Traitement numérique d’images

Les images acquises en paires stéréoscopiques au MEB sont traitées numériquement afin d’en déduire, après essai, la densité moyenne locale de corrosion galvanique à l’interface fibre/matrice. La réussite des techniques d’analyse images présentées ci-dessous dépend fortement de la qualité des images acquises initialement : résolution, netteté, contraste, luminosité. Il est notamment indispensable que les deux images d’une paire stéréoscopique soient de qualité quasi-identique. L’analyse numérique se scinde en deux étapes successives : 9la stéréophotogrammétrie numérique reconstruit les images acquises au MEB en images

en trois dimensions.

9la topographie numérique traite les images en trois dimensions afin d’en extraire des informations quantitatives, tels que le volume et la surface de la cavité.

a) Stéréophotogrammétrie numérique

Cette technique de traitement d’images se base sur l’aptitude du cerveau humain à reconstruire la troisième dimension de l’environnement à partir de deux images. La troisième coordonnée spatiale, ou côte, d’un point dépend de la différence de position entre ce point et son point dit homologue sur les deux images perçues par l’œil gauche et l’œil droit.

L’observation d’images en 3D consiste donc à traduire ces deux images en points puis à faire correspondre ces points homologues pour en déduire leurs côtes.

L’algorithme informatique du logiciel Stéréovision de Röntec se base sur le même principe pour reconstruire en trois dimensions deux images acquises au microscope électronique à balayage avec un angle de tilt de 6°. La différence de position de deux points sur les images de la paire stéréoscopique est appelée parallaxe ; elle consiste en la différence des longueurs de déplacement de ces points par rapport à l’axe de la prise de vue, autour duquel s’effectue l’angle de tilt. Pour chaque couple de points homologues, la parallaxe est calculée et la côte finale du point de l’image 3D en est déduite. Une matrice de points est

sélectionnée sur l’image dite de référence et la matrice des points homologues est recherchée par le logiciel sur l’image de mesure. La matrice choisie pour la démonstration contient 10.000 points (figure III.10).

Le résultat du calcul est acquis sous forme d’images texturées (figure III.11), en trois dimensions ou en niveaux de gris continus, et sous forme d’un fichier de données, regroupant les trois coordonnées spatiales des points de la matrice. Les couleurs extrêmes sur l’image texturée (noir et blanc) correspondent aux erreurs de reconstruction, par non reconnaissance des points homologues sur les deux images de la paire stéréoscopique. Ce calcul aura permis de déterminer les coordonnées spatiales de 9606 points sur les 10.000 interpolés, soit une erreur de reconstruction sur 394 points. Ces informations sont ensuite traitées par analyse topographique numérique.

Le logiciel Stéréovision permet également d’extraire des profils à partir d’une paire stéréoscopique, en sélectionnant sur l’image de référence, non pas une matrice de points mais une ligne de points (figure III.12). Le profil permet d’accéder à la rugosité de la surface, c’est- à-dire à la profondeur des cavités.

Figure III.10 : Matrices des 10.000 points de référence sélectionnés et des points homologues calculés sur les deux images acquises au MEB de la fibre et de sa cavité de corrosion.

Figure III.11 : Résultat du calcul en niveaux de gris texturé.

Figure III.12 : Profil en ligne de la cavité, reconstruit à partir de 100 points

b) Topographie numérique

Le traitement des images en trois dimensions nécessite ensuite un logiciel de topographie, pouvant analyser les états de surface en terme de profondeur. Une image bidimensionnelle en niveaux de gris continus est nécessaire pour l’analyse métrologique, ainsi que l’amplitude maximale de cette échelle de couleur. Ces deux informations sont directement issues de la reconstruction en trois dimensions de la paire stéréoscopique par le logiciel Stéréovision. L’amplitude maximale en niveau de gris de l’image correspond à l’amplitude maximale de la côte z parmi les points de la matrice, dont le point homologue a été identifié.

Cette précision est utile car tous les points de la matrice choisie sur l’image de référence n’ont pas leurs homologues sur l’image de mesure. Cette limite de l’analyse numérique est essentiellement due, d’une part à la qualité des images acquises au microscope électronique à balayage et d’autre part à la nature même de la surface étudiée, en terme de complexité de rugosité. Les points non associés sur les images de la paire stéréoscopique se traduisent par des erreurs topographiques sur l’image en trois dimensions, le plus souvent des pics de côtes très élevées par rapport au reste de la surface. Ces erreurs de reconstruction tridimensionnelle induisent une échelle de niveaux de gris d’amplitude très grande par rapport à celle de l’image en deux dimensions.

Ces défauts sont cependant supprimés par le logiciel de métrologie en comparant l’état de surface de l’image 3D à l’image 2D acquise au microscope électronique à balayage.

Chaque pic ou creux existant doit se traduire par une variation de niveau de gris sur une image M.E.B.. Chaque pic ou creux n’existant donc pas réellement est facilement identifiable sur l’image tridimensionnelle ; sa côte finale est ensuite recalculée par interpolation du voisinage, de manière à lisser localement la surface sélectionnée manuellement.

La rugosité de la surface réaliste ainsi obtenue peut être quantifiée par différents calculs tels que les mesures de volume d’un creux ou d’une bosse, de sa profondeur, de son aire, ou bien des mesures de distances et de dénivelés entre deux points.

Ces différentes étapes de l’analyse métrologique sont présentées à la figure III.13.

-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5

0 2 4 6 8 10

D is tance (µm)

Profondeur (µm)

Carbone Aluminium

Figure III.13 : Les différentes étapes de l’analyse métrologique.

Etape 1 – Effacement des défauts de surface : le résultat de l’opération est comparé à l’image MEB.

Etape 2 – Reconstruction en trois dimensions de l’image.

Etape 3 – Calcul du volume, de la surface et de la profondeur de la cavité.

Aire développée 170 Pm2

Complexité 58.4 % Profondeur 1.7 Pm Volume 69.1 Pm3

Etape 1

Etape 2

Etape 3

La reconstruction en trois dimensions de la cavité permet de constater qu’après plusieurs heures d’immersion, la corrosion se propage le long de l’interface fibre/matrice et non plus perpendiculairement à la fibre. Ces constats expérimentaux sont associés à la proposition de mécanisme de la piqûration des alliages d'aluminium de Reboul[1997] pour schématiser le processus de corrosion galvanique à l'interface carbone/aluminium (figure III.14).

Figure III.14 : Proposition de mécanisme de la corrosion galvanique à l'interface C/Al.

Les mesures de volume 'V et de surface SA de la cavité permettent d’accéder, par application de la loi de Faraday (I.3), à la cinétique moyenne de corrosion localisée à l’interface fibre/matrice, c’est-à-dire i_GALV (III.1).

i_GALV =

ǻVǻt M

F n S

1

A

U (III.1)

= 0,0536.10^-6 A.m^-2 = 536 µA.cm^-2

Cette valeur sera corrélée par la densité de courant calculée ci-dessous à t=61 h.