Utilisation de l'IA pour la détection et la segmentation des fissures

Lorsque 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 à la recherche de fissures, et celles-ci représentent 90 % de tous les dommages causés aux ponts chaque année. Traditionnellement, l'inspection des fissures se fait 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 à l'aide de l'apprentissage profond est utile dans de nombreux contextes industriels. Elle permet de garantir l'intégrité des bâtiments dans la construction, d'éviter des temps d'arrêt coûteux dans la fabrication et de rendre les inspections des routes et des chaussées plus sûres et plus efficaces. Dans cet article, nous allons examiner de plus près comment tu peux utiliser des modèles d'IA et de vision par ordinateur tels que. Ultralytics YOLOv8 pour détecter et segmenter les fissures beaucoup plus rapidement et facilement que les méthodes traditionnelles.

Qu'est-ce que la segmentation des fissures ?

Avant de nous 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 la rendre plus facile à analyser. La segmentation te donne une compréhension au niveau du pixel, alors que des tâches comme la détection d'objets utilisent des boîtes de délimitation pour identifier et localiser les objets. 

Il existe différents types de techniques de segmentation :

• Segmentation sémantique : Il s'agit d'étiqueter chaque pixel d'une image avec une classe spécifique, telle que "route", "bâtiment" ou "arbre". Tous les pixels de la même classe sont traités comme une seule entité.
• Segmentation par instance: Contrairement à la segmentation sémantique, elle permet de différencier des instances distinctes de la même classe, comme différentes voitures sur une image.
• Segmentation panoptique : Elle mélange les approches de segmentation sémantique et d'instance pour donner une compréhension détaillée de la catégorisation au niveau du pixel et des instances d'objets distincts dans une image.

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En ce qui concerne la détection des fissures, la segmentation des instances est un excellent choix. En segmentant de façon unique chaque fissure, 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 sur l'image.

Comprendre le fonctionnement de la segmentation des fissures

La première étape de la mise en œuvre de la segmentation des fissures consiste à envisager la bonne configuration de caméra, qui peut différer en fonction de l'application. Si tu inspectes une structure plus grande comme un bâtiment, l'utilisation de drones peut être la meilleure approche pour capturer des images haute résolution sous différents angles. En revanche, si tu inspectes des feuilles de métal après leur fabrication, il serait préférable d'utiliser des caméras fixes à haute résolution positionnées stratégiquement pour capturer des images détaillées des surfaces.

Une fois que tu as finalisé la configuration de ta caméra, tu peux entraîner un modèle de vision artificielle qui prend en charge la segmentation des instances, tel que YOLOv8. L'ensemble de données de segmentation des fissures de l'universRoboflow contient des images annotées de fissures et peut être utilisé pour entraîner ton modèle. Tu peux également créer ton propre ensemble 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'apprentissage, il est alimenté par 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'apprentissage, il peut être utilisé pour analyser de nouvelles images et segmenter chaque fissure de façon unique.

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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 de la qualité dans la fabrication. En identifiant et en analysant avec précision les fissures, ces techniques contribuent à promouvoir la sécurité, la longévité et la qualité dans de nombreux domaines. Jetons un coup d'œil à quelques exemples.

Maintenir la qualité des routes et des chaussées

Les fissures dans les routes sont un problème courant causé par les conditions météorologiques, le trafic intense et l'usure naturelle. Les changements de température peuvent provoquer l'expansion et la contraction de la chaussée, ce qui entraîne l'apparition de fissures. Les véhicules lourds ajoutent du stress à la surface de la route, et l'eau qui s'infiltre dans les petites fissures peut les élargir et les approfondir avec le temps. Ces fissures peuvent entraîner une usure prématurée, des défaillances structurelles et un danger accru pour les personnes qui conduisent sur la route. La détection précoce à l'aide de la segmentation des fissures peut aider à rationaliser l'entretien des routes.

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Les fissures détectées et segmentées à l'aide de la vision par ordinateur peuvent être classées en niveaux de gravité faible, moyenne et élevée en fonction de leur taille. La classification des fissures aide les équipes de maintenance à établir des priorités. Par exemple, les fissures de gravité élevée peuvent être traitées en premier pour prévenir les défaillances critiques et améliorer la sécurité routière, tandis que les fissures de gravité moyenne et faible peuvent être programmées pour des réparations ultérieures et des contrôles de routine. En procédant ainsi, l'équipe d'entretien peut optimiser l'utilisation des ressources, réduire les coûts d'entretien et minimiser les perturbations pour les usagers de la route.

Inspection et surveillance des structures

La détection des fissures peut également être utilisée pour maintenir la qualité et la sécurité des bâtiments et autres structures. Tout comme les routes, les bâtiments peuvent développer des fissures en raison des changements climatiques, de la fatigue des matériaux et de l'usure régulière. Les machines lourdes utilisées pendant la construction peuvent également exercer une pression supplémentaire sur les structures, ce qui provoque davantage de fissures. 

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En identifiant et en traitant avec précision les fissures, la durée de vie des bâtiments et des structures peut être considérablement prolongée. Les données recueillies par les systèmes de détection des fissures peuvent également être utilisées pour améliorer les normes et les réglementations en matière de construction. En analysant les schémas et les causes des fissures dans différents projets, les experts du secteur peuvent mettre au point de meilleures pratiques et de meilleurs matériaux de construction. 

Détection des fissures dans le pétrole et le gaz

Dans l'industrie du pétrole et du gaz, 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 sont confrontés à des conditions environnementales difficiles qui peuvent provoquer des changements de pression et une fatigue des matériaux, entraînant l'apparition de fissures. Traditionnellement, la détection des fissures se fait à l'aide de jauges d'inspection des pipelines (piges), de tests ultrasoniques et de radiographie. Si ces fissures ne sont pas détectées et réparées rapidement, elles peuvent entraîner de graves problèmes tels que des fuites et des explosions. Dans ce secteur, les fissures représentent un risque énorme pour l'environnement et les humains.

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La segmentation des fissures à l'aide de la vision par ordinateur permet de surveiller en permanence l'état des pipelines. Les équipes de maintenance peuvent effectuer des réparations en temps voulu et prévenir les catastrophes potentielles en identifiant les fissures à un stade précoce.

Inspection automatisée des pièces de fabrication

L'inspection automatisée utilisant la segmentation des fissures transforme le contrôle de la qualité dans la fabrication. Auparavant, la détection des fissures se faisait par des contrôles visuels, des contrôles par ressuage et des contrôles par particules magnétiques. En intégrant des systèmes avancés d'imagerie et de vision par ordinateur à la chaîne de production, les fabricants peuvent détecter les moindres fissures et défauts des pièces immédiatement après leur fabrication. Chaque composant peut être vérifié et mis en conformité avec des normes de haute qualité avant d'arriver chez les clients. 

L'inspection automatisée améliore la précision et l'efficacité, en fournissant un retour d'information en temps réel pour que les équipes de production puissent rapidement résoudre les problèmes. Cela permet de faire des économies en réduisant le besoin d'inspections manuelles et en évitant des rappels coûteux. De plus, ces systèmes recueillent des données précieuses sur les défauts, ce qui permet d'identifier des schémas et d'améliorer les processus de fabrication, avec pour résultat des produits plus sûrs et plus fiables.

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Avantages et inconvénients de la segmentation des fissures

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

• Pratiques durables: Soutient les pratiques de construction et d'entretien durables en réduisant le besoin de réparations et de remplacements importants, en économisant les matériaux et les ressources.
• Perturbations minimisées : Programmer les réparations des fissures moins graves lors de l'entretien de routine permet d'éviter les perturbations majeures des opérations et de l'utilisation.
• Conformité aux réglementations : Aide à respecter les normes de l'industrie et les exigences réglementaires en assurant l'inspection et l'entretien réguliers de l'infrastructure.

Malgré ses avantages, la segmentation par fissures présente aussi quelques inconvénients. Les coûts initiaux élevés de l'infrastructure peuvent être préoccupants pour les petites entreprises, 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 : Peuvent identifier à tort ou ne pas détecter les fissures, ce qui entraîne des réparations inutiles ou manquées.
• Défis liés à la gestion des données : Génère de grandes quantités de données qui nécessitent des outils de stockage et d'analyse robustes.
• Facteurs environnementaux : Les conditions extérieures, telles que des conditions météorologiques extrêmes ou une forte humidité, peuvent affecter la précision et la fiabilité des systèmes de segmentation des fissures.
• Intégration aux systèmes existants : L'intégration de la technologie de détection des fissures à l'infrastructure et aux systèmes existants peut s'avérer difficile et nécessiter des modifications ou des mises à niveau supplémentaires.

Principaux enseignements

La segmentation et la détection des fissures peuvent jouer un rôle essentiel pour que nos infrastructures industrielles restent sûres et durables. En utilisant des technologies de pointe comme l'apprentissage profond et la vision par ordinateur, nous pouvons repérer rapidement les problèmes structurels et les réparer avant qu'ils ne deviennent des problèmes importants. Cette approche proactive permet d'économiser du temps et de l'argent tout en respectant les normes de sécurité et de réglementation. De plus, elle soutient les pratiques durables en minimisant le besoin de réparations importantes. Malgré certains défis comme les coûts initiaux élevés et la complexité, 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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