ISO 15708-1:2002

NORME ISO
INTERNATIONALE 15708-1
Première édition
2002-06-01
Essais non destructifs — Moyens utilisant
les rayonnements — Tomographie
informatisée —
Partie 1:
Principes
Non-destructive testing — Radiation methods —Computed tomography —
Part 1: Principles
Numéro de référence
©
ISO 2002
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Préambule .1
3 Symboles et abréviations .1
4 Exigences .2
5 Appareillage .9
6 Fondement théorique.15
7 Interprétation des résultats .26
8 Fidélité et biais.44
Annexe A (normative) Glossaire .45
Bibliographie.65

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 15708 peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15708-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 135, Essais non destructifs, sous-comité SC 5,
Moyens utilisant les rayonnements.
L'ISO 15708 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Essais non destructifs — Moyens
utilisant les rayonnements — Tomographie informatisée:
 Partie 1: Principes
 Partie 2: Pratiques d’examen
L’annexe A constitue un élément normatif de la présente partie de l'ISO 15708.
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Introduction
La présente partie de l’ISO 15708 est une introduction à la théorie et à l’utilisation de la tomographie informatisée
(TI). Elle débute par un tour d’horizon destiné aux lecteurs ayant une formation technique générale. Les articles
suivants, plus techniques, exposent les bases physiques et mathématiques de la technologie TI, les exigences du
matériel et les programmes informatiques compris dans l’appareillage de tomographie, ainsi que les mesures
fondamentales de performance du système.
La présente partie de l’ISO 15708 comprend également un glossaire complet (avec des points de discussion) des
termes propres à la TI, ainsi qu’une liste étendue de références renvoyant à des publications plus techniques sur le
sujet. L’intérêt primordial de la présente partie de l’ISO 15708 est d’établir des définitions consensuelles pour les
mesures fondamentales des caractéristiques de performance de la TI, grâce auxquelles les acheteurs et les
fournisseurs de systèmes et de services dans ce domaine pourront communiquer sans ambiguïté par référence à
une norme reconnue. Quelques équations particulièrement pertinentes sont aussi fournies pour les mesures de la
performance du système de TI par rapport à des paramètres de système fondamentaux.
NORME INTERNATIONALE ISO 15708-1:2002(F)

Essais non destructifs — Moyens utilisant les rayonnements —
Tomographie informatisée —
Partie 1:
Principes
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 15708 donne des lignes directrices concernant les principes généraux de la
tomographie informatisée (TI) au rayonnement X applicables à l’imagerie industrielle, et définit les termes qui s’y
rapportent. Elle présente également des lignes directrices relatives aux paramètres de performance de la
technique TI, avec des explications quant à la façon dont ces paramètres se rapportent aux spécifications du
système TI.
2 Préambule
La TI est une technique radiographique qui utilise essentiellement la même terminologie que celle des autres
techniques au rayonnement X. Un certain nombre de termes ayant néanmoins des significations ou des
implications particulières à la TI; ils apparaissent avec une explication en annexe A. Dans la présente partie de
l’ISO 15708, le terme «rayonnement X» est utilisé pour désigner un rayonnement électromagnétique pénétrant qui
peut toutefois être produit soit par des rayons X, soit par des rayons gamma.
3 Symboles et abréviations
 BW largeur du faisceau
 CDD finesse de contraste-dose
 TI tomographie informatisée
 CAT tomographie axiale informatisée
 DR radiographie numérique
 ERF fonction de réponse de bord
 LSF fonction de frange applicable aux lignes
 FTM fonction de transfert par modulation
 NDE évaluation non destructive
 PDF fonction de distribution de probabilités
 PSF fonction de frange applicable aux points
4 Exigences
4.1 Présentation succincte de la TI
La TI est une technique radiographique d’examen idéale pour localiser et évaluer la dimension d’éléments
volumétriques et plans en trois dimensions. Compte tenu de la pénétrabilité relativement bonne des rayons X et du
fait de la sensibilité des surfaces de captation à la chimie atomique, la TI permet la caractérisation physique et,
dans une mesure plus limitée, chimique non destructives de la structure interne de matières. En outre, du fait que
la méthode est basée sur l’emploi de rayons X, elle s’applique aussi bien aux éprouvettes métalliques et non
métalliques, aux matières solides et fibreuses, aux objets de surface lisse et irrégulière. Utilisées conjointement à
d’autres méthodes d’évaluation non destructive (NDE), notamment les ultrasons, les données TI permettent
d’obtenir des évaluations de l’intégrité de la matière qui ne peuvent être obtenues à l’heure actuelle de manière
non destructive par aucun autre moyen.
La présente partie de l’ISO 15708 est destiné à apporter une réponse à deux aspects généraux qui intéressent les
utilisateurs d’appareillages industriels de TI:
a) la nécessité de disposer d’un document didactique traitant des principes généraux de la TI au rayonnement X,
applicables à l’imagerie industrielle;
b) la nécessité de disposer d’un ensemble cohérent de définitions des paramètres de performance de la TI, y
compris la façon dont ces paramètres se rapportent aux spécifications du système TI.
Pour les utilisateurs et acheteurs potentiels, de même que pour les spécialistes de l’examen TI, la présente partie
de l’ISO 15708 sera une source d’informations utile pour déterminer si la méthode TI convient dans le cas de
problèmes d’examen spécifiques, pour prédire la performance du système TI dans des situations nouvelles et pour
mettre au point et prescrire de nouveaux modes de balayage.
La présente partie de l’ISO 15708 ne spécifie pas d’objets d’examen ni de modes opératoires pour comparer les
performances relatives de différents systèmes TI, et n’aborde pas non plus les questions techniques de l’examen
TI, telles que les meilleurs paramètres de balayage à choisir, les modes opératoires de balayage recommandés,
l’analyse de données d’image pour extraire l’information densitométrique ou l’établissement de critères
d’acceptation ou de refus applicables à un objet nouveau.
Les pratiques et les méthodes normalisées ne sont pas traitées dans la présente partie de l’ISO 15708. Le lecteur
est néanmoins rendu attentif au fait que les techniques d’examen sont en général spécifiques aux parties et aux
applications et que, en raison de la nouveauté de l’exploitation de la technique TI pour un usage industriel, aucun
consensus ne s'est encore dégagé dans de nombreux cas. La situation est encore compliquée par le fait que
l’appareillage et les performances de la technique TI progressent et s’améliorent toujours significativement. En
conséquence, plutôt que d’exposer des modes opératoires d’examens génériques, il a été jugé préférable de traiter
de manière approfondie les principes par lesquels des méthodes d’examen peuvent être mises au point ou des
méthodes existantes révisées.
L’avantage principal de la TI est qu’elle fournit des images densitométriques (c’est-à-dire densité et géométrie) de
coupes minces d’un objet. Du fait de l’absence de bruit structurel émis par des détails extérieurs au plan de coupe
à examiner, les images sont plus faciles à interpréter que les images radiographiques conventionnelles. Un
utilisateur sans expérience préalable de la technique peut apprendre très rapidement à lire des données TI
(souvent dès la première utilisation) du fait que les images TI correspondent plus étroitement à la manière dont
l’esprit humain visualise des structures en trois dimensions que ne le fait la radiographie conventionnelle par
projection. Étant numériques, les images peuvent en plus être améliorées, analysées, comprimées, archivées,
entrées comme données dans des calculs de performance, et comparées avec des données numériques d’autres
modalités d’évaluation non destructive, ou transmises à d’autres sites pour visualisation à distance. En outre, les
images TI présentent une meilleure discrimination au contraste sur des zones compactes. Cette fonctionnalité n’a
aucune analogie classique. La discrimination au contraste supérieure à 0,1 % à des niveaux de confiance de trois
sigmas sur des zones aussi infimes qu’un cinquième de un pour cent de la dimension de l’objet concerné est
courante.
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Avec un étalonnage correct, l’examen des dimensions et la détermination de la masse volumique peuvent
également être effectués avec une très grande exactitude. Concernant les dimensions, avec pratiquement tous les
systèmes TI, une résolution de pixels d’environ 1 pour 1 000 est possible, et des algorithmes métrologiques,
faisant appel à une connaissance a priori, peuvent souvent mesurer des dimensions d’environ un dixième de pixel
avec une exactitude de trois sigmas. Les valeurs d’atténuation peuvent également être reliées avec exactitude aux
densités des matières. Si l’on sait que les détails de l’image sont des éléments homogènes purs, les valeurs de
densité peuvent dans certains cas suffire pour identifier les matières. Si l’on ne dispose d’aucune information a
priori, les densités TI ne peuvent être utilisées pour identifier sans ambiguïté des matières inconnues, étant donné
que des composés d'une diversité presque infinie peuvent être visualisés et donner une atténuation qui pourra
prendre n’importe quelle valeur. Dans ce cas, la sensibilité exceptionnelle de la TI à la densité peut toujours être
utilisée pour déterminer la morphologie de l’objet et mettre en évidence des irrégularités de structure.
Dans certains cas, les balayages TI à double source d’énergie (DE) peuvent aider à identifier des composants
inconnus. Avec les balayages DE, on obtient des images exactes de la densité électronique et du nombre
atomique, permettant de mieux caractériser les matières. Pour des matières connues, ces indications
supplémentaires peuvent permettre d’améliorer la visibilité, la rapidité du balayage ou la caractérisation. Pour des
matières inconnues, ces indications supplémentaires peuvent souvent permettre d’établir de bonnes
approximations de la composition probable d’un objet donné.
La TI, en tant que technique numérique avec des données convertibles à d’autres formats, s’est avérée
intéressante pour les applications industrielles du prototypage rapide, de la rétro-ingéniérie et de la métrologie. Le
prototypage rapide peut être accompli à l’aide d’une classe de techniques de fabrication où les pièces sont
fabriquées selon des modèles informatiques dans une variété de matériaux. La stéréolithographie est l’une des
techniques qui peut utiliser les informations des coupes minces de la TI pour produire des pièces exactes en
polymère. À partir des coupes multiples de la TI, les images bidimensionnelles peuvent être assemblées pour
produire des représentations tridimensionnelles complètes des composants balayés. Les données entrées dans le
système stéréolitographique sont des informations décrivant le volume complet ou simplement le tracé de son
contour, les pièces que le système peut ainsi générer étant des pièces en polymère pleines ou creuses. Le choix
des données sera fondé sur les techniques d’usinage rapide utilisées dans le domaine d’application particulier.
Avec les méthodes de rétro-ingéniérie assistées par TI, les modèles anciens conçus sans programme de
conception assistée par ordinateur (CAO) peuvent accéder aux nombreuses techniques d’usinage rapide
disponibles actuellement. Dans le cas de la rétro-ingéniérie comme dans le cas du prototypage rapide, les images
bidimensionnelles peuvent être assemblées pour produire des représentations tridimensionnelles complètes de
composants balayés. De nombreux programmes permettent de transformer des données numériques obtenues
par TI en nuage de points – ensemble de points dans un espace tridimensionnel représentant la surface de la
pièce – ou par des contours CAO, qui peuvent être utilisés pour reconstituer la pièce. Les contours CAO produits à
partir des données TI ont été déterminés avec une précision de quelques millièmes de pouces. Ainsi les données
TI sont semblables à des données dimensionnelles obtenues à l’aide de différentes machines de mesure, mais
elles présentent plusieurs avantages:
a) les données TI sont acquises sans contact de la pièce;
b) les données TI fournissent non seulement des informations sur la surface, mais aussi des mesures exactes de
la structure interne;
c) les images TI peuvent être formées sur n’importe quel objet sans programmation particulière, quelle que soit la
complexité de la structure.
La métrologie des données TI, c’est-à-dire l’évaluation des mesurages dimensionnels, peut être réalisée par
différentes techniques. Des exemples de techniques courantes sont la mesure directe des données d’images TI, la
mesure du nuage de points, ou son enregistrement avec le modèle CAO pour produire une carte de variance
tridimensionnelle. Les écarts entre les données d’examen et les données de conception sont évalués en fonction
des tolérances nécessaires pour l’application.
Comme n’importe quelle autre méthode, la TI présente des limites. La plus fondamentale est que les objets à
examiner doivent être suffisamment petits pour pouvoir être placés dans le système de manipulation TI à
disposition et doivent être radiométriquement transparents aux sources de rayons X employées par le système
particulier. En outre, les algorithmes de reconstruction TI requièrent que l’appareil de balayage relève des données
sur 180° complets. Dans certains cas, la dimension de l’objet ou l’opacité limite la quantité de données qui peuvent
être relevées. S’il existe des méthodes permettant de corriger l’effet de données incomplètes sur des images utiles
du point de vue du diagnostic, ces images sont nécessairement moins bonnes que les images obtenues à partir
d’ensembles complets de données. Pour cette raison, il convient de considérer des ensembles de données
complets et la transparence radiométrique comme des exigences. La technologie TI actuelle peut traiter des
plages d’atténuation (rapport entre l’atténuation maximale et l’atténuation minimale) de quatre ordres de grandeur
environ. Cette information, conjointement à une estimation de la corde la pire à travers un objet nouveau et à la
valeur connue de l’énergie moyenne du flux de rayons X, peut permettre d’établir la faisabilité du balayage d’un
objet n’ayant pas subi d’examen préalable.
Une autre limitation éventuelle de l’imagerie TI tient à la présence possible d’artefacts dans les données. Dans ce
contexte, un artefact est un élément de l’image qui ne reflète pas exactement la structure vraie de l’objet examiné.
Étant donné qu’ils ne correspondent pas à la réalité, ces artefacts empêchent, d’un point de vue quantitatif,
l’utilisateur d’extraire d’une image des données sur la densité, la dimension ou autre. Ainsi, comme pour n’importe
quelle autre technique, l’utilisateur doit apprendre à reconnaître et savoir ne pas tenir compte des artefacts
courants. Certains artefacts d’images, comme le rayonnement diffusé et le bruit électronique, peuvent être réduits
ou éliminés avec la TI par des pratiques d’ingénierie améliorées. D’autres artefacts d’images, comme les stries de
bord et les effets de volume partiels, sont inhérents à la méthodologie. Certains artefacts présentent un peu de ces
deux caractéristiques. Un bon exemple en est l’artefact dit «de courbure», qui est dû aussi bien à la diffusion du
rayonnement (qui peut en principe être largement éliminée) qu’à la polychromaticité du flux de rayons X (qui est
inhérente à l’utilisation de sources de rayonnement de freinage).
Des examens complets de la pièce exigent des systèmes de stockage de données de grande capacité ou des
techniques d’affichage de pointe, ou les deux, et un outil pour aider l’opérateur à traiter la somme considérable de
données générées. On peut utiliser à cette fin un matériel graphique représentant l’état actuel de la technique et un
logiciel d’examen automatique. Ce type de logiciel d’acceptation et de refus automatique dépend toutefois de
l’objet et, à ce jour, il n’en a été développé et employé que dans un nombre limité de cas.
4.2 Description générale de la TI
La TI est une technique d’examen radiographique qui a recours à un ordinateur pour reconstruire une image à
partir d’un plan de coupe (tranche) à travers un objet. L’image qui en résulte est une représentation quantitative du
coefficient d’atténuation linéique de rayons X, µ, à chaque point du plan. Le coefficient d’atténuation linéique
caractérise la vitesse locale instantanée à laquelle les rayons X disparaissent du rayonnement incident lors de son
passage à travers l’objet (voir article 6), par diffusion ou absorption, durant le balayage. L’atténuation des rayons X
[20]
lorsqu'ils interagissent avec la matière est un phénomène bien étudié qui résulte de plusieurs mécanismes
d’interaction distincts. Pour les systèmes TI industriels avec une énergie maximale de rayons X inférieure à
quelques MeV, tous les effets, hormis quelques effets mineurs, peuvent être décrits comme la combinaison de
[20]
deux interactions: l’absorption photoélectrique et la diffusion Compton . L’interaction photoélectrique dépend
fortement du nombre atomique et de la densité du milieu absorbant; la diffusion Compton est avant tout fonction de
la densité électronique de la matière. L’atténuation photoélectrique domine à des énergies plus faibles et devient
plus importante avec un nombre atomique plus élevé, alors que la diffusion Compton domine à des énergies plus
élevées et devient plus importante à un nombre atomique plus faible. Dans certains cas particuliers, ces
corrélations peuvent être exploitées.
Une propriété particulièrement importante du coefficient total d’atténuation linéique est qu’il est proportionnel à la
densité du matériau, qui est évidemment une propriété physique fondamentale de toute matière. Le fait que les
images TI soient proportionnelles à la densité constitue peut-être l’intérêt principal de cette technologie et la raison
pour laquelle on croit souvent que les données d’images représentent la distribution de la densité du matériau dans
l’objet examiné. Il s’agit là pourtant d’une dangereuse simplification. Le coefficient d’atténuation linéique est
également lié à l’énergie, qui est une fonction de la composition de la matière. Cette caractéristique du coefficient
d’atténuation peut ou non (selon les matières et les énergies des rayons X) être plus importante que la
dépendance fondamentale par rapport à la densité. Dans certains cas, cet effet peut présenter l’inconvénient de
masquer les différences de densité dans une image TI. Dans d’autres, il peut présenter l’avantage de renforcer le
contraste entre des matières différentes de densité analogue.
La différence fondamentale entre la TI et la radiographie conventionnelle est représentée à la Figure 1. Dans la
radiographie conventionnelle, l’information sur un plan de coupe «P» est projetée sur une ligne unique «A-A», alors
qu’avec l’image TI associée, l’information spatiale complète est conservée. L’information TI procède par une
multitude d’observations successives systématiques à différents angles de visualisation, et une image est ensuite
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reconstituée par ordinateur. L’image est générée par une série d’éléments d’images discrets ou pixels. Une image
TI type peut être composée d'une matrice de valeurs d’atténuation de 512 par 512 ou de 1024 par 1024 pour un
seul plan de coupe à travers un échantillon. La carte bidimensionnelle du plan de coupe qui en résulte est une
image de l’objet examiné. Ainsi, grâce à la TI, on peut opérer une coupe à travers un objet exposé, examiner ses
caractéristiques internes, enregistrer les différentes atténuations, réaliser des observations dimensionnelles et
identifier toute anomalie éventuelle de la matière ou de la structure. En outre, une image tridimensionnelle de
l’intérieur peut être réalisée en superposant et en comparant des coupes TI adjacentes d’un objet exposé.
On voit aisément sur la Figure 1 que, si une caractéristique interne est décelée dans la radiographie
conventionnelle par projection, on ne peut en connaître la position sur la ligne de visibilité directe entre la source et
le film. Une meilleure indication de la position peut être obtenue avec d’autres radiographies prises à partir de
plusieurs angles de vue et par triangulation. La triangulation est une forme manuelle élémentaire de reconstruction
tomographique. Fondamentalement, une image TI est le résultat d’une triangulation de chaque point dans le plan à
partir de nombreuses directions différentes.
Étant donné le volume de données qui doit être recueilli et traité avec la TI, les balayages sont d’ordinaire effectués
par tranches successives. Un ensemble de mesures de l’atténuation des rayons X est effectué le long d’une série
de parcours projetés à différents emplacements sur la périphérie de l’article examiné. La première partie de la
Figure 2 illustre une série de mesures effectuées sur un objet contenant deux disques d’atténuation de diamètres
différents. La mesure d’atténuation des rayons X réalisée selon un angle particulier, φ , est traitée comme une
observation unique. Elle est indiquée par f(x′), où x′ représente la position linéaire de la mesure. La seconde partie
de la Figure 2 représente les mesures prises à plusieurs autres angles f(x′). Chaque mesure d’atténuation relevée
sur ces vues est numérisée et stockée dans un ordinateur, où elles sont ensuite traitées (par exemple normalisées
et corrigées) et filtrées (convolutionnées), comme examiné à l’article 6. L’étape suivante du traitement de l’image
est la rétroprojection des images, ce qui est également représenté à la seconde partie de la Figure 2. Cette
opération consiste à rétroprojeter chaque vue le long d’une ligne correspondant à la direction dans laquelle les
données de projection ont été recueillies. Lorsque suffisamment de vues sont employées, les rétroprojections
forment une reconstruction fidèle de l’objet. Même dans cet exemple simple, avec quatre projections seulement, la
concentration des rayons rétroprojetés commence déjà à restituer la dimension et la position relatives des
caractéristiques de l’objet original.

Légende
1 Radiogramme
2 Coupe (plan P)
3 Source de rayons X
4 Vue TI de la coupe (plan P)
Figure 1 — Comparaison d'une image TI et d'un radiogramme conventionnel
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a
Rayons X incidents.
Figure 2 — Illustrations schématiques du fonctionnement de la TI
4.3 Capacités du système
4.3.1 Généralités
La capacité d’un système TI à représenter des coupes minces d'un objet en font un puissant complément de
l’examen radiographique conventionnel. Comme dans tout système d’imagerie, un système TI ne peut pas
reproduire exactement l’objet examiné. La mesure dans laquelle une image TI reproduit l’objet est largement
fonction des influences concurrentes de la résolution spatiale, du bruit statistique et des artefacts du système
d’imagerie. Chacun de ces aspects est examiné brièvement ci-après. Un examen plus complet figure dans les
articles 7 et 8.
4.3.2 Résolution spatiale
L’imagerie radiographique est possible du fait que des matériaux différents ont des coefficients d’atténuation
différents du rayonnement X. Dans la tomographie informatisée, ces coefficients sont représentés sur un moniteur
sous la forme de dégradés de gris semblables à une image photographique ou en fausse couleur. La fidélité d’une
image TI dépend d’un certain nombre de facteurs de performance du système dont l’un des plus importants est la
résolution spatiale. La résolution spatiale caractérise l’aptitude d’un système TI à représenter des détails
structurels fins ou à localiser des caractéristiques infimes par rapport à un point de référence.
La résolution spatiale est généralement quantifiée en termes de la distance minimale à laquelle deux points
rapprochés peuvent être distingués comme des entités séparées. La valeur limitative de la résolution spatiale est
déterminée par la conception et la construction du système, par la quantité de données et par le programme
d’échantillonnage utilisé pour examiner l’objet à examiner. La précision du système mécanique détermine
l’exactitude avec laquelle les vues peuvent être rétroprojetées, et l'optique des rayons X détermine la finesse de
résolution des détails. Le nombre de vues et le nombre de mesures d’absorption simple par vue déterminent la
taille de la matrice de reconstruction qui peut être fidèlement reconstituée. Pour améliorer la résolution spatiale
dans une image, on peut réduire la taille des pixels jusqu’à ce que la limite inhérente établie par ces contraintes
soit atteinte. Au-delà de cette limite, la diminution de la taille des pixels n’améliorera pas la résolution spatiale et
risque en revanche de produire des artefacts dans l’image. Il peut néanmoins s’avérer utile, dans certaines
circonstances, de procéder à la reconstruction avec des pixels plus petits que ce qui devrait normalement être le
cas. Pour effectuer des contrôles dimensionnels, par exemple, travailler avec une image sur laquelle la taille des
pixels est quatre fois plus petite que l’espacement de l’échantillon peut présenter un avantage significatif.
Une autre technique, permettant d’améliorer la résolution spatiale dans des régions spécifiques de grands objets,
[59], [68]
est connue sous l’appellation de tomographie de région d’intérêt (ROI) . Cette tomographie reconstruit une
région convexe dans un objet, grâce à un dispositif de projection sur une maille d’échantillonnage spécifiée créant
une résolution supérieure dans cette zone réduite.
On peut aussi voir qu’une image TI donnée est équivalente à la pénombre (convolution) de la représentation
idéale de l’objet avec une fonction bidimensionnelle lisse de type gaussien, appelée fonction de frange applicable
aux points (PSF). La spécification de la PSF d’un système est une caractérisation importante d’un système TI, qui
peut être calculée assez exactement à partir des paramètres du système TI. L’effet de la fonction de frange est une
perte de netteté des caractéristiques de l’image TI. Le phénomène prend deux formes:
a) les objets petits apparaissent plus grands;
b) les limites précises apparaissent floues.
La perte de netteté de l’image d’objets petits diminue la résolution, car les images de deux petits objets
rapprochés, de type point, se superposent et risquent d’être assimilées à une caractéristique unique. La perte de
netteté de l’image de bords précis réduit la perceptibilité des frontières entre différents matériaux pour la même
raison. Cet effet est particulièrement important à l’interface entre des matériaux où le risque de désolidarisation est
une préoccupation primordiale. Ainsi, la connaissance de la fonction de frange d’un système TI est fondamentale
pour la spécification quantitative de la résolution maximale et du contraste qu’il est possible d’obtenir avec le
système en question.
NOTE Il convient de relever, car il s’agit d’une source d’erreurs d’interprétation courante, que la plus petite caractéristique
susceptible d’être détectée dans une image TI n’est pas la même que la plus petite caractéristique susceptible d’être distinguée
en résolution. Une caractéristique sensiblement plus petite qu’un pixel peut avoir une telle incidence sur le pixel auquel elle
correspond que celui-ci sera visiblement contrasté par rapport aux pixels adjacents. Ce phénomène, appelé «effet de volume
partiel», est examiné à l’article 6. La différence entre la résolution d’une petite caractéristique et la résolution de sa sous-
structure revêt une importance fondamentale pour la TI.
4.3.3 Bruit statistique
Toutes les images de certains types d’interactions physiques présentent un bruit statistique intrinsèque. En
radiographie, ce bruit provient de deux sources:
a) les variations statistiques intrinsèques dues au nombre fini de photons mesuré;
b) le type particulier d’instrumentation et de traitement utilisés.
En radiographie conventionnelle, le film sous-exposé est un bon exemple. Même sur une région d’exposition très
uniforme, un examen très attentif du film montre que seul un faible nombre de grains par unité de surface a été
exposé. Le choix d’un film à grains grossiers ou à grains fins illustre le bruit induit par l’instrumentation utilisée. Si
les films sont exposés pour produire une image avec une densité donnée, le film à grains fins présentera un bruit
statistique inférieur à celui du film à grains grossiers. En TI, le bruit statistique dans l’image apparaît comme une
variation aléatoire surajoutée au nombre TI de l’objet. Si une caractéristique est petite, il peut être difficile de
déterminer son niveau de gris médian et de le distinguer du matériau environnant. Ainsi, le bruit statistique limite la
discrimination au contraste dans une image TI.
Le bruit statistique est inévitable, mais son ampleur par rapport au signal désiré peut être réduite dans une certaine
mesure en cherchant à augmenter le signal désiré. Ceci peut être réalisé en augmentant la durée de balayage, la
sortie de la source de rayons X ou la dimension de celle-ci et des détecteurs. En général, le fait d’augmenter la
taille de la source et du détecteur a néanmoins pour effet de réduire la résolution spatiale. Le compromis entre la
résolution spatiale et le bruit statistique est une caractéristique fondamentale de la TI.
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4.3.4 Artefacts
Un artefact est une caractéristique d’une image qui ne correspond pas à une caractéristique physique de l'objet
exposé. Tous les systèmes d’imagerie, que ce soit en TI ou en radiographie conventionnelle, présentent des
artefacts. Les exemples d’artefacts courants en radiographie conventionnelle sont notamment des taches de
sous-développement sur un film, ou une diffusion produite par des objets de haute densité dans le champ des
rayons X. Dans les deux cas, un opérateur expérimenté saura qualitativement ne pas tenir compte de la présence
de ces artefacts.
Les artefacts TI se manifestent de diverses manières, étant donné que l’image TI est calculée à partir d’une série
de mesures. Un artefact courant, causé par le durcissement du faisceau, se manifeste sous forme de «tuilage»,
c’est-à-dire par un gradient radial faux dans la densité, qui donne des valeurs anormalement faibles au centre d’un
objet uniforme et des valeurs élevées à sa périphérie. Les artefacts qui apparaissent aux interfaces entre
matériaux de densités différentes sont plus subtils. À de telles frontières de densité, il y a souvent suroscillation ou
sous-oscillation du profil de densité. Le profil de densité à l’interface doit être bien caractérisé de façon à ne pas
obscurcir les délaminages et les séparations. S’il n’est pas bien caractérisé, il en résultera des situations avec
fausses indications positives, voire pire, sans détection des défauts. Il est donc important de connaître la classe
d’artefacts associée à l’examen réalisé et d’établir des limites quantitatives pour chaque type d’artefact particulier.
Dans les images TI, certains artefacts sont inhérents à la physique et à la mathématique de la technologie
employée et sont impossibles à éliminer. D’autres sont dus à des défauts de conception du matériel et du logiciel
et peuvent être éliminés en améliorant le système.
Les types d’artefacts et leur gravité sont deux des facteurs qui distinguent deux systèmes TI ayant par ailleurs des
spécifications identiques. L’utilisateur doit comprendre les différences existant entre ces artefacts et la manière
dont ils affecteront la détermination des variables à mesurer. Par exemple, les mesures absolues de la densité
seront fortement influencées par des artefacts de tuilage non compensés, mais ces mêmes artefacts n’affecteront
probablement pas la détectabilité de fissures radiales.
5 Appareillage
5.1 Sous-systèmes
Les systèmes TI modernes, utilisés en applications tant industrielles que médicales, sont composés d’un certain
nombre de sous-systèmes, dont la configuration la plus classique est représentée à la Figure 3.

Légende
1 Source de rayonnement   5 Ordinateur
2 Objet examiné    6 Système d’affichage graphique
3 Détecteurs    7 Stockage des données
4 Assemblage mécanique
Figure 3 — Composants types d’un système TI
Pour ces sous-systèmes, le choix des composants dépend de l’application particulière pour laquelle le système est
conçu; cependant, la fonction de chacun des sous-systèmes est commune à presque tous les explorateurs TI. Les
différents sous-systèmes sont les suivants:
a) interface opérateur;
b) source de rayonnement pénétrant;
c) détecteur de rayonnement ou réseau de détecteurs;
d) dispositif mécanique de balayage;
e) système informatique;
f) système d’affichage graphique;
g) système de stockage des données.
5.2 Interface opérateur
L’interface opérateur détermine la maîtrise que l’opérateur peut avoir sur le système. Pour l’utilisateur, l’interface
opérateur est le sous-système le plus important, car elle conditionne tout, de la facilité d’utilisation à la possibilité
d’exécuter des séquences de balayage répétitives. En bref, l’interface opérateur détermine comment le système
est utilisé.
5.3 Source de rayonnement
Les explorateurs TI industriels utilisent trois grands types de sources de rayonnement:
a) les tubes radiogènes;
b) les accélérateurs linéaires;
c) les isotopes.
Les deux premiers grands spectres énergétiques sont des sources électriques, polychromatiques ou de
rayonnements de freinage, le troisième spectre concernant les sources radioactives monoénergétiques. Le choix
de la source de rayonnement est dicté par les mêmes règles que celles qui régissent le choix de la source de
rayonnement pour les applications d’images radiographiques conventionnelles. La plupart des explorateurs TI
existants font appel aux sources électriques de rayonnement de freinage: tubes radiogènes ou accélérateurs
linéaires. L’un des principaux avantages de l’utilisation d’une source de rayonnement électrique plutôt que d’une
source radio-isotopique est que le flux de photons généré est beaucoup plus élevé, ce qui permet des temps de
balayage plus courts. Le principal inconvénient de l’utilisation d’une source radiogène est l’effet de durcissement
de faisceau associé aux flux polychromatiques. Le durcissement de faisceaux résulte de l’absorption préférentielle
par l’objet des photons de faible énergie du spectre de rayonnement continu. La plupart des explorateurs médicaux
utilisent comme source un tube émetteur de rayons fonctionnant avec une tension de 120 kV à 140 kV. Les
explorateurs industriels conçus pour une pénétration modérée utilisent également des tubes radiogènes, mais ils
fonctionnent d’ordinaire à des tensions plus élevées, en général entre 200 kV et 400 kV. Les systèmes conçus
pour examiner des objets très volumineux, les moteurs de fusée par exemple, utilisent un rayonnement de freinage
à haute énergie produit par des accélérateurs linéaires. Ces sources ont un flux élevé et une bonne pénétration,
mais elles ont également un large spectre continu auquel est associé l’effet de durcissement de faisceau. Les
sources isotopiques sont intéressantes pour certaines applications. Par rapport aux sources radiogènes, les
isotopes monoénergétiques, tels que le Cesium-137 et le Cobalt-60, ne posent pas les problèmes associés au
durcissement de faisceau, et présentent en outre d’autres avantages, qui sont importants dans certaines
applications, en particulier du fait qu’ils ne requièrent pas de source d’alimentation encombrante ou consommatrice
d’énergie et qu’ils ont une intensité de sortie intrinsèquement plus stable. L’intensité des sources isotopiques
disponibles est toutefois limitée par l’activité spécifique (photons/seconde/gramme de matériau). L’intensité a une
incidence sur le rapport signal/bruit et, plus important encore, l’activité particulière détermine la dimension du foyer
émissif de la source et donc la résolution spatiale. Ces deux facteurs ont tendance à limiter l’application industrielle
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des explorateurs isotopiques. Ils peuvent néanmoins être utilisés dans certaines applications où la résolution ou la
durée de balayage ne sont pas critiques.
5.4 Détecteurs de rayonnement
5.4.1 Généralités
Un détecteur de rayonnement est utilisé pour mesurer la transmission des rayons X à travers l’objet sur les
différentes trajectoires des rayons. Le détecteur sert à convertir le flux de rayons X incident en un signal électrique,
qui peut ensuite être traité par des techniques classiques de traitement électronique. Il convient que le nombre de
sommes de rayons dans une projection soit comparable au nombre d’éléments sur le côté de la matrice d’images.
Pour cette raison les explorateurs modernes utilisent des grands réseaux de détecteurs qui comportent souvent
plusieurs centaines ou plusieurs milliers de capteurs. Il existe principalement deux types généraux de détecteurs
d’usage courant
a) les détecteurs à ionisation de gaz;
b) les détecteurs compteurs de scintillation.
5.4.2 Détecteurs à ionisation
Avec ce type de transducteur, les rayons X pénétrants ionisent un élément noble, qui peut être à l’état gazeux ou,
si la pression est suffisamment forte, à l’état liquide. Les électrons ionisés sont accélérés par un potentiel appliqué
à une anode en produisant une charge proportionnelle au signal incident. Les détecteurs à ionisation utilisés dans
les systèmes TI sont en général utilisés dans un mode à intégration de courant plutôt que dans un mode à
comptage d’impulsions. Certaines applications de la technique peuvent comporter une amplification de charges.
Les détecteurs à ionisation sont robustes et adaptables à différentes applications. Le système détecteur peut être
segmenté pour créer des réseaux linéaires comprenant plusieurs centaines de capteurs discrets. Ce type de
détecteurs, qui a été utilisé de manière concluante avec des rayons X de 2 MV, semble être également intéressant
avec des énergies supérieures.
5.4.3 Détecteurs de sci
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