Un système de traitement vidéo révolutionnaire détecte, amplifie et mesure les mouvements imperceptibles

Un système de traitement vidéo révolutionnaire pour détecter, amplifier et mesurer les mouvements imperceptibles

Les ingénieurs de RDI Technologies (Knoxville, Tennessee, États-Unis) ont développé un système de traitement vidéo sans contact révolutionnaire appelé Iris M qui utilise une caméra FLIR (autrefois Point Grey) pour détecter, amplifier et mesure les vibrations imperceptibles créées par les machines, éliminant ainsi tous les inconvénients propres à l'utilisation de techniques moins récentes.

Toutes les machines produisent des vibrations, certaines peuvent être caractéristiques de leur fonctionnement normal, et d'autres peuvent indiquer des signes précoces de mauvais fonctionnement. Dans le domaine de l'entretien préventif, la détection de signatures vibratoires est un élément clé du processus de diagnostic qui implique l'identification et la résolution de problèmes avant que des événements graves aient lieu. 

 

Le système Iris M de RDI Technologies utilise une caméra Grasshoppper3 2.3M pixel de Point Grey/FLIR montée sur un tripode Vanguard qui capte des images monochromes à une résolution par défaut de 1920 x 1050 et à une vitesse de 120 trames/sec.

Les données de la caméra sont transférées via une interface USB 3.0 vers une tablette où elles sont analysées à l'aide de l'un des logiciels propriétaires de l'entreprise afin de permettre à l'utilisateur de visualiser les signatures vibratoires des biens de l'entreprise telles que les machines.

Traditionnellement, ce processus est effectué en déployant des capteurs à fil, tels que des accéléromètres de contact sur les machines, pour surveiller les vibrations présentes. Une fois les données acquises par les capteurs, une analyse de la déflexion en fonctionnement est réalisée à partir des données afin d'obtenir un modèle animé des mouvements de la machine, permettant ainsi d'obtenir un modèle des vibrations à visualiser. 

Cependant, selon le Dr Jeff Hay, fondateur et CEO de RDI Technologies, cette technique présente des inconvénients. Non seulement le fait de prendre des mesures depuis de nombreux points de vue prend beaucoup de temps, cela implique également d'avoir accès à ces machines ou structures. Cela rend impossible son utilisation lorsque l'accès aux machines est restreint ou nul, ou lorsque celles-ci sont placées derrière des barrières ou des vitres. Plus encore, la prise de ces mesures par contact requiert souvent l'interruption de la machine afin de placer les accéléromètres, ce qui provoque des temps d'arrêt coûteux.

Biens d'imagerie

Dans le système Iris M, la caméra agit comme dispositif d'acquisition de données qui recueille les images vidéos à partir desquelles le mouvement peut être extrait et analysé. La caméra Grasshoppper3 2.3M pixel de FLIR (autrefois Point Grey), qui est montée sur un tripode Vanguard, capte des images monochromes à une résolution par défaut de 1920 x 1050 et à une vitesse de 120 trames/sec. Une fois acquises, les données de la caméra sont transférée par une interface USB 3.0 via des câbles verrouillés sur une tablette, un Getac F110 ou un Surface Book de Microsoft.

Le système Iris M offre la possibilité de prendre des mesures ponctuelles du déplacement absolu des biens des usines directement à partir d'images pouvant être utilisées pour quantifier le mouvement, au lieu d'interpréter des mesures ponctuelles pour déterminer les types de mouvement et les erreurs présentes.

« Un algorithme breveté de traitement vidéo appelé Motion Amplification qui fonctionne sur PC permet de visualiser les vibrations de la machine. Pour cela, il analyse les pixels de chaque image cadre par cadre afin de déterminer quels pièces de la scène sont en mouvement. Puis, il amplifie les modifications régulières de l'amplitude du mouvement de façon à le rendre visible à l’œil nu. Cela révèle les mouvements imperceptibles qui sont trop subtils pour être vus, améliorant ainsi notre compréhension des composants et des interactions qui créent des vibrations. » affirme le Dr Hay.

Via l'utilisation d'une interface utilisateur graphique sur PC, l'utilisateur peut sélectionner de nombreuses parties de l'image à analyser en profondeur. Une fois l'analyse accomplie, le logiciel du système affiche les données d'intensité dépendantes du temps associées à ces régions. De nombreuses fonctions mathématiques, telles que la Transformation de Fourier rapide (FFT) peuvent alors être utilisées pour convertir les données d'intensité dépendantes du temps en données d'intensité dépendantes de la fréquence. L'utilisateur a alors accès à l'amplitude et à la phase absolues non amplifiées de la vibration à différentes fréquences des sections sélectionnées de la scène.

Sensibilité et évolutivité

Depuis son lancement lors du 3ème trimestre de 2016, le système Iris M lui même a totalement transformé la façon dont les personnes observent le mouvement dans le secteur du contrôle des conditions des machines. Non seulement le système est simple à utiliser, il renvoie une imagerie vidéo facile à comprendre que l'utilisateur peut consulter pour mieux comprendre le comportement de la machine.

Selon le Dr Hay, le choix de la caméra Grasshopper de FLIR représente une des principales raisons du succès de ce système. La plage dynamique de la caméra lui permet de capturer des petites différences en intensité de pixel entre des régions de l'image très illuminées ou très sombres, permettant au logiciel du système d'extraire des modifications plus détaillées, autrement très difficiles à extraire.

L’algorithme Motion Amplification est cependant lui aussi très important. « En raison de son algorithme unique, le système Iris M est environ cent fois plus sensible pour mesurer les déplacements que les outils de mesure traditionnels basés sur des mesures. Plus encore, le système Iris M offre la possibilité de prendre des mesures ponctuelles du déplacement absolu directement à partir d'images pouvant être utilisées pour quantifier ce mouvement au besoin, au lieu d'avoir à interpréter des mesures ponctuelles pour déterminer les types de mouvement et les erreurs présentes. » affirme-t-il.

Le système Iris M est environ cent fois plus sensible pour mesurer les déplacements que les instruments de mesure basés sur des images

Un autre avantage important de la technologie est la vitesse à laquelle les données sont renvoyées et le niveau de détail des données. Contrairement aux systèmes de mesure par contact traditionnels, il s'agit d'un système extensible, étant donné que le mouvement de tous les biens présents dans le champ visuel de la caméra sont mesurés simultanément. Qui plus est, il peut être utilisé comme un bon outil de communication entre un utilisateur technique et non-technique car les causes fondamentales des problèmes avec les biens peuvent être perçues directement sur la vidéo.

Le nouveau système a été déployé dans une grande variété d'application pratiques. En plus de réaliser des contrôles d'état sur des biens industriels tels que des machines, le système Iris M peut également être utilisé pour analyser l'intégrité structurelle de ponts, d'immeubles et de structures similaires. Il peut également être utilisé dans des applications de supervision biométrique pour contrôler la respiration d'individus.