Utiliser l'IA pour la détection et la segmentation des fissures

Quand tu regardes une fissure sur une surface, cela peut sembler être un petit problème, mais c'est un bon indicateur précoce de dommages structurels graves. Par exemple, les ponts sont inspectés régulièrement pour détecter des fissures, et celles-ci représentent 90% de tous les dommages subis par les ponts chaque année. Traditionnellement, l'inspection des fissures est réalisée manuellement et peut prendre beaucoup de temps. L'intelligence artificielle (IA) peut intervenir pour simplifier la détection des fissures.

Au-delà des ponts, la détection des fissures par apprentissage profond est utile dans de nombreux environnements industriels. Elle aide à garantir l'intégrité des bâtiments dans la construction, prévient des temps d'arrêt coûteux dans la fabrication, et rend les inspections des routes et des pavements plus sûres et plus efficaces. Dans cet article, nous allons examiner de plus près comment tu peux utiliser l'IA et les modèles de vision par ordinateur tels que Ultralytics YOLOv8 pour détecter et segmenter les fissures beaucoup plus rapidement et facilement qu'avec les méthodes traditionnelles.

Qu'est-ce que la segmentation des fissures ?#

Avant de plonger dans la segmentation des fissures, comprenons ce qu'est la segmentation. La segmentation est une tâche de vision par ordinateur qui consiste à diviser une image en différentes régions ou segments. L'objectif est de simplifier l'image et de faciliter son analyse. La segmentation te donne une compréhension au niveau des pixels, tandis que des tâches comme la détection d'objets utilisent des boîtes englobantes pour identifier et localiser des objets.

Il existe différents types de techniques de segmentation :

• Segmentation sémantique : Cela signifie étiqueter chaque pixel d'une image avec une classe spécifique, telle que 'route', 'bâtiment' ou 'arbre'. Tous les pixels d'une même classe sont traités comme une seule entité.
• Segmentation d'instance : Contrairement à la segmentation sémantique, elle différencie les instances distinctes d'une même classe, comme différentes voitures dans une image.
• Segmentation panoptique : Elle combine les approches de segmentation sémantique et d'instance pour offrir une compréhension détaillée de la catégorisation au niveau des pixels et des instances d'objets distinctes dans une image.

Fig 1. Différences entre les techniques de segmentation : image originale (G), segmentation sémantique (H), segmentation d'instance (I) et segmentation panoptique (J).

En ce qui concerne la détection des fissures, la segmentation d'instance est un excellent choix. En segmentant chaque fissure de manière unique, nous pouvons les identifier et les analyser individuellement. Par exemple, nous pouvons calculer la surface d'une fissure en comptant le nombre de pixels qu'elle occupe dans l'image.

Comprendre comment fonctionne la segmentation des fissures#

La première étape pour mettre en œuvre la segmentation des fissures consiste à choisir la configuration de caméra adaptée, qui peut varier selon l'application. Si tu inspectes une structure plus vaste comme un bâtiment, l'utilisation de drones est peut-être la meilleure approche pour capturer des images haute résolution sous différents angles. D'un autre côté, si tu inspectes des tôles métalliques après fabrication, il est préférable d'utiliser des caméras fixes haute résolution positionnées stratégiquement pour capturer des images détaillées des surfaces.

Une fois ta configuration de caméra finalisée, tu peux entraîner un modèle de vision par ordinateur prenant en charge la segmentation d'instance, comme YOLOv8. Le Roboflow Universe Crack Segmentation Dataset contient des images annotées de fissures et peut être utilisé pour entraîner ton modèle. Tu peux également créer ton propre jeu de données en capturant et en annotant des images de fissures spécifiques à ton application.

Le modèle apprend à segmenter les fissures grâce à l'apprentissage supervisé. Pendant l'entraînement, il reçoit des images et des étiquettes indiquant où se trouvent les fissures. Le modèle ajuste ses paramètres internes pour minimiser la différence entre ses prédictions et les étiquettes réelles. Après l'entraînement, il peut être utilisé pour analyser de nouvelles images et segmenter chaque fissure individuellement.

Fig 2. Utilisation d'Ultralytics YOLOv8 pour la segmentation des fissures.

Applications industrielles de la segmentation des fissures#

La détection et la segmentation des fissures sont incroyablement utiles dans diverses applications industrielles, de la maintenance des infrastructures au contrôle qualité dans la fabrication. En identifiant et en analysant précisément les fissures, ces techniques aident à promouvoir la sécurité, la longévité et la qualité dans de nombreux domaines. Examinons quelques exemples.

Maintenir la qualité des routes et des chaussées#

Les fissures routières sont un problème courant causé par les conditions météorologiques, le trafic intense et l'usure naturelle. Les changements de température peuvent faire se dilater et se contracter la chaussée, menant à des fissures. Les véhicules lourds ajoutent une contrainte sur la surface de la route, et l'eau s'infiltrant dans les petites fissures peut les élargir et les approfondir avec le temps. Ces fissures peuvent entraîner une usure prématurée, des défaillances structurelles et augmenter le danger pour les usagers de la route. Une détection précoce grâce à la segmentation des fissures peut aider à rationaliser l'entretien routier.

Fig 3. Une fissure sur une route. Source de l'image : Envato Elements.

Les fissures détectées et segmentées grâce à la vision par ordinateur peuvent être classées selon leur gravité (faible, moyenne, élevée) en fonction de leur taille. Classifier les fissures aide les équipes de maintenance à établir des priorités. Par exemple, les fissures de haute gravité peuvent être traitées en priorité pour éviter des défaillances critiques et améliorer la sécurité routière, tandis que les fissures de gravité moyenne ou faible peuvent être planifiées pour des réparations ultérieures et des vérifications de routine. Ainsi, l'équipe de maintenance peut optimiser l'utilisation des ressources, réduire les coûts d'entretien et minimiser les perturbations pour les usagers.

Inspection et surveillance structurelles#

La détection des fissures peut également servir à maintenir la qualité et la sécurité des bâtiments et autres structures. Tout comme pour les routes, les bâtiments peuvent développer des fissures dues aux changements météorologiques, à la fatigue des matériaux et à l'usure normale. Les machines lourdes utilisées durant la construction peuvent également ajouter un stress supplémentaire sur les structures, provoquant davantage de fissures.

Fig 4. Utilisation d'un téléphone mobile pour prendre des photos pour la segmentation des fissures.

En identifiant et en traitant précisément les fissures, la durée de vie des bâtiments et des structures peut être significativement prolongée. Les données collectées par les systèmes de détection des fissures peuvent également servir à améliorer les normes et réglementations de construction. En analysant les modèles et les causes des fissures sur différents projets, les experts du secteur peuvent développer de meilleures pratiques et matériaux de construction.

Détection des fissures dans le secteur pétrolier et gazier#

Dans l'industrie pétrolière et gazière, la détection des fissures est essentielle pour maintenir la sécurité et la fiabilité des pipelines, des réservoirs de stockage et d'autres infrastructures vitales. Les pipelines couvrent souvent de longues distances et font face à des conditions environnementales difficiles qui peuvent provoquer des changements de pression et de la fatigue des matériaux, entraînant des fissures. Traditionnellement, la détection des fissures est effectuée à l'aide de racleurs de canalisation (pigs), de contrôles ultrasonores et de radiographie. Si ces fissures ne sont pas détectées et réparées rapidement, elles peuvent entraîner des problèmes graves tels que des fuites et des explosions. Les fissures dans cette industrie posent un risque énorme pour l'environnement et les êtres humains.

Fig 5. Travailleurs inspectant des réservoirs de gaz sur un train. Source de l'image : Envato Elements

La segmentation des fissures par vision par ordinateur permet une surveillance continue de l'état des pipelines. Les équipes de maintenance peuvent effectuer des réparations opportunes et prévenir des désastres potentiels en identifiant les fissures dès leur apparition.

Inspection automatisée des pièces manufacturées#

L'inspection automatisée par segmentation des fissures transforme le contrôle qualité dans la fabrication. Auparavant, la détection des fissures se faisait par des contrôles visuels, par ressuage et par magnétoscopie. En intégrant des systèmes avancés d'imagerie et de vision par ordinateur dans la ligne de production, les fabricants peuvent détecter même les plus petites fissures et les moindres défauts des pièces immédiatement après leur fabrication. Chaque composant peut être vérifié et façonné pour répondre à des normes de qualité élevées avant d'atteindre les clients.

L'inspection automatisée améliore la précision et l'efficacité, fournissant un retour en temps réel afin que les équipes de production puissent corriger rapidement tout problème. Cela réduit les coûts en limitant le besoin d'inspections manuelles et en prévenant les rappels coûteux. De plus, ces systèmes collectent des données précieuses sur les défauts, aidant à identifier des modèles et à améliorer les processus de fabrication, résultant en des produits plus sûrs et plus fiables.

Fig 6. Détection de fissures dans des pièces métalliques.

Avantages et inconvénients de la segmentation des fissures#

La détection des fissures par apprentissage profond offre de nombreux avantages, notamment une sécurité accrue et des décisions basées sur les données. Explorons quelques-uns des autres avantages de l'utilisation de la détection des fissures dans les environnements industriels :

• Pratiques durables : Prend en charge les pratiques de construction et de maintenance durables en réduisant le besoin de réparations et de remplacements importants, ce qui permet d'économiser des matériaux et des ressources.
• Perturbations minimisées : Planifier les réparations des fissures moins sévères lors d'une maintenance de routine aide à éviter des perturbations majeures des opérations et de l'utilisation.
• Conformité réglementaire : Aide à respecter les normes industrielles et les exigences réglementaires en assurant une inspection et un entretien réguliers des infrastructures.

Malgré ses avantages, la segmentation des fissures présente également quelques inconvénients. Les coûts d'infrastructure initiaux élevés peuvent inquiéter les plus petites organisations, et la complexité du système nécessite une formation et une maintenance continues. Voici quelques-uns des autres inconvénients de l'utilisation de la segmentation des fissures dans les applications industrielles :

• Faux positifs et négatifs : Peut identifier incorrectement ou échouer à détecter des fissures, menant à des réparations inutiles ou manquées.
• Défis de gestion des données : Génère de grandes quantités de données nécessitant des outils de stockage et d'analyse robustes.
• Facteurs environnementaux : Des conditions externes, comme une météo extrême ou une humidité élevée, peuvent affecter la précision et la fiabilité des systèmes de segmentation des fissures.
• Intégration aux systèmes existants : Intégrer la technologie de détection des fissures aux infrastructures et systèmes existants peut être difficile et nécessiter des modifications ou des mises à niveau supplémentaires.

Points clés#

La segmentation et la détection des fissures peuvent jouer un rôle vital pour maintenir nos infrastructures industrielles sûres et durables. En utilisant des technologies avancées comme l'apprentissage profond et la vision par ordinateur, nous pouvons repérer les problèmes structurels tôt et les réparer avant qu'ils ne deviennent des problèmes majeurs. Cette approche proactive fait gagner du temps et de l'argent tout en répondant aux normes de sécurité et réglementaires. De plus, elle soutient des pratiques durables en minimisant le besoin de réparations importantes. Malgré certains défis comme des coûts initiaux élevés et une complexité certaine, les avantages de la segmentation des fissures dans diverses industries en font un outil précieux pour maintenir et améliorer la qualité des infrastructures.

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