Contrôle non destructif Contrôle visuel Principes physiques Le contrôle visuel exploite donc les possibilités offertes par I’œil pour la perception des images et plus particulièrement celles des discontinuités de la matière qui lui sont directement accessibles avec ou sans l'intermédiaire de dispositifs optiques ( loupes, endoscopes… ) ou électroniques ( caméras vidéo ), ces derniers peuvent être associés ou non à un système informatique de traitement d'image. La perception des défauts de différentes natures qui sont susceptibles d'affecter les surfaces d'une pièce ou plus généralement d'un objet va dépendre de deux facteurs principaux qui sont : La lumière réfléchie par la surface examinée qui dépend du flux lumineux reçu par cette surface et qui s'exprime en lux ( 1 lux = 1 lumen/m2 ). Dans tous les phénomènes de vision, la quantité de lumière reçue par l'œil est capitale, c'est elle qui permet la perception des signaux et dans une certaine mesure leur interprétation. Les performances de I’œil de l'opérateur qui sont exprimées par les constantes optiques de I’œil déterminées à l'aide de méthodes de mesure objectives. Ces performances varient en fonction de l'âge du sujet en raison de la modification lente et continue dans le temps des milieux réfringents dont l'œil est constitué. Les deux paramètres qui caractérisent les performances de I’œil sont l'acuité visuelle et le contraste. L'acuité visuelle va dépendre de plusieurs facteurs qui sont. la limite de résolution angulaire de l’œil, les caractéristiques de l'image du défaut observé et en particulier le contraste et la forme de celle – ci. La résolution angulaire de I’œil est intimement liée à la structure de la rétine qui est hétérogène et discontinue car constituée d'éléments sensibles appelés cônes et bâtonnets. La zone centrale de la rétine ( fovéa ), la plus sensible comprend un nombre de cônes très important distants de 2,8 mm environ. La distance focale moyenne d'un oeil adulte étant égale à 16,7 mm, l'entre – axe de deux cônes correspond dans l'espace objet à un angle de 35’’. Ainsi donc les détails d'une mire constituée de signes noirs sur fond blanc, donc à 1 contraste Ci élevé, ne pourront être perçus que si la distance « d » qui sépare sur la rétine l'image de deux éléments de la mire est égale ou supérieure à celle qui sépare deux éléments sensibles de la rétine soit 2,8 mm. En théorie donc, un détail de la mire ne pourra être perçu que si l'angle sous lequel il est vu est supérieur ou égal à 35’’. Dans la pratique l'acuité visuelle maximale Am d'un observateur est définie comme étant égale à l'inverse du plus petit angle a exprimé en minutes sous lequel est perçu le plus petit détail discernable d'une image. Am = 1/a La lecture d'une mire à haut contraste constituée de lettres noires sur fond blanc permet d'apprécier l'acuité réelle Ac . Celle – ci est par convention égale à 10/10 lorsque sont perçus correctement des caractères de 7,3 mm de haut à une distance de 5 mètres. L'angle a correspondant est alors égal à 5’ et l'acuité égale à : Ac = 1/5 = 0,25 A une distance d'observation courante et égale à 0,3 mètre cet angle de 5’ correspondrait à un défaut dont la plus grande des dimensions serait égale à 0,44 mm environ. Dans la réalité, une très bonne vue ou une très bonne correction visuelle permet d'atteindre une acuité comprise entre 0,2 et 1, cette dernière valeur correspondant à un angle de 1'. Pour une même distance d'observation de 0,3 mètre, un angle de 1' correspond à une image de défaut dont la plus grande dimension serait égale à 0,1 mm environ. Toutefois, l'expérience a montré qu'un défaut ponctuel ayant cette valeur pour dimension ne serait pas perçu même dans les meilleurs conditions d'observation alors que des traits fins de largeur égale ou inférieure à 0,1 mm mais de longueur égale à plusieurs millimètres seraient décelés. Ceci résulte du fait que le cerveau par lequel passent toutes les informations reconstitue mieux un alignement de points qu'un point isolé. En fait il semble que l’œil soit plus sensible à la forme du contour d'une image qu'à la surface de celle – ci ; la forme d'un défaut revêt donc une grande importance dans sa perception. Le contraste Le contraste Ci influence considérablement la perception des images. Toutefois et comme pour l'acuité visuelle, les performances de I’œil sont à considérer et l'on définira pour celui – ci un seuil différentiel minimal de luminance. Si un observateur regarde deux plages contiguës d'un objet éclairées par une même lumière et caractérisées par des luminances L voisines ( ou encore réémettant par unité du 2 surface des flux lumineux voisins ) « L » et « L + dL », le seuil différentiel minimal de luminance correspondra à la plus petite valeur de « dL » à partir de laquelle l'observateur percevra une différence de luminance entre les deux plages. Dans la pratique, lors de l'examen d'un objet, le contraste d'un détail ( d'un défaut par exemple ) Ci est donné par l'expression : où L0 = luminance du détail observé et Lf = luminance du fond. Dans la réalité, l'environnement n'est pas complètement sombre et présente une luminance propre Lv appelée luminance de voile qui conduit à une nouvelle expression du contraste telle que: La présence d'un tel environnement réduit donc le contraste du détail. La détection de ce dernier ne pourra donc être assurée que si les deux conditions ci – après sont réunies : la dimension maximale d'un détail de forme donnée est supérieure au égale à la dimension correspondant à l'acuité visuelle de I’œil. le contraste du détail est supérieur au seuil différentiel minimal de luminance de I’œil qui serait mesuré dans les mêmes conditions d'observation. Enfin, il convient d'ajouter qu'acuité visuelle et contraste sont interdépendants et indissociables lors d'une observation. La courbe de la figure ci – après rend compte de la variation de l'acuité visuelle en vision fovéale lorsque le contraste varie et pour une luminance de 500 candelas par mètre carré ( cd/m2 ). 3 Par ailleurs, la luminance de l'image observée, c'est – à – dire la valeur du flux lumineux par unité de surface qu’elle émet par réflexion va avoir une influence importante sur la capacité de l'œil à discerner des détails fins puisque selon le niveau de luminance ce sont les cônes ou les bâtonnets de la rétine qui transmettent les perceptions au cerveau. Des tests ont montré qu'il convenait lors des examens visuels d'utiliser des luminances comprises entre 10 et 400 candelas par mètre carré, la valeur de 100 cd/m2 constituant un bon compromis. 4