface will be chosen as centered on sensitive areas defined according to the field of application.

Dans le cas où la structure 9 est une éolienne ou un mât d’éolienne, la portion de surface 11 peut être une zone intérieure du mât d’éolienne. Dans ce cas, la portion de surface 11 de la structure 9 peut être choisie comme une surface intérieure s’étendant de part et d’autre d’une soudure. En effet, un mât d’éolienne est traditionnellement formé de plusieurs sections fixées les unes aux autres par des boulons. Chaque section est elle-même formée de plusieurs viroles qui sont soudées entre elles. Une zone intéressante à surveiller pour suivre l’état de santé du mât d’éolienne s’étend de part et d’autre d’une soudure entre deux viroles, et plus particulièrement une zone située entre le matériau de soudure et le matériau de la virole, en général de l’acier. La portion de surface 11 peut en particulier comprendre une zone s’étendant à partir d’une soudure 17 entre deux viroles.In the case where the structure 9 is a wind turbine or a wind turbine mast, the surface portion 11 can be an interior zone of the wind turbine mast. In this case, the surface portion 11 of the structure 9 can be chosen as an inner surface extending on either side of a weld. Indeed, a wind turbine mast is traditionally made up of several sections fixed to each other by bolts. Each section is itself formed of several ferrules which are welded together. An area of interest to be monitored in order to follow the state of health of the wind turbine mast extends on either side of a weld between two shells, and more particularly a zone located between the weld material and the material of the ferrule, usually steel. The surface portion 11 may in particular comprise a zone extending from a weld 17 between two ferrules.

En fonctionnement, le dispositif d’éclairage 5 illumine la surface 15, et l’appareil d’acquisition d’images acquiert des images de la portion de surface 11.In operation, the lighting device 5 illuminates the surface 15, and the image acquisition device acquires images of the surface portion 11.

Cette image acquise est transmise et enregistrée dans l’unité de traitement d’images 8.This acquired image is transmitted and recorded in the image processing unit 8.

L’unité de traitement d’images 8 est programmée pour mettre en œuvre un procédé de surveillance de la structure par traitement des images acquises.The image processing unit 8 is programmed to implement a process for monitoring the structure by processing the acquired images.

La portion de surface 11 de la structure 9 peut être recouverte d’un revêtement présentant par exemple un mouchetis formé de taches noires 13 sur un fond blanc, tel qu’habituellement pratiqué lors de la mise œuvre de la Corrélation d’Images Numériques (cf. par exemple M.A. Sutton et coll., «Image correlation for shape, motion and deformation measurements : basic concepts, theory and applications», Springer, 2009).The surface portion 11 of the structure 9 can be covered with a coating having for example a mottled pattern formed of black spots 13 on a white background, as usually practiced during the implementation of the Correlation of Digital Images (cf e.g. M.A. Sutton et al., “Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications”, Springer, 2009).

La résolution de l’appareil d’acquisition 3 peut être adaptée au contraste de la portion de surface 11.The resolution of the acquisition device 3 can be adapted to the contrast of the surface portion 11.

La figure 2 présente un cliché d’une portion de surface intérieure d’un mât d’éolienne 29. Le cliché montre une soudure 17 entre deux viroles. Un revêtement présentant un mouchetis formé de taches noires 23 sur un fond blanc a été apposé sur la surface interne du mât 29.Figure 2 shows a snapshot of a portion of the inner surface of a wind turbine mast 29. The snapshot shows a weld 17 between two ferrules. A coating presenting a speckle formed of black spots 23 on a white background has been affixed to the internal surface of the mast 29.

Dans un autre mode de réalisation, il est possible d’utiliser une pluralité de dispositifs de surveillance peuvent être installés pour imager différentes portions de surface de la structure 9.In another embodiment, it is possible to use a plurality of monitoring devices can be installed to image different surface portions of the structure 9.

Le nombre de dispositifs de surveillance à utiliser dépend du nombre de zones que l’on souhaite surveiller dans le temps. En se limitant à prendre des images des zones les plus sensibles de la structure, il est possible de surveiller l’ensemble de la structure avec un nombre réduit d’appareils d’acquisition d’images numériques, ou de limiter la surveillance à des zones particulières, comme par exemple, si la structure surveillée est un mât d’éolienne, les soudures entre deux viroles.The number of monitoring devices to be used depends on the number of areas you want to monitor over time. By limiting yourself to taking images of the most sensitive areas of the structure, it is possible to monitor the entire structure with a reduced number of digital image acquisition devices, or to limit monitoring to areas specific, such as, for example, if the monitored structure is a wind turbine mast, the welds between two ferrules.

Chaque appareil d’acquisition d’images du dispositif peut être associé à un dispositif d’éclairage et maintenu sur une architecture de maintien adaptée pour s’étendre à l’intérieur ou au moins à proximité de la structure surveillée. Une architecture de maintien est placée et configurée pour accueillir et fixer au moins un jeu d’appareils d’acquisition d’images et un jeu de dispositifs d’éclairage.Each image acquisition device of the device can be associated with a lighting device and maintained on a support architecture adapted to extend inside or at least close to the monitored structure. A support architecture is placed and configured to accommodate and secure at least one set of image acquisition devices and one set of lighting devices.

La structure à surveiller peut être une éolienne, un ou plusieurs dispositif de surveillance étant installé à l’intérieur de l’éolienne, par exemple dans le mât d’éolienne. Dans le cas d’une pluralité de dispositifs de surveillance, les différentes portions d’observation sont imagées. Elles peuvent en particulier correspondre à la zone entournant une soudure entre deux viroles du mât d’éolienne.The structure to be monitored can be a wind turbine, one or more monitoring devices being installed inside the wind turbine, for example in the wind turbine mast. In the case of a plurality of monitoring devices, the different observation portions are imaged. They may in particular correspond to the zone surrounding a weld between two ferrules of the wind turbine mast.

La figure 3 illustre les étapes du procédé de surveillance mis en œuvre par l’unité de traitement 8 à partir d’images acquises de la structure surveillée.FIG. 3 illustrates the steps of the monitoring method implemented by the processing unit 8 from images acquired from the monitored structure.

Le procédé comprend une première phase (ou phase d’apprentissage) permettant de déterminer une base modale caractérisant les déplacements attendus au sein de la portion de surface de la structure surveillée et une deuxième phase (ou phase de surveillance) permettant d’évaluer si des déplacements mesurés au sein de la portion de surface de la structure surveillée correspondent à des déplacements attendus.The method comprises a first phase (or learning phase) making it possible to determine a modal base characterizing the expected displacements within the surface portion of the monitored structure and a second phase (or monitoring phase) making it possible to evaluate whether displacements measured within the surface portion of the monitored structure correspond to expected displacements.

Le procédé tire profit du fait qu’au cours du temps, la structure surveillée évolue de sorte que deux images successivement acquises avec le dispositif de mesure utilisant le même appareil d’acquisition d’images numériques placé dans les mêmes conditions sont différentes.The method takes advantage of the fact that over time, the monitored structure evolves so that two images successively acquired with the measuring device using the same digital image acquisition device placed under the same conditions are different.

L’évolution de l’état de santé de la structure surveillée peut être évaluée en suivant l’évolution au cours du temps des images et plus particulièrement des déplacements de matière sur la surface surveillée. La surveillance consiste à vérifier si les déplacements observés sont acceptables ou non.The evolution of the state of health of the monitored structure can be evaluated by following the evolution over time of the images and more particularly of the displacements of material on the monitored surface. Monitoring consists of verifying whether the movements observed are acceptable or not.

Phase d’apprentissage (A)Learning phase (A)

La phase d’apprentissage (A) comprend les étapes suivantes:The learning phase (A) includes the following steps:

Selon une étape A1, l’appareil d’acquisition d’images numériques 3 acquiert une image de référence et une pluralité d’images d’apprentissage. L’image de référence et la pluralité d’images d’apprentissage sont acquises au cours d’une période pour laquelle l’état de santé de la structure surveillée est jugé «normal» ou «satisfaisant».According to a step A1, the digital image acquisition device 3 acquires a reference image and a plurality of training images. The reference image and the plurality of training images are acquired during a period for which the state of health of the monitored structure is deemed “normal” or “satisfactory”.

L’image de référence et les images d’apprentissage acquises sont enregistrées dans la mémoire de l’unité de traitement. De plus, pour l’image de référence et pour chaque image d’apprentissage acquise, un instant d’acquisition associé est également enregistré dans la mémoire. L’instant d’acquisition de l’image d’apprentissage n’est pas exploité durant l’étape A2 de la phase d’apprentissage, aussi cette dimension temporelle n’apparaît pas dans la description de cette phase. Cependant, la dimension temporelle est importante dans l’étape A3 de la phase d’apprentissage de sorte qu’elle y réapparaît.The reference image and the learning images acquired are stored in the memory of the processing unit. In addition, for the reference image and for each acquired learning image, an associated acquisition instant is also recorded in the memory. The instant of acquisition of the learning image is not exploited during step A2 of the learning phase, so this temporal dimension does not appear in the description of this phase. However, the time dimension is important in step A3 of the learning phase so that it reappears there.

Selon une étape A2, l’unité de traitement d’images 8 détermine pour chaque image d’apprentissage, un champ de déplacement d’apprentissage par une technique de corrélation d’images numériques. Les champs de déplacement d’apprentissage constituent un échantillonnage statistique des déplacements de la matière sur la structure surveillée observés au cours de la phase d’acquisition des images d’apprentissage.According to a step A2, the image processing unit 8 determines for each learning image, a learning displacement field by a digital image correlation technique. The learning displacement fields constitute a statistical sampling of the displacements of the material on the monitored structure observed during the learning image acquisition phase.

Présentation succincte de la corrélation d’images numériques (CIN).Brief presentation of Digital Image Correlation (CIN).

Le champ de déplacement peut être mesuré de la manière suivante.The displacement field can be measured in the following way.

La positionxcorrespond à un vecteur de dimension deux permettant de situer le pixel au sein de l’image numérique. Dans l’ensemble du texte, les termes en gras désignent des grandeurs qui sont des vecteurs à deux dimensions. L’image de référence est représentée par une fonction f(x), qui au pixel de positionxassocie le niveau de gris associé f(x). Chaque image d’apprentissage est représentée par une fonction g(x), qui au pixel de positionxassocie le niveau de gris associé g(x).Position x corresponds to a two-dimensional vector making it possible to locate the pixel within the digital image. Throughout the text, the terms in bold designate quantities which are two-dimensional vectors. The reference image is represented by a function f( x ), which associates the associated gray level f( x ) with the position pixel x . Each learning image is represented by a function g( x ), which associates the associated gray level g( x ) with the position pixel x .

Pour étudier les déplacements, les images d’apprentissage sont comparées à l’image de référence par CIN.To study the displacements, the training images are compared to the reference image by CIN.

Le champ de déplacement entre l’image d’apprentissage, g(x), et l’image de référence, f(x), peut être représenté par un champ à deux dimensionsu(x);u(x) est le vecteur de déplacement dans le plan des images qui permet de passer de la positionxdans l’image de référence à laquelle est situé un élément de la surface photographiée, à la positionx+u(x) dans l’image d’apprentissage à laquelle est situé le même élément matériel de la surface, soit idéalement f(x) = g(x+u(x)).The displacement field between the training image, g( x ), and the reference image, f( x ), can be represented by a two-dimensional field u ( x ); u ( x ) is the displacement vector in the plane of the images which makes it possible to pass from position x in the reference image at which an element of the photographed surface is located, to position x+u ( x ) in l training image at which the same material element of the surface is located, ideally f( x ) = g( x + u ( x )).

En réalité cette égalité n’est jamais satisfaite. Du bruit vient nécessairement entacher les images, ne serait-ce que le bruit de l’appareil d’acquisition d’images numériques et plus particulièrement le bruit intrinsèque aux capteurs d’intensité de lumière de l’appareil d’acquisition d’images numériques. Le bruit intrinsèque peut être caractérisé par une valeur numérique ou niveau de bruit.In reality, this equality is never satisfied. Noise necessarily taints the images, if only the noise of the digital image acquisition device and more particularly the noise intrinsic to the light intensity sensors of the digital image acquisition device . Intrinsic noise can be characterized by a numerical value or noise level.

Il est utile de considérer un résidu η(x) qui traduit la non conservation des niveaux de gris sous la forme η(x) = g(x+u(x)) - f(x) en chaque pixel, et une norme |η|, par exemple la norme euclidienne qui est la racine carrée de la somme des carrés de η(x) sur tous les pixelsx. D’autres normes peuvent être utilisées. Idéalement le résidu η(x) se confond avec le bruit présent dans l’image de référence et l’image d’apprentissage. Lorsque la norme du résidu |η| prend une valeur qui est notablement supérieure au niveau de bruit estimé au-préalable, alors ce résidu signale une erreur commise dans l’estimation des déplacements ou bien une violation de l’hypothèse de conservation des niveaux de gris ce qui peut arriver lorsque la luminosité varie.It is useful to consider a residual η( x ) which expresses the non-conservation of gray levels in the form η( x ) = g( x + u ( x )) - f( x ) in each pixel, and a norm | η|, for example the Euclidean norm which is the square root of the sum of the squares of η( x ) over all pixels x . Other standards may be used. Ideally the residue η( x ) merges with the noise present in the reference image and the learning image. When the norm of the residue |η| takes a value which is significantly higher than the noise level estimated beforehand, then this residual signals an error made in the estimation of the displacements or a violation of the hypothesis of conservation of the levels of gray which can happen when the luminosity varied.

Le champ de déplacement d’apprentissageu(x) est obtenu par la minimisation de la somme des différences quadratiques en termes de niveaux de gris entre l’image de référence et l’image d’apprentissage corrigée du champ de déplacement d’apprentissage.The training displacement field u ( x ) is obtained by minimizing the sum of the squared differences in terms of gray levels between the reference image and the training image corrected for the training displacement field.

Il est possible également d’utiliser une technique de CIN dite «globale», également désignée ici comme une technique de corrélations d’images globale. Ce type de technique est connue de la personne du métier. La caractéristique «globale» désigne l’utilisation dans la technique de CIN d’une base de champs de déplacement dont chacun est défini sur l’ensemble du domaine d’étude. Le domaine d’étude désigner ici la portion de la surface de la structure considérée lors de l’utilisation du procédé de CIN. Une telle technique met en œuvre une décomposition du champ de déplacement d’apprentissageu(x) sur une base de champs de déplacement ou fonctions de formen i (x) selonIt is also possible to use a so-called “global” CIN technique, also referred to here as a global image correlation technique. This type of technique is known to those skilled in the art. The “global” characteristic designates the use in the CIN technique of a base of displacement fields, each of which is defined over the whole of the field of study. The field of study designates here the portion of the surface of the structure considered during the use of the CIN process. Such a technique implements a decomposition of the training displacement field u ( x ) on the basis of displacement fields or shape functions n i ( x ) according to

Les coefficientsa i sont des inconnus à déterminer pour obtenir le champ de déplacement d’apprentissageu(x).The coefficients a i are unknowns to be determined to obtain the learning displacement field u ( x ).

Cette méthode de CIN globale est détaillée dans Besnard, G., Hild, F., & Roux, S. (2006). “Finite-element” displacement fields analysis from digital images: application to Portevin–Le Châtelier bands.Experimental Mechanics,46(6), 789-803.This global CIN method is detailed in Besnard, G., Hild, F., & Roux, S. (2006). “Finite-element” displacement fields analysis from digital images: application to Portevin–Le Châtelier bands. Experimental Mechanics , 46 (6), 789-803.

Suite à l’application de la technique CIN globale, il est déterminé en fin d’étape A2:Following the application of the global CIN technique, it is determined at the end of step A2:

- un champ de déplacement d’apprentissage u(x),- a learning displacement field u(x),

- un résidu d’apprentissage η(x) vérifiant η(x) = g(x+u(x)) - f(x).- a learning residue η( x ) verifying η( x ) = g( x + u ( x )) - f( x ).

Dans des conditions courantes, l’incertitude dans la détermination du champ de déplacement est d’environ 10-2pixel. Cette incertitude de détermination est suffisamment basse pour permettre par exemple de détecter des fissures invisibles à l’œil nu.Under current conditions, the uncertainty in the determination of the displacement field is about 10 -2 pixel. This uncertainty of determination is sufficiently low to allow for example to detect cracks invisible to the naked eye.

Selon une étape A3 de la phase d’apprentissage, l’unité de traitement 8 extrait des champs de déplacement d’apprentissage une base de champs de déplacement modaux caractéristiques de ces champs de déplacement d’apprentissage par une technique de réduction de modèleAccording to a step A3 of the learning phase, the processing unit 8 extracts from the learning displacement fields a base of modal displacement fields characteristic of these learning displacement fields by a model reduction technique

Il est possible de tirer parti du fait qu’il existe seulement un nombre fini de types de déplacements au sein de la structure. Cela signifie que, pour un certain nombre d’images d’apprentissage de la structure surveillée, les champs de déplacement d’apprentissage déterminés peuvent être décrits par un nombre plus faible de champ de déplacements particuliers. On appelle ces champs de déplacement particuliers, des champs de déplacement modaux qui forment ensemble une base modale.It is possible to take advantage of the fact that there are only a finite number of types of displacements within the structure. This means that, for a certain number of learning images of the monitored structure, the determined learning displacement fields can be described by a smaller number of particular displacement fields. These particular displacement fields are called modal displacement fields which together form a modal base.

Les champs de déplacement modaux permettent d’analyser les différents types de déplacements contenus dans les images d’apprentissage qui sont caractéristiques de la structure surveillée et de son état de santé au cours de la période où les images d’apprentissage ont été acquises.The modal displacement fields make it possible to analyze the different types of displacements contained in the training images which are characteristic of the monitored structure and its state of health during the period when the training images were acquired.

Si les images d’apprentissage correspondent toutes à un état de santé jugé «normal» ou «satisfaisant» de la structure surveillée, les champs de déplacement modaux sont alors caractéristiques des déplacements attendus au sein de la portion de surface de la structure surveillée lorsque la structure surveillée présente un état de santé «normal» ou «satisfaisant».If the training images all correspond to a state of health deemed "normal" or "satisfactory" of the monitored structure, the modal displacement fields are then characteristic of the displacements expected within the surface portion of the monitored structure when the supervised structure has a "normal" or "satisfactory" state of health.

Pour déterminer les champs de déplacement modaux, une écriture des champs de déplacement d’apprentissageu(x,t) indexé par l’instant d’acquisition t est recherchée sous la forme d’une somme de termes, chaque terme étant le produit d’une partie temporelle et d’une partie spatiale:To determine the modal displacement fields, a write of the learning displacement fields u ( x, t) indexed by the acquisition time t is sought as a sum of terms, each term being the product d 'a temporal part and a spatial part:

ψ i (x) est le champ de déplacements modal et correspond à la partie spatiale.b i(t) est l’amplitude correspondante deψ i (x) dans le champ d’apprentissageu(x,t),b i(t) est une amplitude modale d’apprentissage et correspond à la partie temporelle. ψ i ( x ) is the modal displacement field and corresponds to the spatial part. b i (t) is the corresponding amplitude of ψ i ( x ) in the learning field u ( x, t), b i (t) is a learning modal amplitude and corresponds to the time part.

Les modesψ i (x) peuvent être déterminés grâce à des techniques de réduction de modèle connues de l’art antérieur comme par exemple la technique dite SVD (pour «Singular Value Decomposition» en anglais connue en français comme la «décomposition aux valeurs singulières»).The modes ψ i ( x ) can be determined thanks to model reduction techniques known from the prior art such as for example the so-called SVD technique (for "Singular Value Decomposition" in English known in French as "decomposition aux Valeurs singulières ").

Les champs de déplacement modaux sont déterminés dans un ordre décroissant d’importance qui est quantifié par une valeur propre du mode. Cet ordre de détermination permet de ne déterminer que les modes plus importants qu’un certain seuil d’importance arbitrairement choisi. Lorsque l’importance associée au dernier mode déterminé passe sous le seuil d’importance, la méthode de détermination peut être arrêtée. Il est possible d’utiliser comme seuil d’importance l’incertitude de détermination du champ de déplacement par la technique CIN utilisée précédemment.The modal displacement fields are determined in a decreasing order of importance which is quantified by an eigenvalue of the mode. This order of determination makes it possible to determine only the modes more important than a certain threshold of importance arbitrarily chosen. When the importance associated with the last mode determined falls below the importance threshold, the determination method can be stopped. It is possible to use as a threshold of importance the uncertainty of determination of the displacement field by the CIN technique used previously.

Les champs de déplacement modaux caractérisent la cinématique de déformation de la structure surveillée sur la région visée par le dispositif de mesure. Ils caractérisent aussi le mouvement banal de l’appareil d’acquisition d’images numériques dû, par exemple, à une vibration de l’architecture de maintien du dispositif de mesure. Les champs de déplacement modaux de déplacement associés aux mouvements de l’appareil d’acquisition d’images numériques sont appelés modes de corps rigide. Ces modes de corps rigide ne portent pas d’information intéressante concernant les déformations locales de la structure surveillée. Il est cependant essentiel de limiter leur influence au maximum afin qu’ils ne masquent pas les autres modes. En prétraitement de la recherche de modes cinématiques, il est possible de soustraire les translations rigides moyennes dans les directions principales en utilisant la CIN par transformée de Fourier rapide (FFT). De plus, si des rotations apparaissent au niveau de l’architecture de maintien du dispositif de mesure des techniques existent également pour limiter leur influence.The modal displacement fields characterize the deformation kinematics of the monitored structure in the region targeted by the measuring device. They also characterize the banal movement of the digital image acquisition device due, for example, to a vibration of the architecture holding the measuring device. The displacement modal displacement fields associated with the movements of the digital image acquisition device are called rigid body modes. These rigid body modes do not carry any interesting information concerning the local deformations of the monitored structure. However, it is essential to limit their influence as much as possible so that they do not mask the other modes. As a pre-processing of the search for kinematic modes, it is possible to subtract the average rigid translations in the principal directions using CIN by fast Fourier transform (FFT). Moreover, if rotations appear at the level of the support architecture of the measuring device, techniques also exist to limit their influence.

A la fin de l’étape A3, l’unité de traitement 8 a déterminé une base comprenant un certain nombre de champs de déplacement modauxψ i (x). Une fois cette base fixée, l’unité de traitement 8 réactualise pour chaque image d’apprentissage g(x) le champ de déplacement d’apprentissage, de sorte que le champ de déplacement d’apprentissage actualisé ua(x,t) s’écritAt the end of step A3, the processing unit 8 has determined a base comprising a certain number of modal displacement fields ψ i ( x ). Once this base has been fixed, the processing unit 8 updates for each learning image g( x ) the learning displacement field, so that the updated learning displacement field ua( x ,t) s' writing

avecb i(t) l’amplitude modale d’apprentissage, et le résidu d’apprentissage actualisé ηa(x) vérifie ηa(x,t) = g(x+ua(x,t),t) - f(x).with b i (t) the learning modal amplitude, and the updated learning residual ηa( x ) verifies ηa( x ,t) = g( x + ua ( x ,t),t) - f( x ).

Selon une étape A4 de la phase d’apprentissage, l’unité de traitement 8 détermine une plage de valeurs attendues d’amplitudes modales caractérisant une projection des champs de déplacement d’apprentissage sur la base de champs de déplacement modaux et un seuil de résidu caractérisant une erreur maximum admissible.According to a step A4 of the learning phase, the processing unit 8 determines a range of expected values of modal amplitudes characterizing a projection of the learning displacement fields on the basis of modal displacement fields and a residual threshold characterizing a maximum admissible error.

La détermination de la plage de valeurs attendues d’amplitudes modales s’effectue à partir des amplitudes modales d’apprentissageb i(t) obtenus lors de l’étape A3.The range of expected values of modal amplitudes is determined from the learning modal amplitudes b i (t) obtained during step A3.

Lors de l’étape A3, il est déterminé pour chaque champ de déplacement modalψ i (x) une amplitude modale d’apprentissage)b i(t) par image d’apprentissage. Il est possible de caractériser l’ensemble des amplitudes modales d’apprentissageb i(t) du champ de déplacement modalψ i (x) par des paramètres de position (valeur moyenne, médiane, etc..) et des paramètres de dispersion (écart type, intervalle interquartile, etc…). Il est possible en particulier de construire une plage de valeurs attendues de l’amplitude modaleb i(t) comme par exemple l’intervalle interquartile représentant 50% des amplitudes modales d’apprentissageb i(t) réparties symétriquement autour de la médiane des amplitudes modales d’apprentissage. La plage de valeurs attendues peut aussi être déterminée comme un intervalle représentant 30%, 60% ou tout autre pourcentage des amplitudes modales d’apprentissageb i(t) réparties symétriquement autour de la médiane ou de la moyenne des amplitudes modales d’apprentissage. D’autres manières de déterminer une plage de valeurs attendues peuvent également être utilisées.During step A3, a learning modal amplitude b i (t) per learning image is determined for each modal displacement field ψ i ( x ). It is possible to characterize the set of learning modal amplitudes b i (t) of the modal displacement field ψ i ( x ) by position parameters (mean value, median, etc.) and dispersion parameters ( standard deviation, interquartile range, etc.). It is possible in particular to construct a range of expected values of the modal amplitude b i (t) such as for example the interquartile range representing 50% of the learning modal amplitudes b i (t) distributed symmetrically around the median of the modal learning amplitudes. The range of expected values can also be determined as an interval representing 30%, 60% or any other percentage of the learning modal amplitudes b i (t) distributed symmetrically around the median or the mean of the learning modal amplitudes. Other ways of determining a range of expected values can also be used.

Le seuil de résidu caractérisant une erreur maximum admissible peut être calculé à partir des résidus d’apprentissage actualisés ηa(x,t). Une méthode possible de calcul est d’utiliser les normes de ces résidus d’apprentissage actualisés et d’extraire de ces normes une valeur moyenne, un écart-type, un dernier quartile ou un autre quantile. A partir de ces paramètres, il est possible de calculer un seuil de résidu égal à une valeur suffisamment importante de la norme de résidu pour qu’une majorité des résidus d’apprentissage présentent une norme inférieure ou égale au seuil de résidu.The residual threshold characterizing a maximum admissible error can be calculated from the updated learning residuals ηa( x, t). A possible method of calculation is to use the norms of these discounted learning residuals and to extract from these norms a mean value, a standard deviation, a last quartile or another quantile. From these parameters, it is possible to calculate a residual threshold equal to a sufficiently large value of the residual norm for a majority of the learning residuals to have a norm less than or equal to the residual threshold.

Il est obtenu à la fin de l’étape A3:It is obtained at the end of step A3:

- un seuil de résidu caractérisant une erreur maximum admissible à partir des résidus d’apprentissage actualisés,- a residual threshold characterizing a maximum admissible error from the updated learning residuals,

- pour chaque champ de déplacement modalψ i (x), une plage de valeurs attendues de l’amplitude modale associée.- for each modal displacement field ψ i ( x ), a range of expected values of the associated modal amplitude.

Phase de surveillanceMonitoring phase

La phase de surveillance comprend les étapes suivantes:The monitoring phase includes the following steps:

Selon une étape S1 de la phase de surveillance, l’appareil d’acquisition d’images numériques 3 acquiert à un instant d’acquisition t une image courante de la portion de surface 11 de la structure.According to a step S1 of the monitoring phase, the digital image acquisition device 3 acquires at an acquisition time t a current image of the surface portion 11 of the structure.

Cette image courante est prise par le même dispositif de mesure 1 qui a permis l’acquisition des images d’apprentissage, et dans les mêmes conditions. Cela permet de comparer de manière pertinente les déplacements mesurés dans la phase d’apprentissage et ceux mesurés dans la phase de surveillance.This current image is taken by the same measuring device 1 which allowed the acquisition of the training images, and under the same conditions. This makes it possible to compare in a relevant way the displacements measured in the learning phase and those measured in the monitoring phase.

L’image courante est représentée par une fonction h(x,t), qui au pixel de positionxassocie le niveau de gris h(x, t).The current image is represented by a function h( x, t), which associates the gray level h( x , t) with the pixel at position x .

Selon une étape S2 de la phase de surveillance, l’unité de traitement 8 détermine, à partir de l’image courante, un champ de déplacement courant sur la base modale sélectionnée lors de la phase d’apprentissage et caractérisé, pour chaque champ de déplacement modal, par une amplitude modale courante et un résidu courant caractérisant une erreur.According to a step S2 of the monitoring phase, the processing unit 8 determines, from the current image, a current displacement field on the modal base selected during the learning phase and characterized, for each field of modal displacement, by a current modal amplitude and a current residue characterizing an error.

Le champ de déplacement courant est une estimation du déplacement de la matière au sein de la structure en chaque point de la zone d’observation à l’instant d’acquisition de l’image courante, et le résidu courant caractérise une erreur de l’estimation de ce déplacement.The current displacement field is an estimate of the displacement of the material within the structure at each point of the observation zone at the instant of acquisition of the current image, and the current residual characterizes an error of the estimation of this displacement.

L’unité de traitement 8 cherche à déterminer, à partir de l’image courante h(x,t), un champ de déplacement courantv(x,t) qui est un vecteur de déplacement dans le plan des images qui permet de passer de la positionxdans l’image de référence à laquelle est situé un élément de la surface photographiée, à la positionx+v(x,t) dans l’image courante à laquelle est situé le même élément matériel de la surface, avec une erreur dans la détermination représentée par le résidu courant ε(x,t) soit f(x) = h(x+v(x,t),t) + ε(x,t).The processing unit 8 seeks to determine, from the current image h( x, t), a current displacement field v ( x, t) which is a displacement vector in the plane of the images which makes it possible to pass from position x in the reference image at which an element of the surface photographed is located, to position x+v ( x, t) in the current image at which the same material element of the surface is located, with an error in the determination represented by the current residual ε( x, t) i.e. f( x ) = h( x + v ( x, t) , t) + ε( x, t).

Le champ de déplacement courant est une estimation de déplacements au sein de la structure entre l’image courante et l’image de référence. Le résidu courant ε(x,t) est caractéristique d’une erreur de l’estimationThe current displacement field is an estimate of displacements within the structure between the current image and the reference image. The current residual ε( x, t) is characteristic of an error in the estimate

Le champ de déplacement courant est cherché sous la forme d’une combinaison linéaire des champs de déplacement modauxψ i (x) déterminés lors de la phase d’apprentissage, l’amplitude du modeψ i (x) dans le champ de déplacement courantv(x,t) étant notéec i(t). L’amplitudec i(t) est une amplitude modale courante de sorte queThe current displacement field is sought in the form of a linear combination of the modal displacement fields ψ i ( x ) determined during the learning phase, the amplitude of the mode ψ i ( x ) in the current displacement field v ( x, t) being denoted c i (t). The amplitude c i (t) is a current modal amplitude so that

Pour réaliser l’étape S2 il existe plusieurs méthodologies possibles donnant théoriquement le même résultat. Elles sont présentées ci-après selon l’ordre croissant de leur efficacité.To carry out step S2 there are several possible methodologies giving theoretically the same result. They are presented below in increasing order of their effectiveness.

Selon une première méthodologie, l’étape S2 comprend une première sous-étape S2A de détermination du champ de déplacement courant par une technique de corrélation d’images numériques et une deuxième sous-étape S2B de projection du champ de déplacement courant sur la base de champs de déplacement modaux.According to a first methodology, step S2 comprises a first substep S2A of determining the current displacement field by a digital image correlation technique and a second substep S2B of projecting the current displacement field on the basis of modal displacement fields.

L’unité de traitement 8 réalise la première sous-étape S2A en suivant par exemple une technique de corrélation d’images numériques CIN «globale» comme présentée précédemment et utilisant une base de fonctionsn i (x).The processing unit 8 performs the first sub-step S2A by following, for example, a “global” CIN digital image correlation technique as presented previously and using a base of functions n i ( x ).

A la fin de cette première sous étape S2A, un champ de déplacement intermédiairevi(x,t) est déterminé ainsi qu’un résidu intermédiaire εi(x,t).At the end of this first substep S2A, an intermediate displacement field vi ( x, t) is determined as well as an intermediate residue εi( x, t).

Au cours de la deuxième sous-étape S2B, le champ de déplacement intermédiaire est projeté sur la base de champs de déplacement modaux de sorte à déterminer le champ de déplacement finalvf(x,t):During the second sub-step S2B, the intermediate displacement field is projected on the basis of modal displacement fields so as to determine the final displacement field vf ( x, t):

A partir du champ de déplacement final, du champ de déplacement intermédiaire, du résidu intermédiaire, et d’un gradient de l’image de référence, l’unité de traitement 8 détermine le résidu final εf(x,t) selon:From the final displacement field, the intermediate displacement field, the intermediate residue, and a gradient of the reference image, the processing unit 8 determines the final residue εf( x, t) according to:

gradreprésentant la fonction gradient. L’étoile * représentant le produit matriciel de Schur. Le produit matriciel de Schur est une opération binaire qui, à deux matrices initiales de mêmes dimensions, associe une matrice finale de même dimension dont chaque coefficient est le produit terme à terme des deux matrices initiales. grad representing the gradient function. The star * representing the Schur matrix product. The Schur matrix product is a binary operation which, with two initial matrices of the same dimensions, associates a final matrix of the same dimension, each coefficient of which is the term-by-term product of the two initial matrices.

Selon une deuxième méthodologie, l’étape S2 comprend la détermination du champ de déplacement courant par une technique de corrélation d’images numériques dite «intégrée», également désignée ici comme une technique de corrélations d’images intégrée, utilisant la base de champs de déplacement modaux. La technique de corrélation d’images numériques dite «intégrée» est une méthode de type CIN globale, dans laquelle la base de fonctionsn i (x) utilisée pour déterminer le champ de déplacement courant est la base de champs de déplacement modauxψ i (x) déterminés lors de la phase d’apprentissage. Aucune sous-étape postérieure à l’application de la méthode de CIN globale n’est alors nécessaire.According to a second methodology, step S2 comprises the determination of the current displacement field by a so-called “integrated” digital image correlation technique, also referred to here as an integrated image correlation technique, using the base of fields of modal shifts. The so-called "integrated" digital image correlation technique is a global CIN-like method, in which the basis of functions n i ( x ) used to determine the current displacement field is the basis of modal displacement fields ψ i ( x ) determined during the learning phase. No sub-step subsequent to the application of the global CIN method is then necessary.

L’approche dite «intégrée» a fait l’objet de publications dans la littérature comme par exemple dans H. Leclerc, Jean-Noël Périé, F. Hild, S. Roux. Corrélation d’Images Numériques Intégrée pour l’identification de propriétés mécaniques.CFM 2009 - 19e Congrès Français de Mécanique, Marseille (France), 2009, Marseille, France [https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02194355].The so-called “integrated” approach has been the subject of publications in the literature, for example in H. Leclerc, Jean-Noël Périé, F. Hild, S. Roux. Integrated Digital Image Correlation for the identification of mechanical properties. CFM 2009 - 19th French Mechanical Congress, Marseille (France) , 2009, Marseille, France [https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02194355].

Selon une troisième méthodologie, l’étape S2 comprendAccording to a third methodology, step S2 includes

- une première sous étape S21 de filtrage de l’image de référence et de l’image courante par application d’un filtre spatial inhomogène de type passe bas, le filtre comprenant une pluralité de longueurs caractéristiques de filtrage pour une pluralité de pixels formant l’image, la longueur caractéristique pour un pixel dépendant du déplacement maximal observé au pixel dans les champs de déplacement d’apprentissage.- a first sub-step S21 of filtering the reference image and the current image by applying an inhomogeneous low-pass type spatial filter, the filter comprising a plurality of filtering characteristic lengths for a plurality of pixels forming the image, the characteristic length for a pixel depending on the maximum displacement observed at the pixel in the training displacement fields.

Un filtrage d’une image par un filtre spatial passe-bas désigne ici un traitement de l’image qui modifie les niveaux de gris composant l’image de sorte à effacer les variations de niveaux de gris de plus hautes fréquences spatiales, c’est-à-dire les fortes variations de niveaux de gris sur de faibles distances dans l’image. Cela permet de lisser les variations de niveaux de gris sur une certaine distance caractéristique de filtrage ou longueur caractéristique de filtrage.A filtering of an image by a low-pass spatial filter designates here a processing of the image which modifies the levels of gray composing the image so as to erase the variations of levels of gray of higher spatial frequencies, it is i.e. the strong variations of gray levels over small distances in the image. This makes it possible to smooth the variations in gray levels over a certain characteristic filtering distance or characteristic filtering length.

Un filtrage d’une image par un filtre spatial passe-bas inhomogène désigne ici un traitement de l’image où la longueur caractéristique de filtrage varie d’un pixel à un autre de l’image.A filtering of an image by an inhomogeneous low-pass spatial filter designates here an image processing where the characteristic filtering length varies from one pixel to another of the image.

L’unité de traitement 8 construit, à partir des champs de déplacement d’apprentissage, une fonction |umax|(x) qui à un pixel de positionxassocie la distance maximale de déplacement, égal à une norme du vecteur de déplacement, au pixel de positionxparmi tous les champs de déplacement d’apprentissage.The processing unit 8 constructs, from the learning displacement fields, a function |u max |( x ) which associates a pixel of position x with the maximum displacement distance, equal to a norm of the displacement vector, at position pixel x among all training displacement fields.

L’unité de traitement 8 extrait de la fonction |umax|(x) une distance λmax qui est le maximum de la fonction |umax|(x), et une pluralité de distances λi comprises entre 1 et λmax. En particulier, l’unité de traitement 8 peut déterminer N distances λi avec i=1…N vérifiant λ1=q, λ2=q^2, λ3=q^3, …, λN=q^N=λmax.The processing unit 8 extracts from the function |u max |( x ) a distance λmax which is the maximum of the function |u max |( x ), and a plurality of distances λi comprised between 1 and λmax. In particular, the processing unit 8 can determine N distances λi with i=1…N satisfying λ1=q, λ2=q^2, λ3=q^3, …, λN=q^N=λmax.

L’unité de traitement 8 génère N images relais qui sont des images filtrées de l’image de référence f(x). Pour générer une de ces N images relais, l’unité de traitement 8 applique à l’image de référence un filtre spatial homogène de type passe bas caractérisé par une seule longueur caractéristique de filtrage pour tous les pixels, la longueur caractéristique étant égale à une des distances λi. Ce filtre spatial peut par exemple utiliser une convolution avec une fonction gaussienne.The processing unit 8 generates N relay images which are filtered images of the reference image f( x ). To generate one of these N relay images, the processing unit 8 applies to the reference image a homogeneous spatial filter of the low-pass type characterized by a single characteristic filtering length for all the pixels, the characteristic length being equal to a distances λi. This spatial filter can for example use a convolution with a Gaussian function.

L’unité de traitement 8 génère de même N images relais de l’image courante h(x).The processing unit 8 similarly generates N relay images of the current image h( x ).

L’application du filtre spatial homogène de longueur caractéristique λi génère une image relais fi(x) de l’image de référence f(x) et une image relais hi(x,t) de l’image courante h(x,t).The application of the homogeneous spatial filter of characteristic length λi generates a relay image fi( x ) of the reference image f( x ) and a relay image hi( x, t) of the current image h( x, t) .

L’unité de traitement 8 applique à l’image de référence le filtre spatial inhomogène de type passe bas pixel par pixel pour produire une image filtrée f!(x). Au pixelx, l’unité de traitement recherche l’entier p compris entre 1 et N, tel que λ(p-1) ≤ |umax|(x) ≤ λp. On utilise λ0=1.The processing unit 8 applies to the reference image the inhomogeneous spatial filter of the low-pass type pixel by pixel to produce a filtered image f!( x ). At pixel x , the processing unit searches for the integer p between 1 and N, such that λ(p-1)≤|u max |( x )≤λp. We use λ0=1.

Le niveau de gris f!(x) de l’image filtrée au pixelxest obtenu à partir des niveaux de gris au pixelxdes images relais f(p-1)(x) et fp(x). Plus précisément le niveau de gris f!(x) est construit par interpolation linéaire des niveaux de gris f(p-1)(x) et fp(x).The gray level f!( x ) of the filtered image at pixel x is obtained from the gray levels at pixel x of the relay images f(p-1)( x ) and fp( x ). More precisely, the level of gray f!( x ) is constructed by linear interpolation of the levels of gray f(p-1)( x ) and fp( x ).

De même l’unité de traitement 8 applique à l’image courante le filtre spatial inhomogène de type passe bas pixel par pixel pour produire une image filtrée h!(x,t) en utilisant cette fois les images relais hi(x,t).Similarly, the processing unit 8 applies to the current image the inhomogeneous spatial filter of the low-pass type pixel by pixel to produce a filtered image h!( x, t) this time using the relay images hi( x, t) .

- une deuxième sous-étape S22 de détermination de champs extracteurs ξi(x) à partir des champs de déplacement modauxψ i (x)∙et de l’image de référence filtrée f!(x).- a second sub-step S22 for determining extractor fields ξ i ( x ) from the modal displacement fields ψ i (x )∙ and from the filtered reference image f!( x ).

A partir des modes spatiauxψ i (x), tels qu’on les a décrits plus haut, il est possible de déterminer les champs de sensibilité si(x) =ψ i (x)*grad(f!(x)).From the spatial modes ψ i (x ), as described above, it is possible to determine the sensitivity fields s i ( x ) = ψ i (x )* grad (f!( x )) .

En introduisant la matrice [M] dont les coefficients Mij sont définis parBy introducing the matrix [ M ] whose coefficients Mij are defined by

il est possible de définir des champs extracteurs ξi(x), chaque champ extracteur étant associé à un champ de déplacement modalψ i (x),it is possible to define extractor fields ξ i ( x ), each extractor field being associated with a modal displacement field ψ i (x ),

Or

est le coefficient ij de la matrice inverse de [M].is the coefficient ij of the inverse matrix of [ M ].

- une troisième sous-étape S23 de détermination des amplitudes modales courantec i(t),- a third sub-step S23 for determining the current modal amplitudes c i (t),

Les champs extracteurs présentent la propriété suivante : dans une image courante h(x,t) acquise à un instant d’acquisitiont, l’amplitude modalec i(t) associée au champ de déplacement modalψ i (x), est directement déterminée parExtractor fields have the following property: in a current image h( x, t) acquired at an acquisition time t , the modal amplitude c i (t) associated with the modal displacement field ψ i (x ), is directly determined by

où ρ(x,t) = h!(x,t) – f!(x) est la différence entre l’image courante filtrée h!(x,t) et l’image de référence filtrée f!(x).where ρ( x ,t) = h!( x ,t) – f!( x ) is the difference between the filtered current image h!( x ,t) and the filtered reference image f!( x) .

Ainsi le simple «produit scalaire» du champ extracteur ξi(x) associé à un champ de déplacement modalψ i (x), avec la différence d’images filtrée donne directement la mesure de l’amplitude modale courantec i(t) du champ de déplacement modalψ i (x).Thus the simple "scalar product" of the extractor field ξ i ( x ) associated with a modal displacement field ψ i (x ), with the filtered difference of images directly gives the measurement of the current modal amplitude c i (t) of the modal displacement field ψ i (x ).

- une quatrième sous-étape S24 de détermination du résidu courant ε(x,t).- a fourth sub-step S24 for determining the current residue ε( x, t).

Une fois les amplitudes modales courantesc i(t) déterminées, il est possible d’estimer un résidu courant ε(x,t) selon le calcul :Once the current modal amplitudes c i (t) have been determined, it is possible to estimate a current residual ε( x, t) according to the calculation:

Ce calcul est une opération élémentaire qui peut être effectuée de manière simple en réalisant des opérations directement sur les images.This calculation is an elementary operation which can be carried out in a simple manner by carrying out operations directly on the images.

Il est à noter que, dans toutes les méthodologies présentées plus haut, l’étape S2 est robuste car elle est fondée sur une base de champs de déplacements modaux qui sont extraits d’une pluralité d’images d’apprentissage. Plus le nombre d’images d’apprentissage est important et plus la base de champs de déplacements modaux caractérise de manière complète et précise la cinématique de la structure durant la phase d’apprentissage. La décomposition d’un champ de déplacement courant sur cette base est alors d’autant plus pertinente pour comparer la cinématique de la structure à l’instant d’acquisition, à la cinématique de la structure durant la phase d’apprentissage. In fine, cette comparaison permet de caractériser un état de santé de la structure à l’instant d’acquisition de l’image courante.It should be noted that, in all the methodologies presented above, step S2 is robust because it is based on a base of modal displacement fields which are extracted from a plurality of training images. The greater the number of learning images, the more the base of modal displacement fields characterizes in a complete and precise manner the kinematics of the structure during the learning phase. The decomposition of a current displacement field on this basis is then all the more relevant to compare the kinematics of the structure at the moment of acquisition, with the kinematics of the structure during the learning phase. Ultimately, this comparison makes it possible to characterize a state of health of the structure at the time of acquisition of the current image.

Selon une étape S3 de la phase de surveillance, l’unité de traitement génère une alerte de défautAccording to a step S3 of the monitoring phase, the processing unit generates a fault alert

- lorsqu’une des amplitudes modales courantesc i(t) associée à un champ de déplacement modalψ i (x) prend une valeur à l’extérieur de la plage de valeurs attendues associée au champ de déplacement modal ou
- lorsqu’une norme du résidu courant dépasse le seuil de résidu.
- when one of the current modal amplitudes c i (t) associated with a modal displacement field ψ i ( x ) takes a value outside the range of expected values associated with the modal displacement field or
- when a norm of the current residual exceeds the residual threshold.

La plage de valeurs attendues et le seuil du résidu ont été déterminés à l’issue de la phase d’apprentissage comme discuté précédemment.The range of expected values and the threshold of the residual were determined at the end of the learning phase as discussed previously.

Pour l’image courante, chaque amplitude modale courante associée à un champ de déplacement modal donne la pondération d’un déplacement attendu et le résidu courant quantifie la partie de l’information contenue dans l’image courante qui ne correspond à aucun déplacement attendu.For the current image, each current modal amplitude associated with a modal displacement field gives the weighting of an expected displacement and the current residual quantifies the part of the information contained in the current image which does not correspond to any expected displacement.

Si une amplitude modale courante se situe en dehors de sa plage de valeurs attendues ou si le résidu courant dépasse significativement le seuil de résidu, alors une anomalie est détectée ce qui peut signifier un état de santé dégradé de la structure surveillée.If a current modal amplitude is outside its range of expected values or if the current residual significantly exceeds the residual threshold, then an anomaly is detected which may signify a degraded state of health of the monitored structure.

Les champs de déplacement modaux permettent en effet d’analyser les différents types de déplacements qui sont caractéristiques de la structure surveillée et de son état de santé. Si l’état de santé de la structure surveillée est stable, les amplitudes modales courantes se situent dans les plages de valeur attendues. Cela signifie que de nouvelles images acquises de la structure doivent pouvoir être décomposées de manière similaire aux images d’apprentissage.The modal displacement fields make it possible to analyze the different types of displacements that are characteristic of the monitored structure and its state of health. If the state of health of the monitored structure is stable, the current modal amplitudes are within the expected value ranges. This means that new acquired images of the structure must be able to be decomposed similarly to the training images.

Deux cas d’alerte peuvent donc se présenter:Two cases of alert can therefore arise:

- si le résidu courant dépasse significativement le seuil de résidu alors le résidu courant calculé s’écarte significativement du résidu attendu et cela peut signifier l’apparition d’un nouveau déplacement dont la signature n’a pas été intégrée dans la base des déplacements attendus ou encore une amplitude du déplacement attendu trop importante pour être traitée comme un déplacement attendu. Dans ces deux cas, cela peut correspondre à l’apparition d’un défaut dans la structure surveillée;- if the current residue significantly exceeds the residue threshold then the calculated current residue deviates significantly from the expected residue and this may signify the appearance of a new displacement whose signature has not been integrated into the base of expected displacements or even an amplitude of the expected displacement that is too large to be treated as an expected displacement. In these two cases, this may correspond to the appearance of a fault in the monitored structure;

- si une ou plusieurs amplitudes modales courantes prennent une valeur en dehors de sa ou leurs plages attendues, cela peut signifier l’apparition ou l’aggravation d’un endommagement de la structure dans la zone observée. Par exemple, si une fissure était initialement présente sur la structure surveillée, son expression dans la décomposition de l’écart sur la base des champs de déplacement modaux est intégrée dans un ou plusieurs déplacements attendus. Sa propagation ou son approfondissement au cours du temps conduit à une augmentation de l’amplitude du ou des mode(s) concerné(s).- if one or more current modal amplitudes take a value outside its or their expected ranges, this may signify the appearance or aggravation of damage to the structure in the observed zone. For example, if a crack was initially present on the monitored structure, its expression in the deviation decomposition based on the modal displacement fields is integrated into one or more expected displacements. Its propagation or deepening over time leads to an increase in the amplitude of the mode(s) concerned.

Chaque image acquise renseigne sur les déplacements au sein de la structure et la surveillance permet de détecter tout écart aux déplacements normalement constatés au sein de la structure. Les déplacements inhabituels détectés sont en lien direct avec la dégradation de la structure surveillée.Each image acquired provides information on the displacements within the structure and monitoring makes it possible to detect any deviation from the displacements normally observed within the structure. The unusual displacements detected are directly related to the degradation of the monitored structure.

L’alerte de défaut peut servir à déclencher le lancement d’investigations complémentaires pour caractériser plus avant l’anomalie ou le défaut détecté. A noter qu’une analyse par CIN (sans restriction aux modes) des images ayant motivé l’alerte peut permettre, par rapport à l’art antérieur, un diagnostic plus fin et déterminer plus directement la nature des endommagements mécaniques à partir des résultats obtenus et des images acquises. Une telle analyse peut également écarter de fausses alarmes par exemple due à une sollicitation excessive n’ayant pas donné lieu à un endommagement de la structure.The fault alert can be used to trigger the launch of additional investigations to further characterize the anomaly or fault detected. It should be noted that an analysis by CIN (without restriction to the modes) of the images having motivated the alert can allow, compared to the prior art, a finer diagnosis and more directly determine the nature of the mechanical damage from the results obtained. and acquired images. Such an analysis can also rule out false alarms, for example due to excessive stress that has not resulted in damage to the structure.

Le procédé de surveillance peut être adapté pour utiliser une pluralité de dispositifs de surveillance. Chaque dispositif surveille une portion particulière de la surface de la structure 9. Il est alors possible de caractériser plus précisément un état de santé de la structure fondé sur toutes les informations données par tous les dispositifs de surveillance. En particulier, si la structure surveillée est un mât d’éolienne, il peut être déployé des dispositifs de surveillance pour surveiller la zone entourant une soudure entre deux viroles.The monitoring method can be adapted to use a plurality of monitoring devices. Each device monitors a particular portion of the surface of the structure 9. It is then possible to more precisely characterize a state of health of the structure based on all the information given by all the monitoring devices. In particular, if the monitored structure is a wind turbine mast, monitoring devices can be deployed to monitor the area surrounding a weld between two ferrules.

Il est à noter que le procédé de surveillance ne nécessite pas de faibles niveaux de bruit dans les images acquises. En effet, la détermination du champ de déplacement comme une combinaison des champs de déplacement modaux donne des résultats satisfaisants même avec l’utilisation d’un appareil d’acquisition d’images numériques de qualité moyenne ou basse. Cela vient du fait que l’identification des déplacements attendus s’effectueglobalementsur l’ensemble de la région d’étude (soit un ensemble de très nombreux pixels) car il s’agit de Corrélation d’Images NumériquesGlobale; c’est-à-dire que la quantité d’informations traitée pour réaliser la décomposition s’apprécie à l’échelle d’une grande partie d’image voire de l’image entière.It should be noted that the monitoring method does not require low levels of noise in the acquired images. Indeed, the determination of the displacement field as a combination of the modal displacement fields gives satisfactory results even with the use of a medium or low quality digital image acquisition device. This comes from the fact that the identification of the expected displacements is carried out globally over the whole of the study region (ie a set of very many pixels) because it is a question of Global Digital Image Correlation; that is to say that the quantity of information processed to carry out the decomposition is assessed on the scale of a large part of the image or even of the entire image.

Le procédé de surveillance ne nécessite pas non plus une importante quantité de matériel couteux. Les appareils d’acquisition d’images numériques utilisées peuvent être de qualité moyenne ou basse. Le nombre d’appareils d’acquisition d’images numériques à utiliser dépend du nombre de zones que l’on souhaite surveiller dans le temps. Par exemple si la structure surveillée est un mât d’éolienne, il n’est pas nécessaire que tout l’intérieur du mât d’éolienne soit surveillé. Il est possible de limiter la surveillance à des zones particulières, comme les soudures entre deux viroles.The monitoring method also does not require a large amount of expensive hardware. The digital image acquisition devices used can be of average or low quality. The number of digital image acquisition devices to be used depends on the number of areas to be monitored over time. For example, if the monitored structure is a wind turbine mast, it is not necessary that the entire interior of the wind turbine mast be monitored. It is possible to limit monitoring to specific areas, such as the welds between two shells.

Enfin il est proposé un programme d’ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre d’au moins une des étapes du procédé de surveillance tel qu’on a pu le présenter plus haut, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.Finally, a computer program is proposed comprising instructions adapted to the implementation of at least one of the steps of the monitoring method as it was presented above, when said program is executed on a computer.

Dans le cas où la structure surveillée est un mât d’éolienne, une alerte générée au niveau de l’unité de traitement peut être relayée au centre de contrôle d’une pluralité d’éoliennes. A cette fin, l’unité de traitement est reliée par une voie de communication au centre de contrôle.In the case where the monitored structure is a wind turbine mast, an alert generated at the level of the processing unit can be relayed to the control center of a plurality of wind turbines. To this end, the processing unit is connected by a communication channel to the control center.

Claims (12)

Procédé (P) de surveillance d’une structure par traitement d’images numériques, comprenant:
(A) une phase d’apprentissage comprenant des étapes de:
(A2) à partir d’une pluralité d’images d’apprentissage d’une portion d’une surface de la structure, détermination pour chaque image d’un champ de déplacement d’apprentissage par une technique de corrélation d’images, le champ étant une estimation d’un déplacement de la matière au sein de la structure en chaque point de la portion à un instant d’acquisition de l’image,
(A3) à partir des champs, construction d’une base de champs de déplacement modaux caractéristiques de la pluralité d’images par une technique de réduction de modèle,
(A4) détermination d’un seuil de résidu caractérisant une erreur maximale admissible de l’estimation du déplacement et, pour chaque champ de déplacement modal, d’une plage de valeurs attendues d’une amplitude modale associée caractérisant une projection des champs de déplacement d’apprentissage sur le champ de déplacement modal,
(S) une phase de surveillance comprenant des étapes de:
(S1) acquisition d’une image courante de la portion,
(S2) à partir de l’image courante, détermination d’un champ de déplacement courant, d’amplitudes modales courantes caractérisant une projection du champ de déplacement courant sur la base de champs de déplacement modaux et d’un résidu courant, le champ de déplacement courant étant une estimation d’un déplacement de la matière au sein de la structure en chaque point de la portion à un instant d’acquisition de l’image courante, le résidu courant caractérisant une erreur de l’estimation du déplacement, et
(S3) génération d’une alerte lorsqu’une des amplitudes modales courantes associée à un des champs de déplacement modaux prend une valeur à l’extérieur de la plage de valeurs attendues de l’amplitude modale associée au champ de déplacement modal ou lorsqu’une norme du résidu courant dépasse le seuil de résidu.
Method (P) for monitoring a structure by processing digital images, comprising:
(A) a learning phase comprising steps of:
(A2) from a plurality of training images of a portion of a surface of the structure, determination for each image of a training displacement field by an image correlation technique, the field being an estimate of a displacement of the material within the structure at each point of the portion at an instant of acquisition of the image,
(A3) from the fields, construction of a base of modal displacement fields characteristic of the plurality of images by a model reduction technique,
(A4) determination of a residual threshold characterizing a maximum admissible error of the displacement estimate and, for each modal displacement field, of a range of expected values of an associated modal amplitude characterizing a projection of the displacement fields learning on the modal displacement field,
(S) a monitoring phase comprising steps of:
(S1) acquisition of a current image of the portion,
(S2) from the current image, determination of a current displacement field, of current modal amplitudes characterizing a projection of the current displacement field on the basis of modal displacement fields and of a current residual, the field of current displacement being an estimate of a displacement of the material within the structure at each point of the portion at an instant of acquisition of the current image, the current residual characterizing an error in the estimate of the displacement, and
(S3) generation of an alert when one of the current modal amplitudes associated with one of the modal displacement fields takes a value outside the range of expected values of the modal amplitude associated with the modal displacement field or when a norm of the current residual exceeds the residual threshold.
Procédé de surveillance selon la revendication 1, dans lequel l’étape (S2) comprend une première sous-étape (S2A) de détermination du champ de déplacement courant par une technique de corrélation d’images globale et une deuxième sous-étape (S2B) de projection du champ de déplacement courant sur la base de champs de déplacement modaux.Monitoring method according to Claim 1, in which the step (S2) comprises a first substep (S2A) of determining the current displacement field by a global image correlation technique and a second substep (S2B) projection of the current displacement field on the basis of modal displacement fields. Procédé de surveillance selon la revendication 1, dans lequel l’étape (S2) comprend la détermination du champ de déplacement courant par une technique de corrélation d’images intégrée, correspondant à une technique de corrélation d’images globale utilisant la base de champs de déplacement modaux.A monitoring method according to claim 1, wherein step (S2) comprises determining the current displacement field by an integrated image correlation technique, corresponding to a global image correlation technique using the base of fields of modal shifts. Procédé de surveillance selon la revendication 1 dans lequel l’étape (S2) comprend:
- une sous-étape (S21) de filtrage de l’image de référence et de l’image courante pour obtenir une image de référence filtrée et une image courante filtrée, par application d’un filtre spatial inhomogène de type passe bas, le filtre utilisant une pluralité de longueurs caractéristiques de filtrage pour une pluralité de pixels formant l’image, la longueur caractéristique pour un pixel dépendant d’un déplacement maximal observé associé au pixel dans les champs de déplacement d’apprentissage,
- une sous-étape (S23) de détermination, pour chaque champ de déplacement modal, d’une amplitude modale courante du champ de déplacement courant, à partir d’un produit scalaire entre un champ extracteur associé au champ de déplacement modal et une différence entre l’image courante filtrée et l’image de référence filtrée, le champ extracteur étant une image associée au champ de déplacement modal construit à partir de l’ensemble des champs de déplacement modaux et de l’image de référence filtrée, et
- une sous-étape (S24) de détermination du résidu courant à partir de l’image courante filtrée, de l’image de référence filtrée, des amplitudes modales courantes et des champs de déplacement modaux.
A monitoring method according to claim 1 wherein step (S2) comprises:
- a sub-step (S21) of filtering the reference image and the current image to obtain a filtered reference image and a filtered current image, by applying an inhomogeneous spatial filter of the low pass type, the filter using a plurality of filter feature lengths for a plurality of pixels forming the image, the feature length for a pixel depending on a maximum observed displacement associated with the pixel in the training displacement fields,
- a sub-step (S23) of determining, for each modal displacement field, a current modal amplitude of the current displacement field, from a scalar product between an extractor field associated with the modal displacement field and a difference between the filtered current image and the filtered reference image, the extractor field being an image associated with the modal displacement field constructed from the set of modal displacement fields and the filtered reference image, and
- a substep (S24) of determining the current residual from the filtered current image, the filtered reference image, the current modal amplitudes and the modal displacement fields.
Procédé de surveillance selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la structure comprend un mât d’éolienne.Monitoring method according to one of Claims 1 to 4, in which the structure comprises a wind turbine mast. Procédé de surveillance selon la revendication 5, dans lequel la surface se situe à l’intérieur du mât.A monitoring method according to claim 5, wherein the surface is inside the mast. Procédé de surveillance selon la revendication 6, dans lequel la zone intérieure du mât s’étend de part et d’autre d’une soudure entre deux viroles du mât.Surveillance method according to claim 6, in which the interior zone of the mast extends on either side of a weld between two ferrules of the mast. Procédé de surveillance selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel on met en œuvre la phase d’apprentissage sur différentes portions de la surface puis on met en œuvre la phase de surveillance sur ces portions.Monitoring method according to one of Claims 1 to 7, in which the learning phase is implemented on different portions of the surface and then the monitoring phase is implemented on these portions. Dispositif (1) de surveillance d’une structure par traitement d’images numériques, comprenant un appareil (3) d’acquisition d’images et une unité de traitement d’images (8) reliée à l’appareil (3) et adaptée pour conserver en mémoire des images et mettre en œuvre un procédé de surveillance selon l’une des revendications 1 à 8.Device (1) for monitoring a structure by processing digital images, comprising an image acquisition device (3) and an image processing unit (8) connected to the device (3) and adapted for storing images in memory and implementing a monitoring method according to one of Claims 1 to 8. Eolienne comprenant un dispositif de surveillance selon la revendication précédente.Wind turbine comprising a monitoring device according to the preceding claim. Eolienne comprenant une pluralité de dispositifs de surveillance selon la revendication 9 agencés pour mettre en œuvre le procédé de surveillance selon la revendication 8.Wind turbine comprising a plurality of monitoring devices according to claim 9 arranged to implement the monitoring method according to claim 8. Programme d’ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre d’une des étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.Computer program comprising instructions suitable for implementing one of the steps of the method according to any one of Claims 1 to 8 when said program is executed on a computer.
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