27  À propos de l´étalonnage

L´étalonnage d´une caméra thermique est une opération incontournable qui doit être réalisée avant la mesure des températures. L´étalonnage indique la relation entre le signal d´entrée et la quantité physique que l´utilisateur doit mesurer. Le terme « étalonnage » est toutefois fréquemment utilisé de façon abusive. En effet, des différences locales et nationales, mais aussi des problèmes de traduction, sont souvent source de confusion.

Une terminologie ambiguë peut déboucher sur des difficultés de communication et des traductions incorrectes, voire des mesures inexactes en raison de ces malentendus et, dans le pire des cas, des poursuites judiciaires.

L'International Bureau of Weights and Measures 7 définit l'étalonnage 8 de la manière suivante :

an operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding indications with associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to establish a relation for obtaining a measurement result from an indication.

L´étalonnage peut être exprimé sous différents formats, tels qu´une déclaration, une fonction, un diagramme d´étalonnage 9 , une courbe d´étalonnage 10 ou encore une table d´étalonnage.

Le plus souvent, la première partie de la définition ci–dessus est souvent assimilée à l´ensemble de la « procédure d´étalonnage ». Toutefois, ce n´est pas (toujours) suffisant.

Concernant la procédure d´étalonnage des caméras thermiques, la première étape consiste à établir la relation entre le rayonnement émis (valeur de quantité) et le signal de sortie électrique (indication). Cette première étape du processus d´étalonnage garantit une réponse homogène lorsque la caméra est placée de façon prolongée face à une source de rayonnement.

Dans la mesure où la température de la source de rayonnement de référence est connue, la seconde étape permet de rapporter le signal d´émission obtenu (indication) à la température de la source de référence (résultat de la mesure). La seconde étape inclut la mesure de la dérive et la compensation.

Pour être précis, l´étalonnage des caméras thermiques ne doit pas être défini par la température. En effet, elles sont sensibles aux rayonnements infrarouges et, par conséquent, vous obtenez en premier lieu une correspondance de luminances, suivie d´une relation entre la luminance et la température. Pour les caméras bolométriques utilisées par les clients ne travaillant pas dans la recherche/développement, la luminance n´est pas exprimée et seule la température est fournie.

Sans étalonnage, une caméra infrarouge ne serait pas en capacité de mesurer la luminance ou la température. Chez FLIR Systems, l’étalonnage des caméras à microbolomètre non refroidi avec capacité de mesure est effectué pendant la production, ainsi que l’entretien. Les caméras refroidies avec détecteurs de photons sont souvent étalonnées par l’utilisateur à l’aide d’un logiciel dédié. Avec ce type de logiciel, les caméras thermiques portables courantes non refroidies pourraient également être, en théorie, étalonnées par l’utilisateur. Cependant, comme ce logiciel n’est pas conçu pour créer des rapports, la plupart des utilisateurs ne le possède pas. Les appareils sans mesure utilisés uniquement pour l’imagerie n’ont pas besoin d’un étalonnage de température. Parfois, cela se traduit également dans la terminologie des caméras lorsqu’il s’agit de caméras infrarouges ou thermiques, contrairement aux caméras thermographiques qui font également office de dispositif de mesure.

Que l’étalonnage soit effectué par FLIR Systems ou par l’utilisateur, les informations d’étalonnage sont stockées dans des courbes d’étalonnage exprimées par des fonctions mathématiques. Lorsque l’intensité du rayonnement change en fonction de la température et de la distance entre l’objet et la caméra, différentes courbes sont générées pour différentes plages de température et différents objectifs interchangeables.

Premièrement, les sources de référence utilisées par FLIR Systems sont elles-mêmes étalonnées et traçables. Cela signifie que, sur chaque site FLIR Systems effectuant l’étalonnage, les sources sont contrôlées par une autorité nationale indépendante. Le certificat d’étalonnage de la caméra en est la confirmation. Il est la preuve que non seulement l’étalonnage a été effectué par FLIR Systems, mais qu’il a également été effectué à l’aide de références étalonnées. Certains utilisateurs possèdent ou ont accès à des sources de référence accréditées, mais ils sont très peu nombreux.

Deuxièmement, il existe une différence technique. À quelques exceptions près, les résultats des étalonnages utilisateur compensent rarement la dérive. Cela signifie que les valeurs ne prennent pas en compte un éventuel changement de la sortie de la caméra lorsque la température interne de la caméra varie. Cela conduit ainsi à une plus grande incertitude. La compensation de la dérive utilise les données obtenues dans les chambres climatiques. Toutes les caméras FLIR Systems disposent d’une compensation de la dérive à la première livraison client, et lorsqu’elles sont réétalonnées par les services d’entretien FLIR Systems.

Un malentendu fréquent consiste à confondre étalonnage et vérification ou réglage. L´étalonnage constitue bien la condition préalable à la vérification, qui en retour confirme que les conditions requises sont réunies. La vérification prouve de façon objective qu´un élément donné remplit certaines conditions. Pour parvenir à la vérification, les températures définies (rayonnements émis) des sources de référence étalonnées et traçables sont mesurées. Les résultats de la mesure, ce qui inclut la déviation, sont notés dans une table. Le certificat de vérification déclare que ces mesures sont conformes aux spécifications requises. Toutefois, des entreprises ou des organisations présentent ce certificat de vérification comme un « certificat d´étalonnage » à des fins commerciales.

Une vérification correcte, et par extension un étalonnage et/ou un second étalonnage, ne peut être réalisée que si un protocole validé est appliqué. Ce processus ne se limite pas à placer la caméra devant des corps noirs et à s´assurer que la sortie de la caméra (la mesure de température, par exemple) correspond à la table d´étalonnage de base. En effet, il est facile d´oublier qu´une caméra n´est pas sensible à la température, mais au rayonnement. De plus, une caméra est un système d´imagerie et non pas un simple capteur. Par conséquent, si la configuration optique autorisant la caméra à « collecter » la luminance est médiocre ou mal alignée, la « vérification » (ou l´étalonnage, ou encore le second étalonnage) n´a aucune valeur.

Par exemple, il est important de s´assurer que la distance entre le corps noir et la caméra, ainsi que le diamètre de la cavité de ce corps, sont choisis de façon à réduire la quantité de rayonnement parasite et l´effet de taille de source.

En résumé : un protocole validé doit se conformer aux lois physiques de luminance, et pas seulement à celles de température.

L´étalonnage constitue également une condition préalable pour le réglage. Le réglage correspond à l´ensemble des opérations réalisées sur un système de mesures, de telle façon que ce système fournisse les indications requises qui correspondent aux valeurs données de quantités à mesurer et provenant généralement de normes de mesure. De façon plus simple, le réglage est une manipulation permettant aux instruments de réaliser des mesures correctes en fonction de leurs spécifications. En langage courant, le terme « étalonnage » est souvent utilisé pour signifier « réglage » sur les appareils de mesure.

Lorsque la caméra thermique affiche « Étalonnage… », elle opère un réglage en fonction de la déviation en réponse à chaque élément de détecteur (pixel). En thermographie, cela s´appelle une « correction de non–uniformité » (NUC). Il s´agit d´une actualisation d´offset, et le gain reste inchangé.

La norme européenne EN 16714–3, Non-destructive Testing—Thermographic Testing—Part 3: Terms and Definitions, définit la correction de non–uniformité (ou NUC) comme une « correction de l´image effectuée par le logiciel de la caméra pour compenser les différentes sensibilités des éléments de détection et d´autres perturbations optiques et géométriques. »

Pendant la procédure de correction de non–uniformité (actualisation d´offset), un obturateur (indicateur interne) est placé dans le trajet optique et l´ensemble des éléments du détecteur sont exposés à la même quantité de rayonnement provenant de l´obturateur. Par conséquent, dans une situation idéale, ils devraient tous renvoyer le même signal en sortie. Cependant, chacun de ces éléments a sa propre réponse, ce qui fait que la sortie n´est pas homogène. Cette déviation par rapport au résultat idéal est calculée et utilisée procéder à une correction mathématique de l´image, ce qui revient à corriger le signal de rayonnement affiché. Certaines caméras ne disposent pas d´indicateur interne. Dans ce cas, l´actualisation de l´offset doit se faire manuellement au moyen de logiciels spéciaux et d´une source externe et homogène de rayonnement.

La procédure de correction de non–uniformité s´applique, par exemple, au démarrage, pendant le changement d´une plage de mesures ou lorsque la température de l´environnement change. Certaines caméras permettent à l´utilisateur de déclencher cette procédure manuellement, ce qui est pratique lorsqu´une mesure critique doit être réalisée avec aussi peu de perturbation de l´image que possible.

Certaines personnes parlent « d´étalonnage de l´image » lors du réglage du contraste thermique et de la luminosité de l´image pour faire ressortir des détails précis. Au cours de cette opération, l´intervalle de températures est défini de telle façon que l´ensemble des couleurs disponibles permet d´afficher uniquement (ou principalement) les températures de la région à examiner. Le terme exact de cette manipulation est « réglage de l´image thermique » ou « réglage thermique », ou encore, « optimisation de l´image thermique ». Vous devez passer en mode manuel pour cela, sinon la caméra définit automatiquement les limites inférieures et supérieures de l´intervalle de température affiché en fonction des températures les plus froides et les plus chaudes de la scène.