Le traitement de l'image

Article 4
Ivoire... pour mieux voir
Rail & Recherche n°30 - janvier/février/mars 2004

Précieux Ivoire ! Le projet Ivoire I (inspection de la voie par imagerie rapide embarquée) a été lancé en 1995 par la SNCF. Outil automatique embarqué d’auscultation de la table de roulement du rail, Ivoire détecte des empreintes de ballast sur les lignes à grande vitesse. Depuis 2000, Ivoire II a été industrialisé et déployé par la direction de l’Infrastructure en partenariat avec la société Cybernetix, de Marseille.

L’empreinte de ballast est un défaut aléatoire des lignes à grande vitesse. Projetés sur le rail, des cailloux de ballast sont parfois pris entre la roue et le rail, créant des empreintes sur la table de roulement. De tailles et de formes variées, celles-ci altèrent la qualité du contact rail-roue : d’une part, le bruit du choc engendré par le passage de l’essieu peut être ressenti par les passagers ; d’autre part, les empreintes peuvent évoluer en creux engendrant des chocs de plus en plus importants, susceptibles de créer des problèmes de tenue de la voie par la dégradation du nivellement et des traverses en béton.

Empreinte de ballast photographiée en voie et son image acquise avec Ivoire.

Une résolution inférieure au millimètre

Le système Ivoire embarqué sur Mélusine permet de détecter les empreintes de ballast et de limiter l’intervention des équipes de maintenance aux zones identifiées.

Ivoire II est composé de deux caissons implantés sous la caisse de la voiture Mélusine et d’une unité de traitement informatique installée dans la salle de mesures de cette voiture. L’acquisition des images se fait à la vitesse de 100 000 lignes/s, à l’aide de deux caméras linéaires (une par file de rail) CCD (20 mégapixels/s) et d’un système d’éclairage adapté. À 300 km/h et pour un champ latéral de 160 mm environ, la résolution des images est inférieure au millimètre. La capacité d’enregistrement non-stop des images correspond à 600 km de voie (1 200 km de rail). Le traitement des images consiste, tout d’abord, à les corriger en fonction de la vitesse effective de la voiture — Ivoire est relié à la centrale de tachymétrie de Mélusine — afin d’obtenir un flot homogène (correction des variations d’échelle longitudinale des pixels), indispensable pour les comparaisons et le classement. Vient ensuite la phase de détection proprement dite, réalisée par deux processeurs de traitement de signal à l’aide d’un algorithme. Le résultat final du traitement consiste d’une part en une quantification des empreintes (classées par gammes de taille) ainsi qu’en la localisation et la caractérisation personnalisée (taille, imagette) des empreintes de taille importante.

Les informations obtenues sont accessibles sous plusieurs formes : visuelle (empreinte par empreinte) pour une analyse détaillée d’une portion de voie, et statistique (fichiers et graphiques) pour une analyse macroscopique, avec un classement par tailles. L’acquisition des images de l’ensemble du réseau LGV ne prend que trois jours, et leur traitement 150 heures au total, mais le temps réel n’est pas loin.

Ivoire III pour les traverses

L’intérêt d’Ivoire ? Améliorer l’efficacité des opérations d’entretien de la table de roulement : le système n’a pas pour vocation de se substituer aux tournées à pied, mais permet de les consacrer à une expertise ciblée des zones où des défauts ont été repérés. La maintenance curative des empreintes se fait ensuite soit par meulage continu d’une section entière au moyen d’un train “meuleur”, soit par rechargement à l’arc (soudure) d’un défaut important isolé. Prochaine étape du projet, Ivoire III sera doté de deux autres caméras permettant d’acquérir des images des traverses, de part et d’autre du patin de rail. Cette caméra ajoutera au système au moins deux fonctionnalités utilisant les techniques de traitement de l’image : recherche des défauts des attaches et détection de la fissuration des traverses de béton.