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Analyse de séquences d'images pour l'étude de la déformation de matériaux soumis à des chocs

Personnes impliquées : Amina Alaoui (CERMMO, École Nationale des Ponts et Chaussées), Hicham Alaoui (stagiaire de DEA de l'UMLV), Michel Couprie


Lors d'un accident de la circulation, une grande partie de l'énergie du choc peut être absorbée par des matériaux déformables placés dans les carosseries ou dans les casques. Ces matériaux sont en général des mousses de polymères. Le laboratoire CERMMO de l'École Nationale des Ponts et Chaussées réalise une étude des déformations de ces matériaux sous l'effet de chocs, dans le but de sélectionner les compositions et les dimensions les mieux adaptées aux différentes conditions d'utilisation.

Les expériences réalisées dans un premier temps consistent à placer un échantillon du matériau, de forme approximativement cubique, dans un puits de chute et à laisser tomber sur celui-ci un poids. En faisant varier la hauteur de la chute, on peut obtenir des vitesses différentes au moment du choc. Le matériau est filmé durant le choc au moyen d'une caméra rapide (jusqu'à 10000 images/seconde). Pour faciliter le traitement par analyse d'images, une grille est peinte sur l'échantillon, et des mires sont disposées au-dessus et en-dessous de celui-ci (Fig. 15(a)). La séquence d'image obtenue lors d'une expérience doit être traitée afin d'obtenir les trajectoires, en deux dimensions, de points situés sur la face marquée de l'échantillon : ces points sont les isobarycentres des régions claires du marquage.

La première étape du traitement consiste en une extraction des régions claires du marquage et des mires. La mesure des mires permet d'obtenir la taille réelle représentée par un pixel de l'image. Les isobarycentres des régions claires du marquage sont alors calculés. Dans une seconde étape, les points (isobarycentres) obtenus à partir de la n-ième image doivent être mis en correspondance avec les points issus de la n+1-ième, afin de pouvoir reconstituer les trajectoires (Fig. 15(b)). Une des difficultés majeures vient de ce que, les dimensions de l'échantillon diminuant avec l'écrasement, certaines régions claires peuvent disparaître au cours de la séquence. Les étapes suivantes sont consacrées au calcul, à l'analyse et à l'affichage des résultats : trajectoires individuelles, champ des vecteurs de déplacements, courbes isovaleurs des déformations en x, en y et en module.

(a) (b)


Figure 15: Analyse de séquences d'images. (a): un échantillon de mousse de polymère, quelques millisecondes après le début du choc, (b):  les trajectoires des barycentres des régions claires, en surimpression avec l'image de l'échantillon au début du choc.