Fast and advanced ultrasonic imaging methods for non destructive testing of attenuative and diffusive materials. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

Fast and advanced ultrasonic imaging methods for non destructive testing of attenuative and diffusive materials.

Méthodes d'imagerie ultrasonore avancées et rapides pour le contrôle non destructif de matériaux atténuants et diffusants

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Abstract

The development of multi-element probes and continuous progress in electronics have favored the generalization of ultrasonic imaging methods for non destructive testing (NDT). In particular, the total focusing method is widely used due to its simplicity and real-time capability. Nevertheless, the resolution and contrast of the resulting images are limited due to the oscillating nature of the ultrasonic wave. This work addresses ultrasonic imaging from an inverse problem perspective. Retrieving the reflectivity map from ultrasonic measurements acquired with band-limited transducers is an ill-posedproblem. In this work, we develop inversion methods based on a regularization framework that enhances both the sparsity and the spatial smoothness of the reconstructed solution. Therefore, we assume that the reflectivity map is mainly homogeneous and possibly contains only few reflectors of small size. A first contribution describes the implementation and the inversion of a linear model that relates the raw, large-size, ultrasonic data to the reflectivity image, through a matrix containing the ultrasonic waveforms. A second contribution consists in projecting the previous model involving raw ultrasonic data in the space domain through a linear beamforming method. The size of the resulting model is therefore reduced, and its inversion can be interpreted as a deconvolution problem with a non stationary point spread function and colored noise. We hence propose an interpolation model in order to obtain a computationally efficient method. Finally, the last part of this work consists in applying the proposed methods to media with complex acoustic properties, such as frequency attenuation and dispersion, where the ultrasonic waveform is distorted during propagation. These algorithms are applied to synthetic data and practical NDT cases and show superior resolving capabilities compared to standard methods, at the cost of higher computational complexity.
Le developpement de sondes multielements et les progres continus en electronique ont favorise l’emergence des methodes d’imagerie ultrasonore pour le controle non-destructif (CND). En particulier, les approches lineaires de type formation de voies sont largement utilisees pour leur simplicite et leur rapidite, rendant possible l’imagerie en temps reel. Neanmoins, la resolution et le contraste des images reconstruites sont limites par la nature oscillante de l’onde ultrasonore. Cette these aborde l’imagerie ultrasonore sous l’angle des problemes inverses. La reconstruction de l’image de reflectivite a partir de mesures ultrasonores, dont l’information est limitee par la bande passante des transducteurs, est un probleme inverse mal pose. Dans ces travaux, nous adoptons des techniques d’inversion par regularisation favorisant la reconstruction de solutions a la fois parcimonieuses et lisses spatialement, i.e., d’extension spatiale limitee. Nous cherchons ainsi a reconstruire une carte de reflectivite d’un milieu globalement sain, ne contenant eventuellement que quelques reflecteurs de petite taille. Une premiere contribution decrit la mise en oeuvre et l’inversion d’un modele lineaire reliant les donnees brutes de grande taille a la reflectivite du milieu, via un operateur contenant les formes d’ondes ultrasonores. Un deuxieme axe est base sur la projection du modele de donnees ultrasonores dans l’espace image via une technique de formation de voies. L’inversion du modele resultant, de plus petite taille, est alors interpretee comme un probleme de deconvolution a reponse impulsionnelle variable spatialement et a bruit colore. Un modele interpolateur est propose, permettant une inversion rapide. Un dernier axe de travail adapte ces methodes a des milieux ayant des proprietes acoustiques complexes telles que l’attenuation frequentielle et la dispersion, pour lesquels l’onde acoustique se deforme lors de sa propagation. Les methodes proposees sont evaluees sur des donnees synthetiques et appliquees a des exemples concrets de CND. Un pouvoir de resolution bien superieur aux methodes standard est obtenu, au prix d’une complexite calculatoire plus elevee.
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Dates and versions

tel-03651196 , version 1 (25-04-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03651196 , version 1

Cite

Nans Laroche. Méthodes d'imagerie ultrasonore avancées et rapides pour le contrôle non destructif de matériaux atténuants et diffusants. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. École centrale de Nantes, 2021. Français. ⟨NNT : 2021ECDN0036⟩. ⟨tel-03651196⟩
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